矿山岩层控制
煤矿开采的岩层控制方案
采空区处理方法
根据采空区的类型和实际情况， 采取相应的处理方法，如封闭采 空区、填充采空区、自然垮落采 空区等。
采空区监测
通过安装压力传感器、温度传感 器等设备，实时监测采空区的压 力和温度变化，及时发现异常情 况。
03
岩层控制方案制定
方案制定原则
安全第一原则
确保岩层控制方案能够保障矿工的生命安全 和健康，防止事故发生。
设备与人员准备
确保具备实施方案所需的设备 和人员，并进行必要的培训和 演练。
应急预案制定
制定应对可能出现的突发事件 的应急预案，确保安全事故得
到及时处理。
实施过程中的注意事项
动态监测
对采掘工作面进行实时监测，及时发 现和解决安全隐患。
支护质量保证
确保支护结构的质量和稳定性，防止 岩层崩塌。
控制爆破作业
板等。
顶板监测
通过安装顶板压力传感器、位移传 感器等设备，实时监测采场顶板的 压力和位移变化，及时发现顶板异 常。
顶板加固
对于不稳定顶板，采取注浆、锚杆 、锚索等加固措施，提高顶板的稳 定性，防止冒顶和片帮事故。
巷道支护技术
巷道断面设计
巷道维护
根据巷道的用途、运输量、通风要求 等因素，合理设计巷道断面形状和尺 寸。
定期检查巷道的支护状况，对损坏的 支架进行维修或更换，保证巷道的畅 通和安全。
支护方式选择
根据岩层的性质、地压大小、巷道的 服务年限等因素，选择合适的支护方 式，如木支护、金属支架支护、锚杆 支护等。
采空区处理技术
采空区分类
根据采空区的规模、稳定性等特 征，将采空区分为不同类型，如 大采空区、小采空区、自然发火 采空区等。
根据评估结果，提出针对性的改进建议， 不断完善岩层控制方案。
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。
煤矿开采的岩层控制与排水技术
某矿区岩层控制与排水技术改进
矿区概况
某矿区位于平原地区，地下水 位较高，煤层较厚。
排水技术改进
优化排水系统设计，提高水泵 排水能力和管道耐压性能，降 低故障率。
岩层控制技术改进
采用新型支护材料和工艺，提 高支护效果，减少对岩层的破 坏。
改进效果
通过技术改进，该矿区有效降 低了事故发生率，提高了开采
井下排水方式
采用水泵将涌水抽出，通过排水管 路排至地面。
井下排水设备
包括水泵、水管、水仓等，需定期 维护和保养。
地面排水技术
地面排水系统的作用
将汇集到地面的涌水排入河流或湖泊，防止水患的发生。
地面排水方式
采用沟渠、管道等方式将涌水引出矿区。
地面排水设施
包括沟渠、管道、闸门等，需定期清理和维护。
03
岩层控制技术的核心在于掌握采场和 巷道围岩的应力分布和变形规律，采 取有效的支护和加固措施，防止岩层 垮塌和变形。
岩层控制技术的研究和应用对于提高 煤矿开采效率和安全性具有重要意义 。
采场岩层控制技术
采场是煤矿开采的主要作业场所，采场岩层控制技术主要包括顶板管理和采空区处 理。
顶板管理主要是采用合理的支护方式，如锚杆、支架等，对顶板进行加固，防止顶 板垮塌。
采空区处理主要是采取充填、崩落等方法，控制采空区的围岩应力分布，防止采空 区顶板垮塌和地面沉陷。
巷道岩层控制技术
巷道是煤矿开采的重要通道， 巷道岩层控制技术主要包括巷 道掘进和巷道支护。
巷道掘进过程中应采取适当的 爆破、挖掘方式，减少对围岩 的扰动，保持围岩的稳定性。
巷道支护主要是采用锚杆、支 架等对巷道围岩进行加固，防 止巷道变形和垮塌。
矿山压力与岩层控制重点总结
矿山压力与岩层控制重点总结一、1、矿山压力与岩层控制的研究方法有：理论研究，实验室实验，现场测试等不同形式的研究。
