矿山压力基本知识
浅谈矿山压力基础知识及综采矿压管理技术
第一节 矿山压力的概念及机理
三、矿山压力显现
在矿山压力作用下，围岩和支护物所表现出来 的力学宏观现象，如围岩变形，离层，破坏和冒落， 1 支架受力变化和折损，煤（岩）突出，充填物产生 压缩和地面塌陷等，称为矿山压力显现，简称矿压 显现。 工作面矿山压力显现的形式：顶板下沉、支架 变形与折损、顶板破碎或大面积冒落、煤壁片帮、 支柱（单体、木点柱等）插入底板、底板膨胀鼓起 3 等。 矿压控制-所有人为的调节、改变和利用矿山 压力的各种技术措施。
第二节 采煤工作面围岩移动特征
四、基本顶的周期来压1来自（一）基本顶来压前的状态 基本顶初次跨落后，随着采煤工作面的继续推进， 工作面上方的基本顶岩层由两端固定梁转变为悬
臂梁状态。
第二节 采煤工作面围岩移动特征
四、基本顶的周期来压
（二）基本顶周期来压及矿压显现特征 1 周期来压：基本顶的周期性破断失稳对工作面产生 的周期性的来压显现，称之为基本顶的周期来压。 主要表现形式：顶板下沉速度急剧增大， 顶板下沉 量变大，支柱所受载荷普遍增加，有时可能引起煤 壁片帮，支柱折损、顶板发生台阶状下沉等现象。
第二节 采煤工作面围岩移动特征
一、顶板构成
伪顶—位于煤层之上随采随落的极不稳定岩层，
其厚度一般在 0.3～0.5m以下。 1 直接顶—位于伪顶或直接位于煤层之上，具有 一定的稳定性，随移架或回柱放顶后能自行垮落的 岩层。 3 基本顶（老顶）—位于直接顶或煤层之上，厚 而坚硬垮落的岩层。
第二节 采煤工作面围岩移动特征
第四节 综采矿压管理技术
矿压简述
顶板事故在煤矿事故中所占比例最大，尤其是在顶 板坚硬、不宜冒落的开采条件下，直接顶的管理更凸显 其重要性，综采工作面初采期间大面积悬露顶板绝大多 1 数为直接顶板，大面积悬露的直接顶板突然垮落极易形 成飓风冲击，造成人员伤害和设备损坏。 我国多个矿区曾出现过初次来压飓风伤人事故，严重影 响了矿井正常生产。 目前，矿井普遍采用顶板爆破强制放顶的措施，以 减小采空区顶板的悬露面积，减缓顶板的来压强度。 针对我矿实际情况，预计在5月底对30104工作面切眼实 施强制放顶工作。
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
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，可表示为孔隙比与孔隙度之间的关系为一般孔隙率愈大，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K P——岩石的碎胀系数；V'——岩石破碎膨胀后的体积，m3；V——岩石处于整体状态下的体积，m36.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。
第三章---矿山压力基本知识
二、直接顶的压力由于直接顶的岩性不同，以及开采技术条件的关系，直接顶对工作面支架的压力特性基本有三种情况：1.悬梁式的直接顶压力悬臂的岩梁在自重和上覆岩层的作用下，逐渐产生离层、下沉、弯曲、断裂，直至随支架前移而自行垮落。
这些现象随着顶板暴露面积和暴露时间的增加，表现得更为明显。
如图3-5在这种情况下，支架的作用就是限制直接顶产生过多的下沉，以免沿ab线切断，保证工作面的安全。
支架所受的力，主要是直接顶的重量。
基本顶下沉也会对支架施加一定的压力。
2.破碎直接顶的压力由于直接顶是脆性和较松软的岩层，回采时，在工作面前方的支承压力作用下，直接顶产生裂隙、断裂，失去了连续性，形成破碎顶板（图3-6）。
这时，工作面上部悬露的直接顶的重量，全由支架承担。
3.台阶下沉式直接顶的压力当直接顶既不很松软，也不很坚硬，介于上述二者之间。
