矿山压力和岩层控制
矿山压力与岩层控制分章节课后题答案
矿山压力与岩层控制分章节课后题答案第一章课后题答案1.什么是矿山压力？矿山压力是地质层、地下水和矿山开采引起的应力和变形所产生的压力作用。
2.什么是岩层控制？岩层控制是指在矿山开采中，通过采用适当的措施来保持岩体稳定，避免岩层破坏和塌陷，确保安全生产的技术措施。
3.列举矿山压力的主要来源。
矿山压力的主要来源包括地层的深度和覆盖厚度、地质构造活动、地下水、矿石开采等。
4.什么是煤柱？煤柱是指煤矿中煤层开采留下的煤炭矿柱，用于支撑上方地层的岩石和负荷。
5.煤层开采中会产生哪些岩层控制问题？煤层开采中会产生煤柱破坏、顶板下沉、底板塌陷等岩层控制问题。
1.煤层开采的主要压力问题有哪些？主要压力问题包括煤柱的变形和破坏、岩层的下沉和移动、煤与瓦斯突出等。
2.列举常用的煤层顶板支护方式。
常用的煤层顶板支护方式有液压支架、短牵引支架、长牵引支架、综放工作面支护等。
3.什么是煤与瓦斯突出？煤与瓦斯突出是指在煤层开采过程中，由于地应力释放和煤层瓦斯压力差等因素，导致煤层中的瓦斯和煤与瓦斯一起迅速释放到煤矿工作面。
4.列举常用的煤与瓦斯突出预防措施。
常用的煤与瓦斯突出预防措施包括合理布置瓦斯抽采钻孔、设置冻结带、控制工作面推进速度、适时切割煤柱等。
5.什么是煤矿的地压显现？地压显现是指煤炭开采过程中，地应力释放引起的顶板移动和地表沉陷现象。
1.列举导致复杂岩层变形和破坏的因素。
导致复杂岩层变形和破坏的因素包括地质构造、地震、地下水动力作用、加大采厚等。
2.什么是岩层的软化变形？岩层的软化变形是指在岩层开采过程中，受到外力作用导致岩层内部产生应力集中和岩石柔软化现象。
3.列举常用的岩层控制技术。
常用的岩层控制技术包括围岩加固、地下水控制、岩层预裂等。
4.什么是岩层顶板下沉？岩层顶板下沉是指岩层开采过程中，顶板发生沉降和下沉的现象。
5.列举常用的岩层顶板控制技术。
常用的岩层顶板控制技术包括钢支撑、锚杆支护、拱形支护等。
矿山压力与岩层控制
矿山压力与岩层控制一．名词解释矿山压力：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。
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，也称为岩体初始应力、绝对应力或地应力。
充填开采：就是用充填材料来充填已采空间，借以支撑围岩，防止或减少围岩垮落和变形的顶板管理技术，采用此方法管理顶板的采煤方法称为充填开采。
关键层：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。
锚固力：锚杆对围岩所产生的约束力称为锚固力。
根据约束方式分为：托锚力，黏锚力，切向锚固力；根据锚固阶段分为：初锚力，工作锚固力，残余锚固力。
沿空留巷：在上区段工作面采过后，通过加强支护或采用其他有效方法，将上区段工作面运输平巷保留下来，作为下区段工作面的回采时的回风平巷称为沿空留巷。
沿空掘巷：在上一区段工作面运输平巷废弃后，待采空区上覆岩层移动基本稳定后，沿被废弃的巷道边缘，掘进下一工作面的区段回风平巷称为沿空掘巷。
冲击矿压：是压力超过煤岩体强度极限，聚积在采掘工程周围煤岩体之中的能量突然释放，在井巷发生爆炸性事故，产生的动力将煤岩抛向巷道，同时发出强烈声响，造成煤岩体振动和破坏，支架与设备损坏，人员伤亡，部分巷道垮落破坏等。
充分开采：当采空区尺寸相当大时，地表最大下沉值不再随采空区尺寸增大而增大的开采状态称为充分采动。
二．简答题1.原岩应力概念组成部分以及场规律特点：（☆）答：天然存在于原岩内与人为因素无关的应力场称为原岩应力场。