2、矿山压力与岩层控制的解析方法主要通过力学模型，利用平衡条件、本构方程、变形条件，破坏判据和边界条件求解其应力，变形和破坏条件。
3、矿山压力检测中采场主要检测顶底板移近量、支架阻力、活柱下缩量和顶板破碎度。
4、矿山压力检测中，巷道主要检测顶底板移近量、支架变形、围岩应力分布和岩层内部移动规律。
5、岩石密度分为：天然密度、饱和密度、干密度。
6、岩石变形指标一般有：泊松比、弹性模量、体积变形量。
7、原岩应力场主要由：重力应力场和构造应力场组成。
8、两个大小不同的圆孔叠加时，大孔对小孔的应力影响较大，而小孔对大孔的影响较小。
9、支撑压力指采场周围或巷道两侧的全部切向应力（或者竖直应力）10、早期采场上覆盖岩层活动规律的假说有：压力拱假说，悬臂梁假说，铰接岩块假说，预成裂隙假说。
11、砌体梁结构模型中：A 块为煤壁支撑区，B 块为离层区，C 块为重新压实区；Ⅰ为垮落带，Ⅱ为裂缝带，Ⅲ为弯曲下沉带。
12、按直接顶稳定性分类：直接顶可分为：破碎顶板，中等稳定顶板，完整顶板。
13、目前所使用的支柱的工作特性有以下几种：急增阻式，微増阻式，恒阻式。
14、液压支柱单独与顶梁配合支护顶板称为单体液压支架，与顶梁，底座，移架千斤顶组合液压自移支架。
15、岩层与地表移动会导致其产生竖直方向和水平方向的位移，前者称为下沉，后者称为水平位移。
16、根据采空区上覆岩层的破坏程度，可分为三带：垮落带，裂缝带，弯曲下沉带。
垮落带和裂缝带合两带，又称为导水裂缝带。
17、两带（冒落带与裂隙带）与煤层采高有关，对于软弱岩层，两带高度为采高的9至12倍，中硬岩层为采高的12至18倍，坚硬岩层为采高的18至28倍。
18、圆形巷道按切向应力分，可分为A 破裂区，B 塑性区，C 弹性区，D 原始应力区19、煤层开采后，在采空区四周形成支撑压力带，在工作面前方煤体内形成超前支撑力，它随着工作面掘进而向前移动，又称为移动性支撑压力或者临时支撑压力，工作面倾斜和仰斜方向及开切眼一侧煤体上形成的支撑压力称为固定支撑压力或者残余支撑压力，采空区后方的支撑压力称为采空区支撑压力。
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。
煤矿开采的岩层控制方案 (2)
根据巷道的围岩条件、服务年限 、断面大小等因素，选择合适的 支护方式，如木支架、金属支架
、锚喷支护等。
锚杆支护设计
锚杆的长度、直径、间排距等参数 需要根据实际情况进行设计，以确 保锚杆能够有效加固围岩，防止巷 道变形和破坏。
监测与维护
对巷道支护进行定期监测和维护， 发现异常及时处理，确保巷道安全 可靠。
巷道方向
根据矿体走向和开采顺序，合理确定巷道的方向，以减少巷道掘 进量和采动影响。
巷道间距
根据矿层厚度和开采工艺，合理确定巷道间距，以确保采掘安全 和效率。
采煤工艺选择
落煤方式
根据煤层厚度和硬度，选择合适的落煤方式，如爆破、机械割煤 等。
装煤运输
根据运输距离和运输设备，选择合适的装煤和运输方式，以提高运 输效率。
采空区处理技术
采空区分类
根据采空区的形态、大小、位置 等因素，将其分为不同类型，以
便采取相应的处理措施。
充填处理
采用砂石、尾砂、废石等材料对 采空区进行充填，以减小顶板下 沉量和下沉速度，防止顶板大面
积冒落。
崩落处理
对于不稳固的围岩，可以采用强 制崩落的方法处理采空区，同时 对崩落的岩石进行适当处理，以
采空区处理
根据采空区的特点和安全要求，选择合适的处理方式，如自然垮落 、人工充填等。
安全措施制定
瓦斯管理
