矿山压力显现
采场矿山压力显现基本规律
采高增大，上覆岩层活动范围大，不易形成平衡 结构；
采高增大，煤壁不稳定，矿压显现严重；
控顶距增大，顶板稳定性差。
二、工作面推进速度及工序：
1、 推进速度影响 = 时间对顶板下沉（变形）的影响。
加快推进速度 工序下沉量。
减少控顶时间
减少无
对破碎顶板，加快推进速度，可改善顶板状况。
精品课件
2、工序影响：
精品课件
第五节 影响采场矿山压力显现的主要因素
一、采高与控顶距：
图中： L——控顶距 So—顶板最终下沉量 SL—控顶范围内最大下沉量 Lo —弯曲老顶前后最大曲率点间距
有：s0m h hK 0
且：s L s 0 L L0
精品课件
故有： sLs0L L 0mhhK0L L 0
因为
h m KP 1
落煤引起顶板下沉速度增加； 放炮影响范围：上、下15m，剧烈区上、下5m
精品课件
放顶引起顶板下沉速度增加； 影响范围：上20m下10m 剧烈范围：上15m下5m
落煤、放顶——改变顶板支
件，顶板移
撑条
强。 注意：
压）。
动加
加快推进速度，不能减弱工序对顶板下沉的影响（“甩”掉矿
当顶板比较破碎时，加快推进速度可改善顶板状态。 落煤、放顶两精工品序课件要相距10—15m以上。
1、增大支撑力 2、增加稳定性 3、加强矿压观测及地质、开采资料 4、加强日常支护质量管理。
四、来压条件：
1、有老顶存在； 2、直接顶垮落后不能充填满采空区。
五、初次来压步距和来压强度影响因素
1、老顶的力学性质、厚度、破断岩块之间的相 互咬合情况；
2、地质构造。
精品课件
来压是老顶断裂（结构失 稳）施力于工作面的结果；
采场矿山压力显现基本规律
02
CATALOGUE
采场矿山压力显现的核心概念
矿山压力
矿山压力定义
矿山压力是采矿过程中，由于地下岩体采动而引起的应力、应变和 位移现象。
矿山压力的形成
在采矿过程中，随着岩体被逐渐采出，原本处于平衡状态的岩体应 力场被打破，导致应力重新分布，形成新的平衡状态。
矿山压力的影响
矿山压力对采矿安全、采矿效率以及采场维护具有重要影响。
特征
采场矿山压力显现具有明显的区域性 、时间性和空间性，与采矿方法、地 质条件、采场结构参数等因素密切相 关。
矿山压力显现的重要性
安全保障
矿山压力显现是采矿过程中的重要安全因素，对 采场稳定性和安全生产具有重要影响。
资源保护
矿山压力显现影响采场回采率，合理的矿山压力 控制有助于提高资源回收率。
经济价值
矿山压力显现的应急处理措施
制定应急预案
针对可能出现的矿山压力显现情况，制定应急预案，明确 应急处理流程和责任人。
加强人员培训和演练
对采场作业人员进行培训和演练，提高他们对矿山压力显 现的认识和处理能力。
配备应急物资和设备
根据应急预案需要，配备必要的应急物资和设备，如支护 材料、排水设备等，确保在紧急情况下能够迅速采取有效 措施。
力显现预测中的实际应用，并取得了良好的应用效果。
THANKS
感谢观看
矿山压力显现对采矿成本和经济效益具有直接影 响，合理的矿山压力控制有助于降低采矿成本。
矿山压力显现的历史与发展
历史回顾
矿山压力显现的研究始于20世纪初 ，随着采矿技术的发展和工程实践的 积累，人们对矿山压力显现的认识不 断深入。
发展趋势
现代采矿技术对矿山压力显现的研究 更加深入，涉及多学科交叉和多种先 进技术的应用，未来将更加注重矿山 压力显现的预测和控制。
矿山压力知识点总结
1、矿山压力：这种由于矿山开采活动的影响，在巷硐周围岩体中形成的和作用在巷硐支护物上的力，叫矿山压力。
2、矿山压力显现：这些由于矿山压力作用使巷硐周围岩体和支护物产生的种种力学现象，叫矿山压力显现。
3、矿山压力控制：所有减轻、调节、改变和利用矿山压力作用的各种方法，均叫做矿山压力控制。
4、原岩应力：存在于地层中未受工程扰动的天然应力称为原岩应力，也称为岩体初始应绝对应力或地应力。
5、支承压力：在岩体内开掘巷道后，巷道围岩必然出现应力重新分布，一般将巷道两侧改变后的切应力增高部分称为支承应力。