其主要组成部分是自重应力场和构造应力场。
其规律特点：（1）实测铅直应力基本上等于上覆岩层重量。
（2）水平应力普遍大于铅直应力。
（3）平均水平应力与铅直应力的比随深度增加而减小。
（4）最大水平主应力和最小水平主应力一般相差较大。
2.构造应力场的特点：答：由于地质构造运动而引起的应力场称为构造应力场。
其特点：（1）构造应力以水平应力为主，具有明显的区域性和方向性。
矿山压力与岩层控制
一、名词解释1.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。
2.极限平衡状态：范围内岩块所处的应力圆与其强度包络线相切3.老顶的周期来压：由于裂隙带岩层周期性失稳而引起的顶板来压现象。
4.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多用的岩层称为关键层5.底板比压：将支架底座对单位面积底板上所造成的压力称为底板载荷集度，即底板比压6.煤矿动压现象：煤矿在开采过程中，在高应力状态下积聚有大量弹性能的煤或岩体，在一定的条件下突然发生破坏、冒落或抛出，使能量突然释放，呈现声响、震动以及气浪等明显的动力效应。
这些现象统称为煤矿动压现象。
7.支承压力：回采空间周围煤岩体内应力增高区的切向应力。
8.测压系数：9.应力集中：受力体内，孔周围局部区域应力高于其它区域应力的现象10.原岩应力：未受开采影响的岩体内，由于岩体自重和构造运动等原因引起的应力11.冲击地压：煤岩体突然动力破坏，释放大量能量的灾害动力现象，可摧毁巷道、引发其他矿井灾害，造成人员伤亡二、简答题1.绘图表示采场水平和垂直的分区分带2.回采工作面支柱工作特性有几种，绘图加以说明3.采空区的处理方法4.冲击地压的预测预报方法答：冲击地压的预测主要包括时间、地点和规模大小。
目前主要采用的采矿方法，包括根据采矿地质条件确定冲击矿压危险的综合指数法、数值模拟分析法、钻屑法等；采用地球物理方法，包括微震法、声发射法、电磁辐射法、振动法、重力法等，可以达到准确预报冲击矿压可能发生的地点和位置，较准确地确定冲击矿压发生强度和震动释放能量的大小。
5.影响采场矿山压力的主要影响答：1.采高与控顶距2.工作面推进速度的影响3.开采深度的影响4.煤层倾角的影响5.分层开采时的矿山压力显现6.巷道围岩压力及影响因素答：围岩变形受阻而作用在支护结构物上的挤压力或塌落岩石的重力。
统称为围岩压力。
（1.松动围岩压力2.变形围岩压力3.膨胀围岩压力4.冲击和撞击围岩压力）。
矿山压力与岩层控制
矿山压力与岩层控制一、名解：1.矿山压力：是指分布于岩层内部各点应力，又包括作用于围岩上的任何部分边界上的外力。
2.支承压力：是指煤层采出后，在围岩应力重新分布的范围内，作用于煤层、岩层、和矸石上的垂直压力。
3.围岩应力：是指洞室开挖后，周围岩体失去原来的平衡，引起洞室一定范围内岩体应力发生改变，重新调整形成新的应力。
4.原岩应力：是指把未受采掘扰动影响的岩石应力称为原岩压力。
5.基本顶：是指运动时对回采工作面矿山显现有明显影响的传递岩梁的总合，在初次来压后，是一组在推进方向上能够始终传递水平应力的不等高裂隙。
6.直接顶：是指在采空区内已夸落，在回采工作面内由支架暂时支撑的悬臂梁，其结构特点是在回采工作面推进方向上不能始终保持水平力传递。
7.泊松比：是指岩石在受单向压缩载荷时，试件在轴向压缩的同时产生横向膨胀，其横向与纵向的比值称为泊松比。
8.初次夸落距：是指当工作面自开切眼推进一段距离后直接顶悬露达到一定的高度，采空区进入初次放顶，直接顶开始夸落，此时直接开始夸落的距离称为初次夸落距。
9.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。
