矿山压力及岩层控制82页PPT
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矿山压力与岩层控制分析PPT课件
不能对采场上覆岩层的结构状态作出更全面的描述。
18.01.2021
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资源与环境工程学院-资源工程1系
18
Ground Pressure and Strata Control
（2）“预生裂隙梁”假说低应力区 高应力区 假塑性变形区
12
3
Ⅱ
Ⅲ
Ⅰ
σ1
σ3
σ3
σ1
优点：煤层超前破坏以及临近采场的部分岩层出露前可能预先产生 裂隙这一点，已经为实践所证实。
②假说没有正确的揭示采场支架与围岩间的力学关系， 无法解释采场支架上显现的压力往往与支架本身力学特性有 关的现象。
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资源与环境工程学院-资源工程1系
16
绪论
Ground Pressure and Strata Control
1.3.2掩护“梁”假说 ①采场是在一系列“梁”的掩护之下。这些梁在冒落前能将
人数所占比重超过30%以上，每年顶板事故影响的产量约占总产量的5%，
达到3000万t至4000万t的巨大数字。
40%
60%
35%
50%
30%
40%
瓦斯 25%
30% 20%
顶板 20%
水
15%
运输
10%
其它 10% 5%
瓦斯 顶板 水 运输 其它
0% 2004
2005
0% 2004
2005
图1.1 中国煤矿安全事故比例
关键层定义：在采场上覆岩层中存在多个岩层时，对 岩体活动全部或局部起控制作用的岩层称为关键层 。
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资源与环境工程学院-资源工程1系
23
绪论
《矿山压力及其控制》课件
开采深度
开采深度越大，岩层自 重和上覆岩层的作用力 越大，矿山压力也越大
。
采矿方法
采矿方法的选择和实施 方式对矿山压力的大小
和分布有直接影响。
支护方式
支护方式的选择和实施 对控制和调节矿山压力
有重要作用。
02
矿山压力的监测与检测
矿山压力监测方法
01
02
03
04
表面变形监测
通过测量地表位移、沉降等参 数，评估矿山压力状态。
将多个学科的理论和技术进行交叉融 合，形成更加全面和系统的矿山压力 控制方法和技术。
绿色环保
在矿山压力控制中注重环保和可持续 发展，减少对环境的影响，实现绿色 开采。
04
矿山压力事故预防与处理
矿山压力事故类型与原因
冒顶片帮事故
冲击地压事故
由于矿山顶板失稳、煤帮侧壁不稳等原因 导致的事故。
由于地下岩体在地应力作用下突然释放能 量导致的事故。
监测预警
建立完善的矿山压力监测系统，及时发现和 预警潜在的事故隐患。
培训与演练
加强员工安全培训和演练，提高员工应对突 发事件的应急处理能力。
矿山压力事故处理方法
现场处置
一旦发生事故，应立即启动应急预案，组织现场 人员撤离，并采取必要的应急措施。
医疗救治
确保受伤人员得到及时有效的医疗救治，降低伤 亡率。
物理模拟法
利用相似材料或物理模型 进行矿山压力模拟，通过 观察和测量模型的压力变 化来指导实际控制。
经验法
根据实际生产经验，总结 出矿山压力控制的方法和 技巧，通过实践不断优化 和完善。
矿山压力控制技术应用
采煤工作面