6、老顶：通常把位于直接顶之上（有时直接位于煤层之上）对采场矿山压力直接造成影响的厚而坚硬的岩层称为老顶。
7、直接顶：一般把直接位于煤层上方的一层或几层性质相近的岩层称为直接顶。
8、直接顶初次垮落：直接顶的第一次大面积垮落称为直接顶初次垮落。
9、顶板下沉量：一般指煤壁到采空区边缘裸露的顶底板相对移近量。
10、老顶初次来压：当老顶悬露达到极限跨距时，老顶断裂形成三铰拱式的平衡，同时发生已破断的岩块回转失稳（变形失稳）。
有时可能伴随滑落失稳（顶板的台阶下沉），从而导致工作面顶板的急剧下沉。
此时，工作面支架呈现受力普遍加大现象。
即称为老顶的初次来压。
11、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称之为工作面顶板的周期来压。
12、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称为关键层。
13、开采沉陷：煤层采出后，（采空区周围原有的应力平衡状态受到破坏，引起应力重新分布，从而）引起岩层的变形、破坏与移动，并由下向上发展至地表引起地表的移动，这一过程和现象称为岩层移动，又称为开采沉陷。
14、充分采动与非充分采动：当采空区尺寸(长度和宽度)相当大时，地表最大下沉值达到该地质条件下应有的最大值，此时的采动称为充分采动。
将刚达到充分采动状态的采空区尺寸称为临界开采尺寸。
如果采空区尺寸小于临界开采尺寸，称为非充分采动。
矿压概念
一概念：1、矿山压力：开掘巷道或进行回采工作时，破坏了原来的应力平衡状态，引起岩体内部的应力重新分布，直至形成新的平衡状态。
这种由于矿山开采活动的影响，在巷硐周围岩体中形成的和作用在巷硐支护物上的力定义为矿山压力。
2、矿山压力显现：在矿山压力作用下，会引起各种力学现象，如岩体的变形、破坏、塌落，支护物的变形、破坏、折损，以及在掩体中产生的动力现象。
这些由于矿山压力作用使巷硐周围岩体和支护物产生的种种力学现象，统称为矿山压力显现。
3、矿山压力控制：为使矿山压力显现不致影响采矿工作正常进行和保障安全生产、必须采取各种技术措施吧矿山压力显现控制在一定范围内。
对于有利于采矿生产的矿山压力也应当合理利用，所有减轻、调节、改变和利用矿山压力作用的各种方法，均叫做矿山压力控制。
4、原岩应力：存在于地层中未受工程扰动的天然应力称为原岩应力，也称为岩体初始应绝对应力或地应力。
5、支承压力：在岩体内开掘巷道后，巷道围岩必然出现应力重新分布，一般将巷道两侧改变后的切应力增高部分称为支撑应力。
6、老顶：通常吧位于直接顶之上（有时直接位于煤层之上）对采场矿山压力直接造成影响的厚而坚硬的岩层称为老顶。
7、直接顶：一般把直接位于煤层上方的一层或几层性质相近的岩层称为直接顶。
8、直接顶初次垮落：煤层开采后，将首先引起直接顶的垮落。
回采工作面从开切眼开始向前推进，直接顶悬露面积增大，当达到其极限跨距时开始垮落。
直接顶的第一次大面积垮落称为直接顶初次垮落。
9、顶板下沉量：一般指煤壁到采空区边缘裸露的顶底板相对移近量。
随着工作面推进，顶底板处于不断引进的状态。
由于在缓斜及倾斜工作面底板鼓起量比较小，因而常常可以忽略不计，为此顶底板移近量简称为顶底板下沉量。
10、老顶初次来压：当老顶悬露达到极限跨距时，老顶断裂形成三铰拱式的平衡，同时发生已破断的岩块回转失稳（变形失稳）。
有时可能伴随滑落失稳（顶板的台阶下沉），从而导致工作面顶板的急剧下沉。
采场矿山压力显现基本规律
顶板下沉量与采高、控顶距成正比；
采高增大，上覆岩层活动范围大，不易形成平衡 结构；
采高增大，煤壁不稳定，矿压显现严重；
控顶距增大，顶板稳定性差。
二、工作面推进速度及工序：
1、 推进速度影响 = 时间对顶板下沉（变形）的影响。
加快推进速度 工序下沉量。
减少控顶时间
减少无
对破碎顶板，加快推进速度，可改善顶板状况。
和）
（周期来压显现一般较初次来压时有所缓
三、预防措施： 同初次来压，同时加强统计观测。