10.步距：由开切眼到初次来压时工作面推进的距离。
11.砌体梁：在一定的条件下能够形成表似梁实则为半拱结构。
这种平衡结构形如砌体，故称为砌体梁。
12.关键层：在回采工作面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。
13.碎胀性：是指岩石破碎后处于松散状态下得体积与破碎时的体积之比。
二、填空：1.三横三纵：三纵带是指弯曲下沉带、裂隙带、冒落带；三横是指煤壁支撑影响区、离层区、重新压实区。
2.直接顶完整性的取决因素：岩石本身的性质、裂隙的发育情况直接顶内的各种原因造成的层理。
3.节理裂隙的分类：原生裂隙、构造裂隙、压裂裂隙。
4.影响顶板下沉的因素：采高、采深、倾角及推进的速度。
5.采区巷道的支护形式：基本支护、加强支护、巷旁支护、巷道围岩加固。
矿山压力与岩层控制
矿山压力与岩层控制1.名词解释1.矿山压力: 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;2.矿山压力显现: 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;4.原岩应力:未受开采影响的岩体内，由于岩体自重和构造运动等原因引起的应力;4.支撑压力:回采空间周围煤岩体内应力增高区的切向应力;5.周期来压: 老顶平衡结构周期性失稳而施加给工作面以大型压力的过程6.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7.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8.关键层:对采场上覆岩层局部或直至地表的全部岩层活动起主要控制作用的岩层9.冲击地压: 聚集在矿井巷道和采场周围岩体中的能量突然释放，在井巷发生爆炸性事故，产生的动力将煤岩抛向巷道，同时发出强烈声响，造成煤岩体振动和煤岩体破坏，支架与设备损坏，人员伤亡，部分巷道垮落破坏的力学现象。
10.底板比压:底板单位面积所受支架的压力11.回采工作面:在煤层或矿床的开采过程中，直接进行采煤或采有用矿物的工作空间2.简答题1.原岩应力分布规律答：(1)实测铅直应力基本上等于上覆岩层重量；(2)水平应力普遍大于铅直应力；(3)平均水平应力与铅直应力的比值随深度增加而减小；(4)最大水平主应力和最小水平主应力一般相差较大。
2.绘图说明横三区/竖三带三区：A煤壁支撑影响区B离层区：C重新压实区：三带：I垮落带：II裂隙带III弯曲带(硬度越高,三带发育越好)(自下至上)3.绘图说明支柱特性工作支柱力学特性——受顶板压力作用，支柱变形（下缩）性质。
4.关键层具有的特征①几何特征，相对于其他同类岩层单层厚度较厚；②岩性特征，相对于其他岩层较为坚硬，即弹性模量较大，强度较高；③变形特征，关键层下沉变形时，其上覆全部或局部岩层的下沉量同步协调；④破断特征，关键层的破断将导致全部或局部岩层的破断，引起较大范围内的岩层移动⑤支承特征，关键层破坏前以“板”(或简化为“梁”)结构作为全部岩层或局部岩层的承载主体，断裂后则成为砌体梁结构，继续成为承载主体5.影响采场矿山压力显现的因素答：①采高与控顶距的影响；②工作面推进速度的影响；③开采深度的影响；④煤层倾角的影响；⑤分层开采对矿山压力显现的影响；6.采场围岩与支架之间相互作用原理答：支架围岩是相互作用的一对力，支架受力的大小及其在回采工作面分布的规律与支架性能有关，支架结构及尺寸对顶板压力有一定影响。
矿山压力与岩层控制
（4） 采动影响稳定阶段 回采引起旳应力重新分布趋向稳定后，巷道围