回采时，工作面直接顶出现台阶下沉（图3-7），有时靠近煤壁的直接顶，也可能出现较短的悬梁。
这种形式的顶板，好像砌体墙结构，各台阶侧面上，彼此之间存在摩擦力，阻止台阶下沉。
所以工作面支架，只是支撑下沉台阶的部分重量，通常采用单体支柱。
由于直接顶的岩性、结构、地质构造不同，以及开采方法和基本顶的活动情况不同，直接顶的压力显现，也是千差万别的。
在生产实践中，应根据直接顶压力的基本特征，结合煤层的具体情况，进行观测分析，才能比较正确地反映出直接顶的压力。
三、基本顶的压力1.工作面初次来压当工作面从开切眼向前推进，顶板悬露面积随之扩大，直接顶垮落充填采空区，基本顶仍完整地支承板梁构件。
当板梁跨度随着工作面推进增大到一定的范围，如图3-8所示的L1时，由于基本顶的自重和上覆岩层的作用下，使基本顶断裂垮落。
这时，工作面已不再处于基本顶梁掩护之下，顶板迅速下沉而破碎，通常把采空区基本顶第一次大面积垮落称为初次垮落。
由于基本顶初次垮落，使工作面压力增大，故称为初次来压。
初次来压对工作面影响一般持续2~3天。
矿山压力
一、名词解释：1.矿山压力：由于开采影响，作用在开采空间煤岩体和支护物上的力。
2.矿山压力显现：在矿压的作用下，开采空间煤岩体和支护物上产生的各种力学现象。
3.矿山压力控制：为使采矿安全、正常所采取的各种减轻、调节、改变和利用矿山压力的方法。
4.构造应力：由于地壳构造运动在岩体中引起的应力。
5.支承压力：回采空间周围煤岩体内应力升高区的切向应力。
6.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。
7.初次来压：老顶的平衡结构第一次失稳而施给工作面以大型压力的过程。
8.周期来压：老顶平衡结构周期性的失稳而施加给工作面以大型压力的过程。
9.初次来压步距：第一次来压时工作面距开切眼的距离。
10.周期来压步距：两次来压期间工作面推进距离。
11.冲击地压：发生在高应力区井巷，采煤工作面围岩体内，以突然、急剧、猛烈破坏为特征的矿压动力现象。
二、简答及分析绘图题：12.直接顶分类方案和分类指标采煤工作面直接顶类别按其在开采过程中表现得稳定程度进行划分，共分为4类，其中1类又分为两个亚类，对于2类直接顶，可根据需要分为两个亚类，其具体指标见下表：τr为直接顶平均初次跨落距。
13.采煤工作面初次来压显现特点：⑴来压前，顶板压力无明显增大；⑵煤壁内部支承压力增高，煤壁片帮严重；⑶顶板枪炮声响；⑷顶板下沉速度急剧增加；⑸支柱的载荷急剧增加；⑹直接顶出现拉咎显象（直接顶煤壁切断）。
14.回采工作面周期来压显现特点：⑴顶板下沉量急剧增加，⑵支柱载荷普遍增加；⑶煤壁片帮严重；⑷当支撑力不足时，工作面会出现台阶下沉；⑸如果支护参数不合理，会发生冒顶、切顶。
15.放顶煤矿压显现特点：⑴前方支承压力峰值高，距工作面远；⑵顶底板相对移近量大；⑶顶煤在煤壁前方较远处产生较大位移；⑷支架载荷，周期来压强度小。
16.冲击地压三项准则：强度准则：煤岩介质的全部应力大于煤体与围岩系统的强度；能量准则：煤岩释放能量大于消耗能量；冲击准则：煤体（围岩）的冲击倾向度指标大于试验（实验）确定的冲击倾向度界限值。
矿山压力
一、名词解释1 矿山压力：由于矿上开采活动的影响，在开采空间围岩体内形成的和作用在只支护物上的压力。
2 矿山压力显现：由于矿山压力的作用，开采空间围岩体及支护物产生的各种力学现象。
3 矿山压力控制：为使采矿工作正常、安全进行所采取的各种减轻、调节、改变和利用矿山压力作用的方法。
4 伪顶：位于煤层之上随采随落的极不稳定岩层，其厚度一般在0.5m 以下。
5直接顶：位于煤层或伪顶之上具有一定的稳定性,移架或回柱后能自行垮落的岩层。
6 老顶：位于直接顶或煤层之上厚而坚硬的岩层。