第四节
顶板压力的估算
顶板压力是工作面支护设计的一个重要参数。
一、估算法：
1、经验估算法 ：
实质——以直接顶沿煤壁断裂、老顶平衡结构失稳时最不
利状态作为顶板压力估算的依据（最大可能载 荷）。
q1
1）直接顶载荷
：
Q1 h L1 h L
。
Q3
的大小受直接顶垮落角的影响。
所需支撑力 P 依据直接顶形状，按照力系平衡求 出。
二、实测法
第五节 影响采场矿山压力显现的主要因素
一、采高与控顶距：
图中： L——控顶距 So—顶板最终下沉量 SL—控顶范围内最大下沉量 Lo —弯曲老顶前后最大曲率点间距
有：s0 m h h K0 且：sL s0
第二节
老顶初次来压
一、初次来压的形成：
—老
初采——初次放顶——老顶悬露跨度增大—
顶断裂——形成平衡结构——失稳——初次来压
初次来压——老顶平衡结构第一次失稳而施加 给工
作面以大型压力的过程。
初次来压步距——第一次来压时，工作面距开 切眼
“砌体梁”对初次来压的解释： 来压时工作面顶板切断情况
矿山压力与矿山压力显现解读
（1）重力
在未受构造运动影响的地区，处于某一深度的岩层中，覆盖岩层重量所引 起的垂直压应力可表示为：
2020/11/17
资源与环境工程学院-资源工程1系
4
Ground Pressure and Strata Control
y
H
2020/11/17
σ=σ 3
x1
σ=σ 1
y1
σ=σ 2
z1
σ=σ 3
（b）开采后
图2.2 开采前后应力分布
资源与环境工程学院-资源工程1系
3
矿压与矿压显现
Ground Pressure and Strata Control
2.1.2 矿山压力的来源
采动前原岩中各点的应力，就其来源主要有以下三个方面： ①覆盖岩层的重力； ②构造运动的作用力； ③岩体膨胀的作用力，包括岩体因温度升高或遇水膨胀而产生的力等。
2020/11/17
资源与环境工程学院-资源工程1系
9
矿压与矿压显现
Ground Pressure and Strata Control
2.2 矿山压力显现
2.2.1基本概念
煤及岩层采动后，应力重新分布，处于采动边界的部位承受较高压力 作用，约束条件、受力状况都发生明显改变。当该部位承受的压力值没有 超出其允许的限度时，围岩处于稳定状态。当采动边界部位的煤（岩）体 所承受的压力值超出其允许极限后，围岩运动将明显表现出来，即产生煤 （岩）体扩容后的塑性破坏、煤（岩）帮片塌、顶板下沉与底板鼓起等一 系列矿压现象。
矿山压力：采动 后作用于岩层边界 上或存在于岩层之 中，促使围岩向已 采空间的运动的力。 （即采动后促使围 岩运动的力）
2020/11/17H Hq =γHq =γHσ3
矿山压力与岩层控制知识点
1、矿山压力：由于矿山开采活动的影响，在巷道周围岩体中形成的和作用在巷道支护物上的力定义为矿山压力，（1）2、矿山压力显现：由于矿山压力作用使巷道周围岩体和支护物产生的种种力学现象，统称为矿山压力显现。
（1）3、矿山压力控制：所有减轻、调节、改变和利用矿山压力作用的各种方法叫矿山压力控制。
4、矿山压力与岩层控制课程的重要意义：P1~P25、老顶：通常把位于直接顶之上(有时直接位于煤层之上)对采场矿山压力直接造成影响的厚而坚硬的岩层称为老顶。
（65）6.伪顶：P657、直接顶：一般把直接位于煤层上方的一层或几层性质相近的岩层称为直接顶。
（65）8.采空区处理方法：充填，垮落，顶板缓慢下沉，刀柱法。
P659.砌体梁假说：砌体梁：将采场视为一个有机的整体，在围岩运动中起骨架作用的称为砌体梁。
P69砌体梁结构的失稳：P85~P86横三区竖三带：根据回采工作面上覆岩层内部的破坏情况，将回采工作面上覆岩层分为三带，沿工作面推进方向划分为三个区。
三带：垮落带，裂缝带，弯曲下沉带。
三区：煤柱支撑区，离层区，重新压实区9.1简述开采后引起的上覆盖层的破坏方式及其分区分为三带，垮落带、裂隙带、弯曲带。
