矿山压力与岩层控制.ppt

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1、矿山压力与岩层控制一、课程性质及任务：《矿山压力及其控制》是煤矿开采技术专业的必修专业课。任务：应力分布规律1、掌握三个规律岩层移动规律矿压显现规律2、掌握二个原理工作面支架与围岩相互作用原理巷道支架与围岩相互作用原理3、掌握一套方法：矿压控制方法二、课程学习基本要求：了解各类围岩事故产生的条件、原因和特点；了解矿山压力现场研究的基本方法；初步具备解决、分析矿山压力问题的能力；能针对具体煤层和围岩条件布置巷道和回采工作面；能合理设计回采工作面、巷道的围岩控制方式。第一章矿山岩石和岩体的基本性质岩石的物理力学性质是岩体最基本、最重要的性质之一，也是岩石力学中研究最早、最完善

2、的内容之一。本章介绍：岩石的地质构成及分类；岩石物理、力学性质及测定；岩石的破坏机理和强度理论；岩体及其力学特征。第一节岩石的基本物理性质一、岩石：岩石：矿物或岩屑在地质作用下按一定规律聚集形成的自然物体。（岩石=矿物颗粒+胶结物+孔隙+水）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。岩浆岩：强度高、均质性好二、岩石地质分类沉积岩：强度不稳定，

3、各向异性(示例)变质岩：不稳定，与变质程度和岩性有关三、沉积岩石的力学特性：①不连续性；（物质不能充满空间，有空隙存在）②各向异性；（任一点的物理、力学性质沿不同方向均不相同）③不均匀性；（由不同物质组成，各点物理力学性质都不相同）④岩块单元的可移动性；⑤地质因素影响特性（水、气、热、初应力）（上述特性导致岩石力学的研究方法以实验测试为主）四、岩石的密度与体积力（容重）岩石含：固相、液相、气相。Vo三相比例不同而密度不同。VcV1、岩石的真密度ρ：真密度——单位体积岩石（不包含空隙）的质量：其中：ρ—岩石真密度，kg/m3—岩石实体干质量（不含水分），kg—岩石实体体积（

4、不含孔隙），m32、岩石的视密度ρ′：视密度——单位体积岩石（包括孔隙）的质量式中：ρ′—岩石的视密度，kg/m3—岩石的质量，kg—岩石的体积（含孔隙），m3分为：天然视密度、饱和视密度和干密度3、岩石的容重（体积力）γ：容重——岩石单位体积（含孔隙体积）的重力，kN/m3式中：W——被测岩样的重量,（）kN；V——被测岩样的体积，m3天然容重——天然含水状态下,γ干容重———105—110℃烘干24小时（至恒重）,γd饱和容重——岩石孔隙吸水饱和（水浸48小时）状态下,γw4、岩石的相对密度（比重）Δ：比重——岩石固体部分的重量和4℃同体积纯水重量的比值。式中：WS—

5、—体积为V的岩石，固体部分重量，kNVC——岩石固体部分（不含孔隙）体积，m3γW——4℃同体积纯水重量，kN/m3五、岩石的孔隙性——反映裂隙赋存于发育状态。1、孔隙率n——孔隙体积占总体积的百分比。2、孔隙比e——岩石中各类孔隙总体积与岩石实体体积之比。n—e关系：岩石的孔隙性对围岩强度、变形、含水影响很大。六、岩石的碎胀性——岩石破碎后自然堆积体积大于原体积的性质。1、初始碎胀系数——破碎后样自然堆积体积与原体积之比。2、残余碎胀系数——破碎并被压实后的体积与原体积之比。式中：分别为原体积/破碎自然堆积体积/被压实体积。岩石碎胀性对地下采矿围岩控制、矿产及土石方运输

6、等有重要意义。七、岩石的软化性——岩石浸水后强度降低的性质。软化系数——饱水岩样抗压强度与自然风干岩样抗压强度的比值。（）越小，表示岩石受水的影响越大。岩石软化性在地下开采围岩管理、地面边坡管理等方面有重要意义。八、岩石的膨胀性——岩石浸水后体积膨胀的性质。（用于评价膨胀性岩体工程稳定性）自由膨胀率——无约束条件下浸水后膨胀变形与原尺寸之比。轴向自由膨胀（%）H——试件高度径向自由膨胀（%）D——直径膨胀性和崩解性对矿井开拓施工和巷道稳定性有不利影响。九、岩石耐崩解性——岩石抵抗水浸后结构破坏的性能。耐崩解指数——岩石试件进行烘干、浸水循环试验。（测试：将烘干的试块，约5

7、00g，分成10份，放入带有筛孔的圆筒内，使圆筒在水槽中以20r／s速度连续转10分钟，然后将留在圆筒内的石块取出烘干称重。如此反复进行两次，按下式计算耐崩解性指数。）第二节岩石的强度和变形特性工程师对工程材料提出两个问题：1最大承载力——许用应力[]？2最大允许变形－－许用应变[]？在岩石工程中要使：实际参数≤允许指标岩石的力学性质包括：变形性质：研究岩石在受力情况下的变形规律（本节）。强度特性：研究岩石受力破坏的规律（下节）。一、岩石的弹性和塑性：变形分析的重要性（直观、易测、建立模型、准则）1、弹性变形：（缩短为正，压应