在采煤工作面中，通过合理布置采煤机、支架等设备，控制采煤高 度和推进速度，以减小矿山压力对工作面的影响。
1矿山压力及其控制(第一章).pptx
矿有文字可考的历史始于商代，但实际的采矿活 动还要早很多。
春秋至南北朝（公元前770年至前200年）， 采矿技术已有全面发展。
随着采矿规模日益扩大，经常出现矿井内顶 板冒落，巷道堵塞或地表塌陷，迫使人们重视和 研究矿压问题。
1.2.2 建立矿压早期假说阶段
19世纪后期到20世纪初，是矿压研究的第二 个阶段。利用一些简单的力学原理解释实践中出 现的一些矿压现象，并提出了一些初步的矿压假 说，具有代表性的是“压力拱假说”，即认为巷 道上方能形成自然平衡拱及有关分析计算。同时 提出了以岩石坚固性系数f（普氏系数）作为定量 指标的岩石分类方法，曾获得广泛应用至今。
在这个阶段中，对巷道围岩破坏机理和支架 所受的岩石压力大小开始了初步的理论研究。在 研究岩层和地表移动等方面，进行了地面及井下 观测，研究到地表建筑物的损坏不仅由于地表下 沉，还由于水平移动的结果。
1.2.3 以连续介质力学为理论基础的研究阶段
20世纪30年代至50年代：将整个岩体作为连 续的，各向同性的弹性体来考虑，即用弹性理论 研究矿山压力问题，这一阶段的典型成果：（1） 用虎克定律推导出了自重作用下原岩应力的计算 公式；（2）用弹性理论解决了圆形巷道的应力分 布问题。
井筒与巷道
矿体
矿体
矿山压力：
严格的讲，矿山压力应包括地采和露采两部分内容， 但由于传统的观念和习惯，矿山压力通常指与地采有关的 内容，即概念如下。
矿山压力（i.e.矿压）：这种由于在地下煤炭中进行 采掘活动而在井巷、硐室、及回采工作面周围煤岩体中和 其中的支护物上所引起的力，就叫矿山压力。
矿山压力显现：
下地 开下 采开
采
固砂海 体矿底 矿床砂 床露矿 露天开 天开采 开采 采
海海海海容热水盐饰
春秋至南北朝（公元前770年至前200年）， 采矿技术已有全面发展。
随着采矿规模日益扩大，经常出现矿井内顶 板冒落，巷道堵塞或地表塌陷，迫使人们重视和 研究矿压问题。
1.2.2 建立矿压早期假说阶段
19世纪后期到20世纪初，是矿压研究的第二 个阶段。利用一些简单的力学原理解释实践中出 现的一些矿压现象，并提出了一些初步的矿压假 说，具有代表性的是“压力拱假说”，即认为巷 道上方能形成自然平衡拱及有关分析计算。同时 提出了以岩石坚固性系数f（普氏系数）作为定量 指标的岩石分类方法，曾获得广泛应用至今。
在这个阶段中，对巷道围岩破坏机理和支架 所受的岩石压力大小开始了初步的理论研究。在 研究岩层和地表移动等方面，进行了地面及井下 观测，研究到地表建筑物的损坏不仅由于地表下 沉，还由于水平移动的结果。
1.2.3 以连续介质力学为理论基础的研究阶段
20世纪30年代至50年代：将整个岩体作为连 续的，各向同性的弹性体来考虑，即用弹性理论 研究矿山压力问题，这一阶段的典型成果：（1） 用虎克定律推导出了自重作用下原岩应力的计算 公式；（2）用弹性理论解决了圆形巷道的应力分 布问题。
井筒与巷道
矿体
矿体
矿山压力：
严格的讲，矿山压力应包括地采和露采两部分内容， 但由于传统的观念和习惯，矿山压力通常指与地采有关的 内容，即概念如下。
矿山压力（i.e.矿压）：这种由于在地下煤炭中进行 采掘活动而在井巷、硐室、及回采工作面周围煤岩体中和 其中的支护物上所引起的力，就叫矿山压力。
矿山压力显现：
下地 开下 采开
采
固砂海 体矿底 矿床砂 床露矿 露天开 天开采 开采 采
海海海海容热水盐饰
