《岩层控制学》

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1、《岩层控制学》讲义黄庆享参考书：《矿山压力与岩层控制》，钱鸣高、石平五编，中国矿业大学,2003.11；《浅埋煤层长壁开采顶板结构及岩层控制研究》，黄庆享，中国矿业大学出版社，2000年第一讲：矿山压力、矿山压力显现，矿山压力控制1.1基本概念1．原岩应力：地下岩体在开挖以前，由于自重而引起的应力称，为原岩应力。主要包含自重应力和构造应力。2.矿山压力：由于地下开采活动在工作面、井巷、硐室围岩及支护物上所引起的力和应力称为……；3．矿压显现：由于矿山压力而引起的在围岩和构筑上的变形、破坏等各种力学现象。4．矿山压力控制：人为地采

2、取技术措施来调节、改变和利用矿山压力作用的各种活动，叫矿山压力控制（岩层控制）。5．矿山压力与岩层控制：是采矿工业的基础学科，灵魂。以矿山岩石力学为基础，与采矿工程实践密切结合，形成了岩层控制理论和工程实践体系相结合的独立分支学科。1.2意义（1）保障安全生产；（2）减少资源损失；（3）改善开采技术；（4）提高采矿的经济效果；（5）保护环境；（6）矿山开发科学决策。11.3岩层控制（矿山压力）的研究方法1．现场实测方法。现场实测采场和巷道等围岩及支护物的矿山压力与矿山压力显现。主要观测围岩及支护结构的变形和应力以及支护力。目的：

3、掌握真实的矿山压力及其显现规律和特征。意义：是开展其它实验研究和理论分析的基础，数据具有客观性。缺陷：只能在局部布点，工程量大，周期长；对于围岩内部移动和位移场、应力场难以观测，缺乏直观性；观测对生产的指导一般比较滞后。2．实验研究的方法。物理实验：真实但主要限于岩块物理力学实验；模拟实验：直观，可以分析采场和巷道围岩破坏过程及其位移等，多参数对比分析；数值模拟计算：可以得出丰富的应力应变等参数，但对于非连续变形有局限性。优点：工程量小；可以改变参数进行对比实验分析；可以得出应力应变场，揭示机理；直观观察围岩内部变形与破坏，实施

4、控制；预见性。3．理论研究的方法。透过现象，抓本质。机理研究，上升到理论，指导实践。第二讲：矿山岩层控制研究的发展历史及其重要学术地位2.1采场矿山压力理论的重要地位与前沿性重要性地位：“岩石力学要更好地应用于工程实践”是国际岩石力学学会主席樱井春辅先生在访华期间所强调的。他指出，国际岩石力学界在七十年代比较重视工程实践，近年来令人担忧的问题在于许多科学家过份注重基础理论研究而忽视了在工程实践的应用。为了改变这一状况，国际岩石力学学会于1996年改名为“国际岩石力学与工程学[37]会”。采矿工程是一项巨大的岩石力学工程，作为采矿

5、工程灵魂的矿山压力学科是岩石力学在采矿工程中应用与发展的重要分支。长期以来我国矿压学者一直注重理论研究与解决工程实践问题相结合，确立了现场实测—实验分析—理论研究相结合的研究方法，遵循实践—理论—再实践的认识路线，取得了丰硕的理论成果，解决了大量的采场岩层控制难题，在促进科技进步与经济发展中起到了重要的作用。我国矿压理论与实践2方面的研究形成了自己的特色，已受到国内外的普遍关注。有关专家指出国际岩石力学在21世纪的研究重点将日益转向地下。“19世纪是桥的[38]世纪，20世纪是高层建筑的世纪，未来的21世纪则是人类开发利用地下空

6、间的世纪”。21世纪的矿山压力研究与实践将拥有更广阔的舞台，发挥更重要的作用。前沿性：岩石作为固体，其力学行为又是固体力学的研究范畴。近50年来，固体力学研究领域的主要成果是建立了宏观固体力学的基本框架，引入计算机技术发展了计算固体力学，并建立了固体破坏理论和宏观本构关系的理论描述等。固体力学的研究焦点仍然是[39]固体变形及宏观裂纹扩展的破断过程。连续介质的变形与破坏问题可以采用弹性、塑性力学和损伤与断裂力学方法进行描述。关于切割比较完整的岩体稳定问题也有相应的[40][41,块体理论。关于松散岩体已初步形成了一门松散介质力学

7、或散粒体力学的科学分支42]。采矿工程在岩石工程中占有重要地位，世界上每年都进行着大量地下开采活动，这些工程实践中普遍存在层状岩体破断后的块体与连续体及块体与块体之间的铰接力学行为，正是这些行为构成了采场矿山压力显现。这种非连续介质与连续介质的耦合作用，就固体力学而言还是尚待进行探讨的科学前沿。砌体梁理论是当代矿压控制研究领域中具有代表性的成果，其研究对象是层状岩体破坏后的铰接力学行为，其研究的发展已从假说和模型进入定量化，其研究成果已被大量地下工程所证实并得到广泛应用。对于层状岩体破断成块体后的力学行为问题，砌体梁理论为固体力

8、学研究开创一条新的思路。砌体梁理论及其关键层理论学术理想不仅在采矿科学和岩石工程中有重要的学术地位和广泛应用价值，而且在固体力学研究领域也处于科学的前沿。2.2采场矿山压力理论的发展简史我国是世界上采矿最早的国家之一。明代末年所出的《天工开物》中，已具体记述了用