矿山压力与岩层控制课件分析

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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绪论
Ground Pressure and Strata Control
关键层判别的主要依据：变形和破断特征，在关键层
破断时，其上部全部岩层或局部岩层的下沉变形是相互协 调一致的，关键层的断裂将导致全部或相当部分的上覆岩 层产生整体运动，从而引起明显的岩层运动和矿压显现。 关键层由其岩层厚度、强度和载荷大小而定。
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绪论
Ground Pressure and Strata Control
1.3.5 以岩层运动为中心的矿山压力理论
宋院士--以上覆岩层运动为中心的矿山压力理论（“传递岩梁”理论）。
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绪论
Ground Pressure and Strata Control
（3）研究开掘的巷道的位置和时间。不同时间开挖巷道
时和不同地点开挖的巷道围岩压力的来源、巷道支护设备
上的压力大小及其影响因素等。
（4）控制采动岩层活动的主要因素分析。从复杂的采动岩 层活动中建立采动岩层的结构力学模型，从而展开对采场顶 板矿压、采场突水、岩层移动及地表沉陷规律等进行系统描
当R和b已知，即可按上述二式计算出掩护拱的高度h，从 而可以推算出拱所包围的破碎岩石的面积A及相应的岩石重量， 据此即可确定巷道支护所需的反力。 适用条件：普氏拱假说适用于确定强度不高（f=5~6），开 采深度不是很大的巷道支护反力。 优点：应用简便。
缺点：①没有深入研究围岩中应力分布和稳定的条件；
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绪论
Ground Pressure and Strata Control
1.2 矿山压力与岩层控制研究的主要任务
（1）研究随采场推进过程中，在采场周围煤层及岩层 中重新分布的应力（包括应力大小及方向等）及其发展变
化的规律。该应力的存在和变化是煤及岩层变形、破坏和 位移的根源，也是采场及周围巷道支架上压力显现的条件。 （2）研究采场支架上显现的压力及其控制方法。包括 压力的来源、压力大小及与上覆岩层运动间的关系、正确 的控制设计方法等。
28
21 17 23
35
31 20 25
17
9 9 11
22
13 9 11
1
1 1 1
1
1 1 1
1
1 2 1
1
1 2 1
1
1 1 2
1
1 1 2
6
5 2 4
7
11 3 4
2
4 2 4
3
4 4 6
2000
2001 2002 合计
15
17 22 229
18
25 28 288
3
5 6 110
5
8 7 138 8 8
绪论
透水事故
Ground Pressure and Strata Control
因矿井顶、底板压力过大，致使煤矿在开采过程中地表水、老空水或相邻 煤矿报废矿井中的水沿断层破碎带流入井田造成透水事故 。
图1.5 广东兴宁一煤矿发生透水事故示意图
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图1.6 四川广安矿井透水事故示意图
Ground Pressure and Strata Control
其 机电 中 爆破 透水 其他
起 数
14 19
人 数
23 20
起 数
2 1
人 数
2 1
起 数
3 2
人 数
3 2
起 数
2 1
人 数
2 1
起 数
3 4
人 数
5 7
起 数
5 5
人 数
5 5
1994 1995
1996
1997 1998 1999
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绪论
（2）压力拱假说 压力拱跨越整个采场， 前后拱脚分别座落在未采 动的煤层和采空区的矸石上。
Ground Pressure and Strata Control
图1.9 Φ.许普鲁特压力拱假 说模型
1
S2
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Lk
S1
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绪论
压力拱假说的主要假设：
优点：假说较好的解释了采场周围支承压力的存在，
较好的说明了支架上的压力远小于上覆岩层重量的原 因。
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绪论
假说存在的缺陷：
Ground Pressure and Strata Control
①没有明确压力拱的性质及其与岩层运动发展间的关系。
因此，这个压力拱始终是一个边界无法确定的模糊概念，即 无法找到采场支架需要控制的具体岩层范围； 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。
Ground Pressure and Strata Control
矿山压力与岩层控制 电子教案
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绪论
Ground Pressure and Strata Control
1.1 与矿山压力有关的安全事故
在整个煤矿安全事故中，煤矿顶板事故所占比重超过50%以上，死亡 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。
图1.3 与岩层运动相关事故机理
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绪论
冲击地压
承受巨大地压的顶板突然断 裂所造成的破坏岩石位能转变 为动能而带来的冲击地压。
Ground Pressure and Strata Control
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采动后岩体内形成的砌体梁是一个大结构，而影响采 场顶板控制的主要因素是离层区附近的几个关键岩块。 关键块是否平衡直接影响采场顶板的稳定性和支架受力 大小。应重点分析关键块的平衡关系。砌体梁关键块的 滑落和回转变形（“S—R”）稳定条件。
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绪论
（2）关键层理论
40% 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% 2004 2005 瓦斯 顶板 水 运输 其它
图1.1 中国煤矿安全事故比例
图1.2 中国煤矿死亡人数比例
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年 份 伤 亡 总 起 数 29 32 伤 亡 总 人 数 40 36 冒顶 运输
②不能解释采场矿压显现的周期性变化规律 。
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绪论
3 2
Ground Pressure and Strata Control
h3 h2 1 h1
b1 b2 b3
图1.8 工作面推进中的自然平衡拱
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绪论
顶板事故频发的基本原因：
Ground Pressure and Strata Control
（1）没有很好地掌握各个具体煤层需要控制的岩层范 围及运动规律（运动发生的时间、条件），顶板控制设计
缺少基础； （2）没有掌握各种类型支架的特性及实际支撑能力。 针对具体煤层条件选好和用好支护手段方面的问题； （3）没有更好地揭示支架-顶板运动间的关系，正确合 理选择控制方案。
Ground Pressure and Strata Control
某些较为坚硬的厚岩层在活动中起控制作用，即起承载
主体与骨架作用；有些较为软弱的薄岩层在活动中只起加 载作用，其自重大部分由坚硬的厚岩层承担。在岩体活动 中起主要控制作用的岩层称为关键层。
关键层定义：在采场上覆岩层中存在多个岩层时，对
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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 自身的重量传递至前后两端支承岩体之上，从而形成支承压 力 ② “梁”的破坏（冒落）和沉降是采场支架上压力显现的根 源 ③支架可能在由已破坏的岩石重力所“给定”的“一定载荷 条件
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绪论
1.3.3 铰接岩块假说
m m+1 m z2 = ∑ m i mz
i= n+1 n m
Ground Pressure and Strata Control
铰接岩梁
Lm+1
α m+1
SA
m z1 = ∑ m i
i=1
h Lk
Δ hA
无规则 垮落带
Ground Pressure and Strata Control
①压力拱切断了拱内外岩体间力的联系，承担了上部岩层的 重量，并将其转递至拱脚，从而形成支承压力； ②采场支架仅仅承担拱内（即控顶区以上至拱边界处）岩石的
重量，支架是在一定的载荷条件下工作，支架上显现的压力大小与
本身的承载能力及其力学特性无关。
有规则 垮落带
优点：相当深入的研究和揭示了采 场支架与围岩间的部分关系。为采 场顶板控制设计提供了重要依据。