矿山压力及其控制.pptx
第二节 工作面矿山压力的显现规律
顶板岩层越坚硬，顶板压力分布越均匀，支承压力 的集中程度就比较小。例如，砂岩顶板，支承压力 的影响范围可达到工作面前方100m左右；泥质页岩 顶板，支承压力的影响范围不到30m～40m。若顶 板的裂隙发育，则支承压力比较集中，影响范围也 较小。
底板岩层坚硬，支承压力影响范围大，但集中程度 小。
由于顶板预先下沉，可能产生裂隙，因而增加了工作面和工作面前方区 段平巷的压力。为了防止区段平巷的支架压坏，事先必须采取措施， 如增设抬棚、斜撑支架等。
工作面的煤壁，在支承压力作用下，产生变形破坏，导致煤壁破碎片帮 成斜面；破碎范围与煤质硬度和支承压力大小有关，一般为1m～3m； 工作面前方煤壁内支承压力的峰值，向煤壁内转移，增压区（支承 压力区）斜向煤壁里面；减压区扩大；稳压区向煤壁里面转移。
在采煤工作面上下两端的区段煤柱内，也由于采煤和掘进区 段平巷而形成支承压力，它的分布特征和工作面前方的支承 压力基本相同。当采煤工作面推进较长距离后，区段煤柱内 的支承压力，可随顶板垮落而逐渐消失。
第二节 工作面矿山压力的显现规律
（二）影响支承压力大小、分布的因素
支承压力的大小及其分布与顶板悬露的面积和时间、开采深度、采空区 充填程度、顶底板岩性、煤质软硬有关。
根据我国岩层的实际情况，一般把直接顶分为三类：
一类直接顶（不稳定）——回采时不及时支护，很易造成 局部冒顶，如页岩、煤皮、再生顶板等；
二类直接顶（中等稳定）——顶板虽有裂隙，但仍比较完 整，如砂质页岩；
三类直接顶（稳定）——顶板允许悬露较大面积而不垮落， 直接顶完整，如砂岩或坚硬的砂质页岩。
第一节 煤层围岩分类
基本顶（老顶）分类尚无统一规定，现根据基本顶 对工作面的压力（初次和周期来压）及初次来压的 步距，把老顶分为四类介绍如下：
矿山压力及其控制 回采工作面矿山压力显现基本规律PPT课件
第10页/共35页
(T c o s Rs i n )tg R c o s T s i n
R tg( )
T
i.e Ttg( ) R
为了保证 A、B 岩块不失稳， R QAB ,记 A、B 岩块重量及上部荷载。
Ttg( ) QAB 。否则工作面顶板将出现下沉，甚至沿煤壁切落，形成严重
第8页/共35页
5.3 老顶的周期来压
5.3.1 回采工作面推进对岩体结构的影响
老顶初次来压后，随着回 采工作面的继续推进，老 顶岩块所形成的裂隙体梁 将发生一系列变化：A岩 块由稳定→断裂→失稳 →O岩块稳定→断裂→失 稳。这样随着工作面向前 推进，上覆岩层的结构由 稳定→失稳→再稳定，周 而复始，其稳定的结构可 以称之为裂隙体梁结构的 稳定。
第19页/共35页
5.4.2 实测法
即从工作面支架上测定其所承受的实际荷载。实际 上，从一定意义上讲，井下工作面所测得的载荷已不 仅是顶板压力，而同时包含了支架性能的影响。
第20页/共35页
5.5 影响回采工作面矿山压力显现的主要因素
回采工作面的矿山压力显现受多种因素影响：如围 岩性质、采深、采高、倾角、工作面推进速度等。具体 工作面要具体分析。
第9页/共35页
5.3.2 采场的周期来压
随着工作面推进，老顶岩层由稳定结构→不稳定结构→ 稳定结构。在这种周而复始的工程中，失稳时对工作面 就产生了周期性的压力。由此，由于裂隙带岩层周期性 失稳而引起的顶板来压现象称为工作面顶板的周期来压。 在失稳过程中，由裂隙体梁的平衡 ，沿a-a面力平衡， 有：