7 老顶的初次来压步距：有开切眼到初次来压时工作面推进的距离。
8 老顶的周期来压步距;两次来压期间工作面推进的距离。
9 完全沿空掘巷：安全沿采空区边缘或仅留很窄的煤柱掘进巷道。
10冲击地压：在地应力高的岩体中开挖硐室，围岩应力突然释放，岩块破裂并抛出的动力现象。
11沿空留巷：采煤工作面后沿采空区边缘维护原回采巷道12断面破碎度：支架前梁端部到煤壁间顶板破碎程。
（二）问答题1、分布特征：只考虑自重情况下原岩应力状态的侧向应力系数在0与1之间，即0≤λ≤1。
λ=0,1/7,1/3,1/2,1在θ=0°；90°；180°；270°的分布克制圆孔两侧的切向应力集中系数处于2~3之间，即两侧最大切向应力比垂直原岩应力大1~2倍，且与孔径无关。
2、简述原岩应力场的概念及主要组成部分。
天然存在于原岩内而与人为因素无关的应力场称为原岩应力场。
原岩应力场由自重应力场和构造应力场组成。
地心引力引起的应力场称为自重应力场，地壳中任意一点的自重应力等于单位面积的上覆岩层的重量。
由于地质构造运动而引起的应力场称为构造应力场，构造应力与岩体的特性，以及正在发生过程中的地质构造运动和历次构造运动所形成的地质构造现象有密切关系。
3、简述岩石破碎后的碎胀特征及其在控制顶板压力中的作用？岩石破碎后，杂乱堆积，岩石的总体力学特征类似于散体。
第五讲 矿山压力基本知识
集支护区，加打斜撑。
（三）工作面老顶的初次来压及来压时的安全措施 1）工作面老顶的初次来压 随着工作面推进还可能形成四、五……不同数量岩块的咬合
平衡，直到岩块间的咬合关系不能满足平衡关系为止。此时，老顶 的失稳将对工作面带来严重的矿山压力显现，甚至危及生产和人身 安全，形成老顶的初次来压。见图
图1-2 老顶断裂成岩块后的转动
初次来压是工作面矿山压力显现的重要现象，衡量其指标是来 压强度和初次来压步距，顶板坚硬、直接顶薄的工作面初次来压强 度大、来压步距大。
初次来压特征：老顶初次来压比较突然。来压前回采工作空间 上方的顶板压力比较小。因而往往容易使人疏忽大意。初次来压时， 老顶垮距比较大，影响的范围也比较广，工作面易出现事故。
置，做好预测预报工作。 (2）做好来压前的支护工作，保证支架的规格质量，
保证一定的支护密度和支架稳定性。 （3）合理缩小控顶距，以利于工作面维护。 （4）保证直接顶垮落的质量。采空区冒落的矸石可
以减轻老顶的来压强度。 （5）加强正规循环，保持工作面推进速度。
十一、顶板事故分类
一、大型冒顶: 是指范围较大，伤亡人数较多（每次死亡3人以上）
《规程》规定： 采煤工作面必须按作业规程的规定及时支护，严禁空顶作业。
直接顶不能任其自然垮落。当工作面推进距离达到初次垮落距时， 要进行初次放顶。采煤工作面初次放顶时必须制定安全措施，采煤 区（队）长要亲临现场进行指挥。
（二）直接顶初次放顶的安全措施 对于单体支柱支护工作面，制定初次放顶安全措施时，应该遵
老顶初次来压对工作面的影响较大，因此必须掌握初次来压步 距的大小，以便及时采取对策。在来压期间，必须加强支架的支撑 力，尤其要加强支架的稳定性。一般可以采用木垛、斜撑等特种支 架加强回采工作空间的支护。
矿山压力
1.矿山压力：由于开采影响，作用在开采空间煤岩体内或者支护物的力。
2.矿山压力显现：在矿压的作用下，开采空间煤岩体内和支护物上产生的各种力学现象。
3.构造应力：由于构造运动在岩体中引起的应力。
4.支承压力：指在岩体中开掘巷道、在煤层内进行采煤时巷道两侧或回采工作面周围煤壁上形成的高于软岩应力的垂直集中应力。
（应力重新分布后，巷道两侧改变后的切向应力增高的部分）5.支撑压力的分区问题：常将采场前方或巷道两侧的切向应力分布按大小进行区分。
⑴根据切向应力的大小，可分为增压区和减压区。