岩变形速度再一次明显降低，但依然高于掘进影 响稳定阶段时变形速度，围岩变形量按流变规律 不断缓慢地增长。
（5） 二次采动影响阶段 巷道受本区段回采工作面（B）旳回采影响
时，因为上区段残余支承压力，本区段工作面超
前支承压力相互叠加，巷道围岩应力急剧增高，
图7-8区段平巷围岩变形
(1)巷道掘进影响阶段
(2)
煤体内开掘巷道后，巷道围岩出现应力
集中，在形成塑性区旳过程中，围岩向巷道空
间明显位移。伴随巷道掘出时间旳延长，围岩
变形速度逐渐衰减，趋向缓解。巷道旳围岩变
形量主要取决于巷道埋藏深度和围岩性质。
(3)(2) 掘进影响稳定阶段
(4) 掘巷引起旳围岩应力重新分布趋于稳定，
关系旳不同，巷道位置能够分为下列几类： （1） 与回采空间在同一层面旳巷道称为本 煤层巷道，分析本煤层巷道位置时，仅考虑回 采空间周围煤体上支承压力旳分布规律，可作 为平面问题处理。
（2） 与回采空间不在同一层面，其下方旳 巷道称为底板巷道，分析底板巷道位置时，应 该考虑回采空间周围底板岩层中应力分布规律， 按空间问题处理当然，位于回采空间所在层面 上方旳巷道称为顶板巷道 。 （3） 厚煤层中、下分层以及相邻煤层中旳 煤层巷道，有可能同步受到本分层和上分层以 及相邻煤层采面旳采动影响。分析此类巷道位 置时，根据巷道与回采空间位置和采掘时间关 系，综合考虑回采空间周围煤体上支承压力和 顶、底板岩层中应力旳叠加影响。
图7-5 a表达上部煤层单侧采动引起底板岩层 内应力分布，图7-5 b表达上部煤层两侧采动遗留 保护煤柱引起底板岩层内应力分布。
如图所示，除了在煤柱下方底板岩层一定范 围内形成应力增高区外，位于煤柱附近旳采空区 下方底板岩层一定范围内形成应力降低区。
矿山压力与岩层控制复习资料
1.矿山压力：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，在相关学科中也称为二次应力、或工程扰动力。
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，以及在岩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：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.岩石按不同的标准可分为不同类型，常见的分类有：（1）按岩石成因可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类。
（2）按岩石固体矿物颗粒间的结合特征，可分为固结性、粘结性、散粒状和流动性岩石四大类。
（3）按岩石的构成特征，可以区分岩石的结构和岩石的构造。
岩石的结构是决定岩石组织的各种特征（如矿物颗粒的组成成分、结晶程度、形状和大小以及它们之间的连接状况等）的总合；而岩石的构造则指岩石中组成成分的空间分布以及他们相互间的排列关系，如整体构造，多孔状构造和层状构造。
（4）按岩石的力学强度和坚实性，可分为坚硬岩石和松软岩石。
工程中常把饱水状态下单压强度大于10MPa 的岩石称为坚硬岩石；而把低于该值的岩石称为松软岩石。
5.岩石的体积指标（一）岩石的孔隙性岩石的孔隙度指岩石中各种孔洞、裂隙体积的总和与岩石总体积之比，也称孔隙率%1000⨯=V V n 岩石的孔隙比指岩石中各种孔洞和裂隙体积的总和与岩石内固体部分实体积之比，可表示为c V V e 0=孔隙比与孔隙度之间的关系为 n n e -=1 一般孔隙率愈大，岩石中孔隙和裂隙就愈多，岩石的密度和强度愈低，同时使塑性变形和渗透性增大。
（二）岩石的碎胀性和压实性岩石的碎胀性指岩石破碎以后的体积比之前体积增大的性质。
