矿山压力与岩层控制 第12章ppt课件.ppt

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1、第12章矿山岩层控制研究方法邵小平讲师SaoXiaoping主讲教师：Xi’anUniversityofScience&Technology矿山压力与岩层控制MiningPressureandStrataControl第12章矿山岩层控制研究方法第一节长壁工作面矿压观测第二节矿山压力数值分析方法概述第三节相似材料模拟实验研究方法第1节长壁工作面矿压观测一、采场矿压观测方法概述工作面矿压显现的指标有两类：一类是控顶区围岩变形量和支架承载变形特征；另一类是控顶区围岩破坏特征。前者有顶底板移近量、支架载荷量和支柱（活柱）下缩量

2、，一般称为“三量”。后者有煤壁处切顶台阶数目与高度、煤壁片帮深度、端面顶板破碎度等，是对围岩破坏的统计观测，一般称为“统计观测”。二长壁工作面“三量”观测(一)“三量”及其测试方法图12-1顶底板移近量(1)顶底板移近量(2)支架载荷是指实测的支架所承受的载荷，包括实测的初撑力和当时支架载荷。图12-2圆图压力自计仪(3)活柱下缩量是指支架架设后在控顶区范围内活柱下缩的值。按照支架的工作特性曲线，一定的下缩量对应于一定的载荷。实际在井下支护过程中，支架还会压入顶板、插入底板，与活柱下缩量一起都是顶底板移近量的组成部分。(

3、二)工作面测站布置普遍采用沿工作面长度方向设立上、中,下3个测站。一般中部测站应选在工作面线的正中，上、下测站分别距回风平巷和运输平巷10-15m。每个测站内设3条测线，布置于相邻的3架支架。(三)观测方法常规矿压观测。一般按照规定的作业循环，在每一班固定的时间系统观测1次。三、工作面控顶区围岩破坏状态观测(一)控顶区围岩破坏状态的主要指标及测试方法图12-3端面顶板破碎度的量测方法端面顶板破碎(2)台阶数目和高度台阶是指在工作面前方无支护空间由于顶板切落形成的顶板错落图12-4台阶数目和高度(3)片帮深度片帮是指在矿山

4、压力作用下煤从煤壁处片落现象图12-5片帮图12-6铁山南2111俯伪斜正台阶面上部测站矿压显现规律图12-7上中下测站随工作面推进支柱载荷变化图五、回采巷道矿压观测简述国内外矿山巷道地压观测最常用的是巷道围岩移近量观测，其中最基本的移近量观测方法是“十”字形观测法，观测巷道开挖后顶底板移近量和两帮移近量随时间的变化与发展。当巷道断面较大，需要研究分析变形的复杂受力过程时，也有采用周边多测点变形观测方法。图12-8巷道围岩移近量观测方法a—“十”字形观测法b—周边多测点变形观测法第2节矿山压力数值分析方法概述一、数值分析

5、方法在矿山压力研究中的应用数值分析方法的实质是把连续体的基本原理进一步推广到处理岩体的非均质、不连续性、岩石的各种复杂的非线性状态，以及在不同应力状态下液体、气体在岩体中的流动等复杂问题。近三十年来，岩石力学数值计算方法在我国得到了迅速发展，出现了有限差分法（FDM）、有限元法（FEM）、边界元法（BEM）、离散元法（DEM）、拉格朗日元法、不连续变形分析法（DDA）、流行元法（MEM）、无单元法及其混合应用等各种数值模拟技术。二、数值分析方法的应用举例㈠有限差分法（FDM，finiteDifferenceMethod）

6、从物理现象出发引出相应的微分方程，经离散化而得到的差分方程再行求解的方法。这是一种比较古老的计算方法，差分方程在电子计算机出现以前用手摇计算机也可求解。有限差分法曾一度受到冷遇，但近年来又有发展的趋势。图12-9大倾角煤层放顶煤开采三维数值模型网格图图12-10沿倾斜剖面的水平应力场图12-11沿倾斜剖面的破坏场㈡有限单元法（FEM，FiniteElementMethod）有限单元法的实质是把一个实际的结构物（如某种开采装备）或力学模型（如根据研究原型建立的采场某一时刻的连续体整体力学模型），用一种多个彼此相联系的单元体

7、所组成的近似等价物理模型来代替。通过结构物或力学模型的力学基本原理、以及单元体的物理特性，建立起表征力和位移的方程组。图12-12最大主应力分布图a-无断层；b-有断层图12-13塑性区分布图a-无断层；b-有断层㈢离散元方法简介离散元法的基本思想可以经典力学的超静定结构的分析方法来说明，任何一个块体作为一个脱离体来分析，总会受到相邻单元力和力矩的作用，正是在其合力和合力矩的作用下，产生脱离体本身的变形和运动。从离散化的角度出发，岩体本质上是节理介质，可以作为离散体来处理，而且块体间存在着力的联系，因而离散元法在矿山岩体

8、力学和矿山压力研究中得到较广泛的应用。图12-14不同支护阻力时的端面顶板冒落状况第3节相似材料模拟实验研究方法一、相似材料模拟实验的原理与方法㈠相似材料模拟实验概述相似材料模拟实验方法的实质是：用与原型（岩体、大坝或其它工程构筑物）力学性质相似的材料按照几何相似的一定的比例缩制成实验模型。在模型上开挖成各类工程，如