比原岩应力小的压力区是减压区，比原岩应力高的压力区是增压区。
增压区即通常说的支承压力区。
支承压力区的边界一般可以取高于原岩应力的5%处作为分界处。
再向内部发展即处于稳压状态的原岩应力区。
⑵另一种分类方法是将其分为极限平衡区和弹性区。
6.老顶初次来压：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.老顶的周期来压：由于裂隙带周期性失稳而引起的顶板来压现象。
8.直接顶初次垮落：直接顶第一次大面积垮落。
9.老顶初次来压步距：第一次来压工作面至开切眼的距离。
10.周期来压：由于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。
11.周期来压步距：两次来压期间工作面的推进距离。
12.老顶的梁式破断：最大剪力发生在固定梁的两端：Qmax=R1=R2=qL/2最大弯矩发生在梁中间：Mmax=qL2/8固定梁：按最大剪应力得出的极限跨距为：L2s=4hRs/3q按最大弯矩得出的极限跨距为：L2T=h2RT/q简支梁：按最大剪应力得出的极限跨距为：L2s=4hRs/3q按最大弯矩得出的极限跨距为：L2T=2h RT/3q老顶的板破断：分为，①四边固支②三边固支，一边简支③两边固支，两边简支④一边固支三边简支弯矩分布，固定端边界大。
转换时，煤壁处弯矩大，煤壁中段弯矩最大。
破裂过程，长边→短边→沟通→中间13.直接顶，⑴影响直接顶好坏的原因：①岩性；②裂隙切割；③老顶压力；④支护压力⑵直接顶岩层破坏离层原因：①节理裂隙切割②岩层松软变形量大（离层）③落煤之后顶板支护不及时或初撑压力过小（离层）④老顶岩层平衡结构失稳，岩块回转⑤支护力不均衡或支架反复支撑⑥放顶撤柱过快，产生动压冲击14.横三区竖三带，⑴按层面垂直方向移动状况划分竖三带：Ⅰ冒落带（垮落带）—分为规则、不规则垮落带：Ⅱ裂隙带，位于冒落带以上，岩层间产生离层，形成拉伸裂隙，整体间联系比较好，相对位移小；Ⅲ弯曲下沉带：岩层基本上不产生离层，也不产生断裂，岩层会大面积缓慢下沉。
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1．初次垮落：基本顶在采空区中第一次垮落。 即：随工作面的继续推进，直接顶不断垮落，基本顶悬露跨度逐渐增 大，直至达到极限跨度时，基本顶出现断裂，进而发生垮落。 2．初次来压：由于基本顶初次垮落而引起工作面矿压显现加剧的现 象，称之。 矿压显现特征：工作面顶板下沉量和下沉速度急增，煤壁片帮严重， 顶板裂缝或掉渣，支架载荷迅速提高等，其影响一般持续2～3天。 采取措施：放顶线加强支护。如：增设排柱、木垛、斜撑、抬棚、强 制放顶等。
二、基本顶的初次垮落 （一）基本顶初次来压前的岩层结构 1．板的结构：四周分别由煤柱及煤壁支撑，可视为悬空
的板。
2．两端固定的梁：因工作面长度远大于跨距，故可视为 两端固定的梁。 3．梁的作用：上覆岩重通过梁而传递到两端的煤壁及煤 柱上。
初次来压前顶板状态示意图
第四节
开采后围岩移动及矿压特征
二、基本顶的初次垮落
L初＝h 2RT q
（多用，因抗拉强度远大于抗压强度） （当τmax=Rs时）
L初
4hRs 3q
式中 L初－基本顶初次垮落步距；
RT－岩层的抗拉强度极限；
Rs－岩层的抗剪强度极限； τmax－最大剪应力； ｑ－岩梁的均布载荷； ｈ－岩梁的高度（基本顶厚度）
第四节
开采后围岩移动及矿压特征
2．基本顶初次垮落步距的确定：
第一节
二、采场空间特点 1．采场的基本形式： （1）开切巷：矩形或梯形。
矿山压力概述
（2）初次来压前：似椭园形。 （3）初次来压后：为弯曲下沉式。根据不同的采空区处理方法出现不
同的空间形式。
全部垮落法：（图旧教案中） 全部充填法：