开采深度对矿山巷道的矿山压力显现比较明显。如 在松软岩层中开掘巷道，随着深度增加，巷道围岩的 “挤、压、臌”现象更加严重。但对于回采工作面而 言，开采深度对工作面顶板压力大小的影响并不突出。
(T c o s Rs i n )tg R c o s T s i n
R tg( )
T
i.e Ttg( ) R
为了保证 A、B 岩块不失稳， R QAB ,记 A、B 岩块重量及上部荷载。
Ttg( ) QAB 。否则工作面顶板将出现下沉，甚至沿煤壁切落，形成严重
第8页/共35页
5.3 老顶的周期来压
5.3.1 回采工作面推进对岩体结构的影响
老顶初次来压后，随着回 采工作面的继续推进，老 顶岩块所形成的裂隙体梁 将发生一系列变化：A岩 块由稳定→断裂→失稳 →O岩块稳定→断裂→失 稳。这样随着工作面向前 推进，上覆岩层的结构由 稳定→失稳→再稳定，周 而复始，其稳定的结构可 以称之为裂隙体梁结构的 稳定。
第19页/共35页
5.4.2 实测法
即从工作面支架上测定其所承受的实际荷载。实际 上，从一定意义上讲，井下工作面所测得的载荷已不 仅是顶板压力，而同时包含了支架性能的影响。
第20页/共35页
5.5 影响回采工作面矿山压力显现的主要因素
回采工作面的矿山压力显现受多种因素影响：如围 岩性质、采深、采高、倾角、工作面推进速度等。具体 工作面要具体分析。
第9页/共35页
5.3.2 采场的周期来压
随着工作面推进，老顶岩层由稳定结构→不稳定结构→ 稳定结构。在这种周而复始的工程中，失稳时对工作面 就产生了周期性的压力。由此，由于裂隙带岩层周期性 失稳而引起的顶板来压现象称为工作面顶板的周期来压。 在失稳过程中，由裂隙体梁的平衡 ，沿a-a面力平衡， 有：
开采深度对矿山巷道的矿山压力显现比较明显。如 在松软岩层中开掘巷道，随着深度增加，巷道围岩的 “挤、压、臌”现象更加严重。但对于回采工作面而 言，开采深度对工作面顶板压力大小的影响并不突出。
矿山压力与岩层控制
一：名词。
1.矿山压力：由于在地下煤岩中进行采掘活动而在井巷、硐室及回采工作面周围.煤、岩体中和其中的支护物上所引起的力，就叫做矿山压力。
2.原岩应力：天然存在于原岩而与任何认为原因无关的应力。
3.支承压力：在岩体内开掘巷道后，巷道两侧增加的切向应力。
4.初次来压：由于老顶第一次失稳而产生的工作而顶板来压。
5.砌体梁：工作面上下两区破断的岩块咬合形成的外表似梁，实质是拱的平衡结构。
6.周期来压：由于裂隙带岩层周期性失稳而引起的顶板来压现象。
7.残余碎胀系数：8.关键层：将对采场上覆岩层局部或直至地表的全部岩层活动起控制作用的岩层。
9.冲击矿压：其是聚集在矿井巷道和采场周围煤岩体中的能量突然释放，在井巷发生爆炸性事故的现象。
10.超前支撑压力：11.极限跨距：老顶达到初次断裂的跨距称为极限跨距。
12.初次来压步距：由开切眼到初次来压时工作面推进的距离。
13.端面破碎度：支架前梁端部到煤壁间顶板破碎程度。
14.顶板冒落敏感度：端面距为1m时的端面破碎度。
二：解答：1.初次来压、周期来压的表现形式？答：初次来压：顶板下沉量和下沉速度急剧增加，顶板的下沉量变大；支柱载荷增加；顶板破碎，出现平行于煤壁的裂缝，甚至出现台阶下沉；工作面前方煤壁内压力过度集中，致使煤壁破坏范围扩大，煤壁严重片帮、支柱折损或插入底板。
周期来压：顶板下沉速度急剧增加，顶板的下沉量变大；支柱载荷普遍增加；有时还可能引起煤壁片帮、顶板台阶下沉、支柱折损，甚至工作面冒顶事故。
2.简述有关回采工作面上覆岩层结构的假说。
