矿山压力及岩层控制课件.ppt

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1、扎身煤海献青春立足矿山采光明矿山压力及岩层控制第一讲：绪论矿山压力的基本概念矿山压力：采动采场、巷、硐支护物力矿压显现：力学现象矿山压力控制：减轻、调节、利用、改变的方法矿山压力对煤矿开采的意义生态环境保护保证安全和正常生产减少资源损失改善开采技术提高经济效益矿压的研究方法现场实测理论分析物理模拟数值模拟工程类比总结三个规律两个原理一个方法岩层控制方法原岩应力分布规律顶板活动规律矿压显现规律回采工作面支架与围岩的作用原理巷道支护与围岩的作用原理矿山压力及岩层控制第二讲：原岩应力分布规律本章介绍原岩应力“孔”周围的应力分布围岩极限平衡支撑压力及其分布

2、原岩应力原岩体：地壳中没有受到人类工程活动影响的岩体。原岩应力：存在于地层中未受工程扰动的天然应力。板块边界受压地幔热对流地球内应力原岩应力的形成地球心引力地球旋转岩浆侵入地壳非均匀扩容矿山压力的来源自重应力构造应力自重应力：由地心引力引起的应力场。海姆公式：金尼克公式：自重应力构造应力构造应力：由构造运动引起。分为：现代构造应力和地质构造残余应力构造应力的特点：1.构造应力以水平应力为主。2.构造应力分布不均匀。3.构造应力具有方向性。4.普遍存在于坚硬岩层中。原岩应力的分布基本规律实测铅直应力基本等于上覆岩层重量水平应力普遍大于铅直应力平均水平

3、应力与铅直应力比值随深度增加而减少最大水平主应力与最小水平主应力相差较大垂直应力与采深成正比平、垂应力比值随采增加而减小回采空间周围的应力分布不同方向临空，应力叠加；拐角处应力集中程度高；按临空自由面多少，应力集中程度如下关系：孤岛大于半岛大于拐角大于单面矿山压力的分布分布的稳定条件塑性状态的分布弹性状态的分布矿山压力的分布围岩极限平衡与支撑压力的分布巷道（孔）应力状态两侧围岩单元体的巷道两侧的支撑压力分布切向应力分布：（大--小）受力状态（单向--三向）抗压强度：（低--高）破坏顺序：（里--外）围岩三区的形成塑性区弹性区原始应力区回采工作面支撑

4、压力分布前方移动的支撑压力远远大于后方的支撑压力工作面承受极少量的压力影响支撑压力的分布因素回采空间尺寸及形状回采空间顶板管理方法顶板岩层及煤层岩性采深周围回采空间分布支撑压力的分区A减压区B增压区C稳压区D极限平衡区E弹性区支撑压力在底板岩层中的分布分布规律煤体边缘附近底板产生高应力集中带采空区下方一定范围内应力降低多煤层同采时有应力互相干扰矿山压力及岩层控制第三讲：采场上覆岩层活动规律本章介绍工作面的底板划分矿压假说直接顶稳定分析老顶破断分析（梁、板）上覆岩层的活动规律上覆岩层平衡结构回采工作面的顶、底板划分1.顶板伪顶----位于煤层之上薄而

5、软的岩层。（0.3-0.5m）直接顶----位于煤层或伪顶之上一层或几层围岩性质相近的岩层。老顶----位于煤层或直接顶之上厚而坚硬的岩层（基本顶）。2.顶板直接底----位于煤层之下的岩层（古土壤）。老底----直接底之下的岩层。（对于反山，顶底板发生翻转的）回采工作空间类型（依据采空区处理方法不同划分）（a）完整空间---刀柱法或留煤柱开采；（b）自由弯曲空间---顶板缓慢下沉法（顶板塑性大）；（c）充填空间---充填法；（d）垮落空间---完全垮落法；直接顶岩层破坏离散原因1.节理裂隙切割。2.岩层松软，变形大离层。3.落煤后顶板支护不及时。

6、4.老顶岩层平衡结构失稳，岩块回转。5.支撑力不均衡或支架反复支撑。6.放顶撤柱，动力冲击。直接顶的离层1.离层原因直接顶教软，易发生弯曲变形未及时支护或支撑力不足直接顶的初次跨落初次跨落——直接顶第一次跨落（初次放顶）(标志：跨落高度大于1-1.5，长面大于1/2面长）初次跨落距——第一次跨落时，直接顶的跨距。直接顶跨落距受直接顶的强度、厚度、节理裂隙影响，是描述直接顶稳定性的综合指标。直接顶跨落前，顶板完整性一般较好，支架载荷小，稳定性差，初次跨落易发生大面积顶板事故。顶板工作结构1.梁式结构——将顶板视为沿工作面推进方向的梁，按梁式结构承载变

7、形破坏理论分析顶板破坏现象。2.板式结构——将顶板视为一个板或经断层裂隙切割后多块板相互咬合组成的板，按板式结构承载变形及强度理论分析顶板破坏现象。3.顶板结构端部支撑条件：固定支座——顶板被岩层夹持，为断裂，无自由端。简支梁支座——顶板端部断裂或埋深较浅。（可转动）老顶按梁式结构计算其极限跨度为：固定梁简支梁按弯矩计算按剪力计算结论：对一般厚度岩层，弯矩极限跨度小于剪力极限跨度；简支梁弯矩极限跨度小于固定梁弯矩极限跨度；（顶板岩层在固定端断裂后，随即在中间断裂）老顶梁式结构分析1.冒落区老顶支撑条件：全部充填满回采空间不能全部充填满回采空间（老顶

8、悬露，成梁式结构）1.固定支座老顶梁式结构力学分析（最大弯矩、最大剪切力发生在煤壁两端）2.简支梁支座老顶结构力学分析老顶