常用岩石的碎胀系数来表示，即岩石破碎后处于松散状态下的体积与岩石破碎前处于整体状态下的体积之比，其表达式为V V K p '= K P ——岩石的碎胀系数；V ' ——岩石破碎膨胀后的体积，m 3； V ——岩石处于整体状态下的体积，m 36.岩石变形性质的类别岩石的变分为弹性变形、塑性变形和粘性变形三种。
矿山压力与岩层控制
象。
•
粘性流动——蠕变后卸载，部分变形不能恢复的现象。
矿山压力与岩层控制
•
•
与岩石类别有关（粘土矿物岩石蠕变显著）
•
岩石蠕变
•
• 段）
与应力大小有关（高应力蠕变明显，超过极限
应力，蠕变进入不稳定阶
•
蠕变试验：时间长；
•
测量要求精度高（用千分表）；
•
载荷恒定。
•
•
研究蠕变的意义：了解岩石的长时强度。
矿物：存在地壳中的具有一定化学成分和物理性质的自然元素和化合物。 结构：组成岩石的物质成分、颗粒大小和形状以及其相互结合的情况。
(结晶、胶结)
构造: 组成成分的空间分布及其相互间排列关系。
（节理、裂隙、空隙、边界、缺陷）
矿物、结构、构造是影响岩石力学性质和物理性质的三个重要因素 。
矿山压力与岩层控制
要确保试验岩样的天然状态。 岩样应具有一定的代表性。 钻孔采样时应尽量垂直于层面打孔，偏斜角不大于0.5°。 采取的岩(煤)块规格大体为长×宽×高=20×20×15cm。 上下端面的不平整度不大于0.1mm，上下端面的直径差不大于0.2mm。 试件端面垂直于试件轴的偏差不大于0.001rad。 圆柱形试件：φ4.8－5.2cm ，高H=（2－2.5)φ 长方体试件：边长L= 4.8－5.2cm , 高H=（2－2.5)L
•理想塑性
•具有应变硬化的塑性
矿山压力与岩层控制
••3、一般岩石的变形： • • 瞬时弹性变形 • • 后效弹性变形 • • 塑性变形
• • 岩石与其它金属及晶体矿物不同，因其有节理、裂隙存在，在应 力不高阶段，内部结构即有破坏，在产生弹性变形的同时，产生塑性 变形。
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《矿山压力与岩层控制》课程教学大纲
课程中文名称：矿山压力与岩层控制
课程英文名称：Mine Pressure and Strata control
课程类别：专业基础课
课程归属单位：
制定时间：2013年3月18日
一、课程的性质、任务
1. 课程设置的性质、任务
《矿山压力及岩层控制》是研究煤矿开采过程中矿山压力分布及其显现规律，探讨矿山压力控制措施和控制方法的一门工程技术学科，是采矿工程专业学生的主要专业课，也是其它井下工程类专业的专业基础课程。
通过对本门课程的学习，要求对煤矿中采场和采区巷道周围煤(岩)体内矿山压力分布及其显现有比较完整的认识和了解，基本掌握控制采场和井下巷道矿山压力的方法和措施。
结合实验课和实践性教学，使学生得到有关研究和解决煤矿生产现场矿山压力问题基本技能的训练。
2. 通过教学达到下列基本要求
通过本课程的教学，一方面使学生掌握有关矿山压力及其控制的基本概念、巷道围岩变形、应力、破坏的分布规律、采场周围的应力分布状态、采场顶底板的变形破坏规律、工作面来压规律及确定方法、巷道与采场的围岩控制理论与控制方法、煤矿动压现象、矿山压力测试技术；另一方面使学生达到能够根据具体条件，进行采场和巷道围岩控制设计、解决有关矿山压力控制方面问题的能力。
3. 专业和学时数
采矿工程专业、矿井通风与安全专业、岩土工程专业，共56学时
4. 与其它课程的关系
⑴ 《煤矿地质学》、《矿山岩体力学》、《煤矿通风与安全》、《采掘机械》在本课程之前教授；
⑵ 本课程应在《开采方法》、《井巷工程》之前或同时讲授；
5. 教材与参考资料