答:1.压力拱假说，认为在这两个前后拱脚之间，无论在顶板或底板中都形成了一个减压区，回采工作面的支架只承受压力拱内的岩石重量。
2.悬臂梁假说，认为顶板岩层是一种连续介质，在靠近煤帮处顶板下沉量最小，表现的顶板压力也小。
3、预成裂隙假说，认为由于开采的影响，回采工作面上覆岩层的连续性被破坏，从而成为非连续体。
在回采工作面周围存在着应力降低区、应力增高区和采动影响区。
(ppt版)矿山压力理论
立在巷道矿〔地〕压理论根底上，两者 无本质区别。
矿压理论的建立，起初是以经验为根底 ，较多地偏重于矿山压力显现方面 (fāngmiàn)的描述，由于测试手段不完善， 所以假说具有片面性和局限性。
第八页，共一百三十二页。
缓倾斜煤层(méicéng)工作面矿压理论假说
〔1〕压力拱假说
〔2〕双支梁假说
〔3〕悬臂梁〔悬板〕假说 〔4〕预成〔生〕裂隙假说
第十五页，共一百三十二页。
✓ 〔3) 在压力拱内为卸载区，卸载区也同时能在底板中形成。
✓ 〔4) 利用全部垮落法管理顶板时，压力拱陡峭且比较高 ；用充填法时那么拱平缓且拱高小。
✓ 〔5) 拱的高度和宽度仅取决于煤层厚度(采高)、顶板管理 方法(fāngfǎ)和顶板岩石性质。
✓ 〔6) 压力拱是非对称性的，并且沿工作面的长度方向没有表 现。
第十八页，共一百三十二页。
第3局部(júbù)
梁的假说
第十九页，共一百三十二页。
本局部主要内容： 双支梁假说 悬臂梁假说
砌体梁假说
传递岩梁假说 弹性(tánxìng)根底梁模型
第二十页，共一百三十二页。
➢ 梁的假说是近代矿压假说的显著特点。
由于对属性的梁的认识不同，有双支梁假说、悬臂梁假说、砌体(qì tǐ)梁假说、传递岩梁假说等多种。
第三十六页，共一百三十二页。
•
由于采场上下Байду номын сангаас端的镶嵌作用在工作面较长时，对顶板活动所
起的作用是很小的，因此(yīncǐ)，多视顶板为梁。
• 岩梁在自重和上覆岩层的作用下，逐渐弯曲、下沉以至于断
裂垮落。当顶板岩层坚硬时，悬伸在采空区上方的岩梁可能很
长，这时就必须采取人为的措施加以控制，以防止岩梁可能沿
矿压理论的建立，起初是以经验为根底 ，较多地偏重于矿山压力显现方面 (fāngmiàn)的描述，由于测试手段不完善， 所以假说具有片面性和局限性。
第八页，共一百三十二页。
缓倾斜煤层(méicéng)工作面矿压理论假说
〔1〕压力拱假说
〔2〕双支梁假说
〔3〕悬臂梁〔悬板〕假说 〔4〕预成〔生〕裂隙假说
第十五页，共一百三十二页。
✓ 〔3) 在压力拱内为卸载区，卸载区也同时能在底板中形成。
✓ 〔4) 利用全部垮落法管理顶板时，压力拱陡峭且比较高 ；用充填法时那么拱平缓且拱高小。
✓ 〔5) 拱的高度和宽度仅取决于煤层厚度(采高)、顶板管理 方法(fāngfǎ)和顶板岩石性质。
✓ 〔6) 压力拱是非对称性的，并且沿工作面的长度方向没有表 现。
第十八页，共一百三十二页。
第3局部(júbù)
梁的假说
第十九页，共一百三十二页。
本局部主要内容： 双支梁假说 悬臂梁假说
砌体梁假说
传递岩梁假说 弹性(tánxìng)根底梁模型
第二十页，共一百三十二页。
➢ 梁的假说是近代矿压假说的显著特点。
由于对属性的梁的认识不同，有双支梁假说、悬臂梁假说、砌体(qì tǐ)梁假说、传递岩梁假说等多种。
第三十六页，共一百三十二页。
•
由于采场上下Байду номын сангаас端的镶嵌作用在工作面较长时，对顶板活动所
起的作用是很小的，因此(yīncǐ)，多视顶板为梁。