制定瓦斯检测、抽放、利用等安全措施，确保瓦斯浓 度在安全范围内。
防尘措施
采取有效的防尘措施，如喷雾降尘、通风除尘等，降 低粉尘浓度。
防水措施
制定防水措施，如设置防水闸门、排水沟等，以防止 水患对开采的影响。
03
岩层控制方案实施
采场设计
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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采场顶板支护方法和顶板控制
摘要：在实际生产过程中，工作面常有下述一系列矿山压力现象，并且习惯上用这些现象作为衡量矿山压力显现程度的指标。
随着我国各种支护设备的使用，我国煤矿回采开采已进入现代化水平，工作面的推进速度，以及当工作面甩掉这些已发生错动的老顶时，时常发生顶板的周期来压，裂隙带岩层形成的结构将始终经历“稳定—失稳—再稳定”的变化。
这种变化将呈现周而复始的过程。
回采工作面应用的液压支架主要是由梁与柱组合而成的，不仅能实现支设与回撤的自动化，而且对顶板的管理和维护起到很关键的作用，使工作面推进一系列工序也同时实现了机械化，充分减轻了繁重的体力劳动。
关键词矿山压力回采开采周期来压液压支架顶板管理
一．巷道围岩控制理论与实践的发展
（1）巷道布置改革及无煤柱护巷技术
我国在采准巷道矿压理论指导下，形成了完善的巷道合理布置系统。
在分析开采引起的围岩应力重新分部规律的基础上，研究沿空巷道一侧煤柱边缘带的应力重新分部和支架与围岩关系，掌握无煤柱护巷机理，推进无煤柱护巷技术。
同时，发展整体浇注式巷旁充填技术，为沿空留巷的扩大应用开辟了广阔前景。
（2）研究巷道支架与围岩关系采用先进支护技术
研究巷道支架的合理性能和结构形式，既能有效地抑制围岩变形，又能与围岩变形相互协调，减少支架损坏和改善巷道维护。
为此，
研制了适用于不同条件的U型钢、工字钢结构可缩性支架，完善了辅助配套设施，发展了支架壁后充填。
（3）软岩巷道围岩控制理论与实践的发展
自70年代以来，有计划地开展软岩巷道支护技术科技攻关。
对软岩巷道围岩控制的基础理论、软岩的岩性分析及工程地质条件、围岩变形力学机制、巷道支护设计、施工工艺及监测进行全面系统研究。
针对软岩的类别和变形力学机制，发展了锚喷网支护技术、U型钢支护壁后充填技术、防治底臌封闭支护技术、围岩爆破卸压和注浆加固技术。
（4）巷道围岩控制设计决策及支护质量与顶板动态监测
依据巷道围岩稳定性分类及巷道支护形式与合理支护参数选择
专家系数，预测巷道围岩稳定性类别、预计围岩移近量、选择支护型式、确定支护参数。
实行巷道支护质量与顶板动态全过程监测，通过施工过程中的现场监测、信息反馈、不断修正支护设计和调整支护参数。
使巷道围岩控制逐步由经验判断和定性评估向定量分析和科学管理转化。
二．采场上覆岩层活动规律的假说
自从采用长壁工作面开采以来，上覆岩层中是否存在着大结构，以及此结构是什么形式，一直是采矿科学研究的重要课题。
1.压力拱假说
它是由德国人哈克和吉里策尔于1928年提出的。
该假说认为：
长壁采煤工作面自开切眼起就形成压力拱，此后，拱随着工作面的推进而扩大，直至拱顶达到地表为止。
在工作面前后煤体中形成的前拱脚a，后方跨落岩石则形成后拱脚b，a、b均为应力增高区，工作面则处于应力降低区，支架承受的载荷仅为上覆压力拱内的岩石重量。
优点：能解释围岩卸载的原因；缺点：未能说明岩层变形、移动和破坏的发展过程以及支架与围岩的相互关系。
2.悬臂梁假说
它是德国的施托克于1916年提出的。
该假说认为：