垮落带；破断后的岩块呈不规则垮落，排列极不整齐，松散系数比较大一般可达1.3-1.5，重新压实后可降到1.03左右，此区域与所开采煤层相邻，很多情况下是由于直接顶岩层冒落后形成的裂隙带：岩层破碎后岩块排列整齐，碎胀系数较小，垮落带与裂隙带合称“两带”又称为“倒水裂缝带”弯曲带：裂隙带顶至地表的所所岩层称为弯曲带，其特点是岩层在移动过程中具有连续和整体性，在垂直剖面上下各部分下沉差值很小，若有厚硬的关键层，则可能出能在弯曲带内出现离层区。
9.2分析采场上部岩层结构失稳条件当老顶达到极限跨距后，随着回采工作面继续推进，老顶即发生断裂，整个顶板的破断方式可分为三个明显的区域，上、下区为圆弧形破坏，岩块间呈立体咬合关系。
中部呈似梁的咬合关系，但由于破断的岩块相互挤压，产生了水平力，这使中部又呈现出能传递水平力的拱的关系。
第2章 矿山压力与矿山压力显现
矿山压力显现是矿山压力作用下围岩运动的结果。
巷道围岩运动的相对性 矿山压力显现的相对性 支架受力的相对性
第二章 第19页
§2.2 矿山压力显现
σ 1 σ 1
σ 1 σ 1
σ 1 σ 3
σ 3
（a ）
(b)
图2.6 巷道围岩稳定与破坏
(c)
§2.2 矿山压力显现
R支
木支柱压折
RT
压折
1 R底 2
矿山压力的存在是绝对的，而显现是相对的
压力显现强烈的部位不一定是压力高峰的位置，但对某 一点是相关的（例:煤壁前方值承压力与下沉两关系）
关于支护的作用问题 支架的作用就在于帮助围岩稳定，把矿山压力显现控制在要求 的范围内。
2.3 矿山压力与矿山压力显现间的关系
维护围岩稳定的支护基本类型:
锚喷
2、构造应力特点： 1）分布不均，在构造区域附近最大； 2）水平应力为主，浅部尤为明显；
3）具有明显的方向性；
4）坚硬岩层中明显，软岩中不明显； 5） H max H min Z 构造应力目前尚难以计算，只能实测。
（三）岩体膨胀应力 由温度升高引起岩石膨胀而产生的应力σT值及其影 响因素可以由下式表示： σT =αβE H =3H 式中 σT —岩体的温度膨胀应力，kN∕m2； α—岩体的温升梯度； β—岩体的线膨胀系数； E—岩体的弹性模量； H—岩体的埋藏深度，m。 显然，σT值主要与开采深度有关。在一般深度条件 下，由于温度应力与自重应力及构造应力相比很小，因此， 只是在开采深度比较大的条件下才需要考虑。
增加围岩内聚力,提高承载能力 控制围岩变形程度,保持围岩稳定 允许围岩有一定变形,依靠支架提供给围岩锚固Fra bibliotek可缩性支架
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围 岩 运 动
两
顶
帮
板
运
运
动
动
概念？
矿山压力显现
采动后表现 出的矿山压 力现象
支 架 受 力
底
载
支
支
板
荷
架
架
运
增
变
压
动
减
形
折
§2.2 矿山压力显现
冒顶、片帮
两帮鼓出
顶底板移近
顶板下沉与 支架承载
(a)
(b)
(c)
(d)
图2.2 矿山压力显现的基本形式
§2.2 矿山压力显现
σ1 σ
1
σ 1
σ1
σ
1
σ 3
σ 3
（a）
(b)
(c)
图2.6 巷道围岩稳定与破坏
§ 2.1 矿山压力及其在围岩中的分布 ➢ 矿山压力的来源
根源？
来源？Βιβλιοθήκη 各点主应力的大小、 方向、垂直应力与水 平应力之间的比值等 决定了采动后围岩应 力重新分布的规律
矿山压力
采动前的原岩应力
随采深的增加而 增加是不确切的
1.岩层重力 2.构造运动作用力 3岩体膨胀作用力
第二章 第5页
§2.2 矿山压力显现 ➢矿山压力显现的概念
§ 2.1 矿山压力及其在围岩中的分布
➢矿山压力的概念
采动
开掘巷道和进行回采工作
采动空间 采动后 在煤或岩层中形成的空间
围岩
采动空间周围的岩体
矿山压力
促使围岩运动的力
§ 2.1 矿山压力及其在围岩中的分布
H
1
q=rH
3 3
1
1
3
3
1
(a)开采前
开采前后应力分布
(b)开采后
图2.1 开采前后应力分布