• 岩梁在自重和上覆岩层的作用下，逐渐弯曲、下沉以至于断
裂垮落。当顶板岩层坚硬时，悬伸在采空区上方的岩梁可能很
长，这时就必须采取人为的措施加以控制，以防止岩梁可能沿
矿山压力与岩层控制
《矿山压力与岩层控制》
采场矿山压力显现基本规律
生产技术科
唐 猛
采场矿山压力显现基本规律
第一节
第二节
概
述
老顶的初次来压
第三节
第四节
老顶的周期来压
顶板压力的估算
第五节
第六节
回采工作面前后支承压力分布
影响采场矿山压力显现的主要因素
第一节
概
述
回采工作面常见的矿山压力现象：
一、顶板下沉
一般指顶底板相对移近量。 常以每米采高、每米推进度下沉量（S/L· M） 作为衡量顶板状态的一个指标。
图4-11 回采工作面的顶板压力
(1)直接顶载荷Q1
Q1＝∑h· L1· γ
∑h－直接顶厚度； L1－悬顶距； γ－容重。 单位面积上载荷（支护强度）：
q1=Q1/L
当L1＝L，q= ∑h·γ
(2)老顶载荷Q2 采用直接顶载荷的倍数估算老顶的载荷。
p q1 q2 n h
但采深增大对采场矿压显现影响并不显著，只是煤 壁片帮现象将加剧。这是由于老顶岩层形成的“ 砌体梁 ” 大结构对采场支护“小结构”起到了保护作用。采深对 “砌体梁”结构的稳定性影响不大。
四、煤层倾角的影响
图4-23 采空区冒落矸石滑移及其造成的后果
四、煤层倾角的影响
①工作面沿倾斜方向向下推进时（俯采工作面）
Q A＋B－T · tg(ψ-θ)
对于冒落带岩层，T＝0，P＝QA+B,即支柱阻力能 承受控顶区全部岩层重量。
二、老顶的周期来压
老顶岩层的周期性破断而引起“砌体梁”结构 的周期性失稳而引起的顶板来压现象称为采场周期 来压。 周期来压的主要表现形式是：顶板下沉速度急剧 增加，顶板的下沉量变大；支柱载荷普遍增加；有 时还可能引起煤壁片帮、顶板台阶下沉、支柱折损， 甚至工作面冒顶事故。
采场矿山压力显现基本规律
生产技术科
唐 猛
采场矿山压力显现基本规律
第一节
第二节
概
述
老顶的初次来压
第三节
第四节
老顶的周期来压
顶板压力的估算
第五节
第六节
回采工作面前后支承压力分布
影响采场矿山压力显现的主要因素
第一节
概
述
回采工作面常见的矿山压力现象：
一、顶板下沉
一般指顶底板相对移近量。 常以每米采高、每米推进度下沉量（S/L· M） 作为衡量顶板状态的一个指标。
图4-11 回采工作面的顶板压力
(1)直接顶载荷Q1
Q1＝∑h· L1· γ
∑h－直接顶厚度； L1－悬顶距； γ－容重。 单位面积上载荷（支护强度）：
q1=Q1/L
当L1＝L，q= ∑h·γ
(2)老顶载荷Q2 采用直接顶载荷的倍数估算老顶的载荷。
p q1 q2 n h
但采深增大对采场矿压显现影响并不显著，只是煤 壁片帮现象将加剧。这是由于老顶岩层形成的“ 砌体梁 ” 大结构对采场支护“小结构”起到了保护作用。采深对 “砌体梁”结构的稳定性影响不大。
四、煤层倾角的影响
图4-23 采空区冒落矸石滑移及其造成的后果
四、煤层倾角的影响
①工作面沿倾斜方向向下推进时（俯采工作面）
Q A＋B－T · tg(ψ-θ)
对于冒落带岩层，T＝0，P＝QA+B,即支柱阻力能 承受控顶区全部岩层重量。
二、老顶的周期来压
老顶岩层的周期性破断而引起“砌体梁”结构 的周期性失稳而引起的顶板来压现象称为采场周期 来压。 周期来压的主要表现形式是：顶板下沉速度急剧 增加，顶板的下沉量变大；支柱载荷普遍增加；有 时还可能引起煤壁片帮、顶板台阶下沉、支柱折损， 甚至工作面冒顶事故。