缓慢下沉法：
2．采场特点 （1）是时间函数。即是移动的、又是变化的。
第一节
矿山压力概述
四、采场顶板组成：（自下而上）图6－2示。 1．伪顶：直接位于煤层之上，极易垮落的松软薄层。 极易垮落：指随采随落，悬顶面积小于8～10m2，悬顶时间不超过 20min。 薄层：厚度在0.3～0.5m以下者。 岩性：一般为泥质页岩、炭质页岩等。 2．直接顶：位于伪顶或煤层之上，较稳定易垮落的岩层。 较稳定：悬顶面积大于8～10m2，时间超过20min。 易垮落：放顶后及时垮落，岩石单向抗压强度小于600～800kg/cm2； 岩性：页岩、砂质页岩、薄层状砂岩等。 直接顶下位岩层：指煤层或伪顶之上1～2m厚的岩层，其稳定性直接 影响支架的结构型式。 3．基本顶（老顶）：位于直接顶或煤层之上，难垮落的坚硬岩层。 难垮落：指其允许悬露面积很大，岩石单向抗压强度大于600～800 kg/cm2，裂隙、层、节理不发育等。 厚岩层：指其厚度大于1m，总厚在2.0m以上的整体岩层。 岩性：一般为厚层状砂岩、石灰岩、砂砾岩等。 4．直接底：直接位于煤层之下的岩层。
煤层顶板岩层示意图
1－基本顶； 2－直接顶； 3－伪顶； 4－煤层； 5－底板岩层
图 6－2 煤层顶底板岩层
第二节 岩体的主要特征
一、岩体的概述
二、岩石的强度特性
三、岩体的强度特性
第二节 岩体的主要特征
一、岩体的概述 （一）岩体的概念
1．岩体是自然界，由各种岩性和各种结构特征的岩石所组成的集合体。
岩体的基本特征示意图
第二节 岩体的主要特征
二、岩石的强度特性
岩石强度：指岩石受载时抵抗破坏的能力。
1．岩性的影响：主要取决于组成岩石矿物颗粒间的联结和颗粒 大小。 2．含水的影响：水可使岩石软化、溶蚀、膨胀，降低强度。 如：砂岩含水4%时，强度降低50%；泥质页岩含水1.5%时，强
度降低70%；砾岩（大同）自由吸水6天后，强度降低39%。
（一）周期来压前的状态：图6－7示。
悬梁状态。采煤工作面处于基本顶悬梁的保护下。 （二）周期来压含义及矿压显现特征
1．周期来压：基本顶周期性折断或垮落前后，工作面的矿压显现，称
和构造应力构成。
一、自重应力 二、构取一单元体，图6－1示。 1．垂直应力：σ1=（1×1×H）＊ｒ＊ｇ=r＊H＊ｇ （Pa）；
式中 σ1－单元体所受的垂直应力，Pa；
H －单元体岩石距地表的深度，m； r－上覆岩层的加权平均容重，kg/m3； g－重力加速度，m/s2。
矿山压力概述、岩体的特征、原岩应力状态
课堂小结： 1．基本概念：矿山压力、矿压显现、伪顶、直接顶、基 本顶 2．岩石的强度特性、影响因素、岩体的强度特性
3．自重应力、构造应力。
第四节
开采后围岩移动及矿压特征
一、直接顶的初次垮落
二、基本顶的初次垮落
三、基本顶的周期来压
四、采空区上覆岩层的移动
3．非连续性。被各种结构面所切割。
第二节 岩体的主要特征
一、岩体的概述
（三）岩体的基本类型 （参考张希俊编教材中图）
1．整体岩体。节理不发育，很少有断层的厚层沉积岩层。
2．块状岩体。节理发育，有小断层或偶有层间错动的厚、中厚层。
3．层状岩层。节理不发育等，构造较简单，岩性单一或不同岩性互层。 4．碎裂岩体。完整性很差，褶皱、断层、层间错动，节理、劈理十分发育。 5．松散岩体。受剧烈构造变动后，由断层泥、岩粉、岩石碎屑等组成。
山西能源学院
煤矿开采方法电子教案
矿业工程系 采矿教研室 2018年9月
第八章 矿山压力基本知识
第一节
第二节 第三节 第四节 第五节
矿山压力概述
岩体的主要特征 原岩应力状态 开采后围岩移动及矿压特征 采煤工作面四周的支承压力及其传递
第六节
第七节
采煤工作面顶板分类
采煤工作面矿压观测
图 6-3
直接顶初次垮落状态
第四节
开采后围岩移动及矿压特征