(1)《矿山压力与岩层控制》蒋金泉王国际等编
(2)《矿山压力及岩层控制》钱鸣高、石平五等编
(3)《矿山压力及岩层控制》姜福兴等编
(4)《矿压测控技术》阎海鹏张公开编
6、教学方法
本课程以课堂讲授为主，部分内容配合实验课程和实践性教学环节进行，并辅以课外作业，课堂答疑等形式进行。
二、各章教学内容和要求
1. 基本要求：
要求教师在授课过程中阐述明确有关矿山压力及其控制的基本概念；巷道及采场周围的应力分布规律；巷道与采场围岩的移动变形规律；矿山压力控制的基本原理与控制方法；矿压控制的设计方法；煤矿动压现象的致因与防治措施；矿压测试技术与相关测试仪器的原理与具体应用。
要求学生对以上知识内容必须明确，并能牢固掌握，学习后达到具备能够独立解决相关矿山压力控制方面的技术问题。
重点：岩石的性质，破坏机理和强度理论；原岩应力和“孔”周围的应力分布；巷道及采场周围的应力分布规律；巷道与采场围岩的移动变形规律；矿山压力控制的基本原理与控制方法；矿压控制的设计方法；巷道维护原理和支护技术；冲击地压测控及防治。
难点：巷道及采场周围的应力分布规律；巷道与采场围岩的移动变形规律；矿山压力控制的基本原理与控制方法；矿压控制的设计方法。
2. 课程的教学内容包括
第一章矿山岩石及岩体的基本性质
岩石的物理性质、强度和变形性质，破坏机理和强度理论；岩体的基本特征及类型、基本力学性能与分级。
第二章矿山岩体的原岩应力及重新分布
岩体的原岩应力、弹性变形能；孔周围的应力分布，围岩极限平衡与支撑压力分布。
第三章采煤工作面上覆岩层的活动规律
影响采面矿压显现的岩层组成、有关假说、直接顶冒落厚度、基本顶的初次断裂与断裂步距、基本顶断裂前后的支承压力显现。
第四章采煤工作面矿山压力显现基本规律
分析回采工作面初次来压及其周期来压的机理，特征；顶板大面积来压的现象及特征，顶板大面积来压的形成原因及防治方法。
顶板压力的估算、影响工作面矿山压力显现的主要因素。
，介绍近期我国缓倾斜煤层顶板的分类方法和分类指标。
第五章采煤工作面顶板控制原理与方法
分析采场顶板与底板特征，并进行分类；介绍单体柱、液压支架等的采场支架类型与力学特性；采场支架与围岩相互作用原理；重点掌握综合机械化采煤工作面顶板控制设计和单体液压支柱工作面顶板控制原则；能够科学地进行采场来压预报与支护质量监测。
第六章采煤工作面矿压监测
重点介绍采场矿压监测仪器、采场上覆岩层的运动的监测预报、单体液压支柱和液压支架支护的监测技术。
第七章采煤工作面岩层移动与控制
岩层控制是采矿工程中的重要一环，本章要求掌握岩层控制的关键层理论，能够进行关键层判别，并能正确分析采场围岩的移动规律；熟悉采场围岩移动控制技术。
第八章巷道矿压显现规律
分析巷道开挖产生的孔洞效应；重点是受采动影响巷道矿压显现规律；以及软岩巷道矿压显现规律；在此基础上了解应该从多方面着手进行巷道围岩控制原理
第九章巷道维护原理和支护技术
分析了无煤柱护巷、巷道围岩卸压等工作原理；常用巷道金属支架的类型和受力特性；巷道锚杆支护的原理和实践；软岩巷道围岩变形规律及其支护技术；锚杆支护质量监测
第十章巷道矿山压力观测技术
熟悉巷道矿压观测仪器及观测方法、重点是巷道围岩松动圈、巷道支架变形破坏、巷道支架载荷的观测技术。
锚杆支护质量监测。
第十一章冲击地压监测及其防治
冲击地压的表现形式，形成原因及过程影响冲击地压发生的地质因素及开采技术因素，冲击地压的预测预报及防治措施；
3. 学生作业基本要求
《矿山压力与岩层控制》课程是一门理论性和应用性较强的专业技术基础课程，为帮助学生掌握好课堂教学内容、训练思维方式，必须进行一些课后练习，领会、巩固所学内容。
4. 授课计划及学时分配
本课程总共56学时(其中理论课50学时，实验课6学时)。