工作面和采空区上方的顶板可视为梁，它一端固定于岩体内，另一端则处于悬伸状态，当悬伸长度很大时，发生有规律的周期性折断，从而引起周期来压，靠近煤壁处顶板下沉量最小，表现的顶板压力也小。
3.预成裂隙假说
由比利时学者A·拉巴斯于1850年提出的。
认为：
（1）由于开采的影响，破坏了回采工作面上覆岩层的连续性，从而成为非连续体。
（2）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。
（3）假塑性体，支架应具有足够的支撑力和工作阻力。
4.铰接岩块假说
由苏联学者库兹涅佐夫于1950~1954年提出。
认为：
（1）工作面上覆岩层的破坏可分为垮落带和其上的规则移动带。
（2）垮落带分上下两部分，下部垮落时，岩块杂乱无章，上部垮落时，则呈规则的排列，但与规则移动带的差别无水平方向有规律的水平挤压力的联系。
规则
移动带岩块间可以相互铰合而形成一多环节的铰链，并规则地在采空区上山下沉。
（3）工作面支架在两种不同的状态，“给定载荷”、“给定变形”。
三．工作面支架特性
1．工作面支架的工作特性
从总的规律看，巷道上覆岩体的重量由巷道支架承担的仅占1％～2％，其余的完全由巷道周围岩体承受。
研究表明，巷道支架的工作特征与一般地面工程结构有着根本性区别，支架受载的大小不仅取决于本身的力学特性（承载能力、刚度和结构特征），而且与其支护对象—围岩本身的力学性质和结构有密切关系，也就是“支架-围岩”相互作用关系。
2．“支架-围岩”相互作用的基本状态
①当巷道顶板岩石与上覆岩层离层或脱落时，支架仅受到离层或脱落岩石自重压力作用，支架处于给定载荷状态。
②当巷道顶板岩石与上覆岩层没有离层或脱落时，支架的受载和压缩变形将取决于上覆岩层的运动状态。
这种情况下仅靠支架本身的支撑力无法阻止上覆岩层的运动，只有当上覆岩层下沉过程中受到采空区已冒落矸石或充填物阻挡时，支架的收缩变形才能停止，这时支架处于给定变形状态。
3．“支架-围岩”相互作用原理
现有的各种巷道支架，在“支架-围岩”力学平衡系统中，只能承担极其有限的一小部分载荷，支架在围岩内部应力平衡关系中所起的作用是微小的，更不能企图依靠支架去改变上覆岩层的运动状态。
然而支架的这个微小的支撑力又是极其重要和必不可少的，支架的工
作阻力，尤其是初撑力在一定程度上能相当有效地抑制直接顶板离层，控制围岩塑性区的再发展和围岩的持续变形，保持围岩的稳定。
因此，巷道支架系统必须具有适当的强度和一定的可缩性，才能有效地控制和适应围岩的变形。
4．“支架-围岩”相互作用原理的应用
（1）实行二次支护
当巷道围岩达到稳定前变形量较大，延续时间较长时，需要开巷后进行一次支护。
及时封闭和隔离围岩，防止围岩暴露面上个别危石掉落，同时对围岩初期移动给以一定程度的限制。
一次支护允许围岩产生一定的变形，围岩变形和能量释放到一定程度后，进行二次支护。
二次支护应在初次支护尚未失效，围岩移近速度已经很小的适当时间进行。
（2）采用柔性支护
金属可缩性支架不仅对围岩的变形产生一定阻力，本身还具有可缩性，避免支架严重变形和损坏。
支架在允许围岩有限变形继续释放能量同时，仍具有足够的工作阻力，既能适应围岩的变形，又能控制围岩的变形，充分发挥支架的支护效果。
（3）强调主动支护
采用具有一定初始工作阻力的金属支架，加大巷道围岩的围压，提高巷道围岩的强度，减轻支架承受的载荷。
进行巷道支架壁后充填和喷射混凝土，改善支架受力状态和围岩赋存环境，提高支架和围岩的承载能力。
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