一、直接顶的初次垮落
4．直接顶垮落的高度 （3）分析：当△=0时，
m H（KP 1）
即：冒落的直接顶将充满采空区。
故：形成充满采空区所需的直接顶厚度为：
h
m K P 1
结论：减小△，有利于控制基本顶活动。
第四节
开采后围岩移动及矿压特征
即：垂直于结构面的方向受力时，强度最大；平行次之，界于σmax与 σmin之间；成θ1～θ2内，强度最低σmin。
生产实际中：
（1）破岩时，应使岩石单向或双向受力，并处于拉伸或剪切状态。 （2）井巷维护时，应使岩石处于受压状态。
弱面对岩体强度的影响示意图
第三节 原岩应力状态
原岩：地下岩体没有受到井巷或采场等地下工程影响的 部分。 原岩应力：未受采动影响岩体内的应力。主要由自重应力
基本顶初次来压时状态示意图
图1－17《采矿学》
第四节
开采后围岩移动及矿压特征
二、基本顶的初次垮落
（三）基本顶初次垮落步距的确定 1．基本顶初次来压步距：基本顶初次垮落时，工作面距开切巷的距 离。一般为20～35m，有时可达50～70m，悬露面积可达数千至上万平方
米。
影响因素：基本顶岩性、厚度、地质构造等。 2．基本顶初次垮落步距的确定：
第一节 矿山压力概述
一、矿山压力的概念
二、采场空间特点
三、采场矿压研究的任务及目的
四、采场顶板组成
第一节 矿山压力概述
一、矿山压力的概念
1．矿山压力：由于地下采掘活动影响而引起的岩层作用在井巷、硐室
和工作面周围煤岩体中以及支护物上各种力的总称，简称“矿压”。 如：顶板对支架、煤壁、采空区充填物的压力，上位岩层对下位岩层
的支撑强度和支架的稳定性，加强顶板动态的监控等，确保安全。
直接顶初次垮落状态示意图
直接顶初次垮 落前顶板状态 直接顶初次 垮落后状态
h m k h
P
第四节
开采后围岩移动及矿压特征
一、直接顶的初次垮落
4．直接顶垮落的高度：图6－3示。
（1）碎胀系数：
Kp V V
式中 V－垮落岩层原来的体积（实体）； V′－垮落后（破碎后）的体积。
的压力，底板的反作用力等。
2．矿山压力显现：在矿山压力作用下，围岩及支护物呈现的各种力学 现象，简称“矿压显现”。
如：顶板下沉、支架变形与折损、冒顶、煤壁片帮、底臌、支柱插入
底板、充填物被压实、地表塌陷等现象。 3．矿压控制：人为地调节、改变和利用矿压作用的各种技术措施，称
为矿山压力控制，简称“矿压控制”。
（2）视基本顶为简支梁：
L初 2h RT 3q
（浅部煤层）
（3）煤柱支撑法管理顶板时，岩梁安全跨距的求解：
固定梁时： 简支梁时：
L安 h 2 RT nq
L安 2h
RT 3 n q
式中 n－安全系数，取ｎ=6 （考虑大多为脆性破坏）
第四节 开采后围岩移动及矿压特征
三、基本顶的周期来压
第四节 开采后围岩移动及矿压特征
一、直接顶的初次垮落 1．概念及过程： 直接顶初次垮落：采煤工作面自开切巷推进一定距离，直接顶悬露达 到一定距离后，采空区即进行初次回柱放顶，使直接顶垮落下来，这一 过程称之。图6－3示。
初次回柱放顶：为保证正常生产，维护一个合理的工作空间，要对控
顶以外的支架进行第一次回柱，称之。 初次垮落距：直接顶初次垮落的跨距。其大小决定于岩层强度、分层 厚度、节理裂隙的发育程度等。一般6～12m。 初次垮落特点：需人为地控制。故又称为初次放顶。 2．危害：易造成发生冒顶事故。 3．措施：初次放顶期间，加强现场指导与管理，提高工作面及切顶线
2．岩体的组成：由结构面和受它包围的结构体共同组成。 结构面：包括岩石的物质分界面和不连续面。如：层面、节理、断
层、软弱夹层等。
结构体：指由不同产状的结构面相互切割而形成的单元大块，也称单 元岩块。
（二）岩体的基本特征
1．非均质性。由多种岩石组成。 2．各向异性。受力后在各个方向上显示不同的力学性质。