中国矿大—矿山压力课件..doc

矿山压力及岩层控制 第一章 绪论 1.1 矿山压力的基本概念 1.1.1 矿山压力的基本概念 我们所说的采矿通常是指固体矿床地下开采，即：地下开采和露天开采，在煤矿行业，地下开采又常称为“井工开采”或标准采矿等，由于露天开采对地表破坏、环境污染较严重，也称为非标准采矿，见上图。 无论是地下开采还是露天开采都可抽象为对原有地壳的一种人为破坏活动，或称是一种人为的有目的在地壳岩体中的大规模开挖活动。这种开挖活动破坏了岩体原有应力平衡状态，引起了岩体内部应力重新分布，其结果表现为开掘的井、巷、硐、工作面、露天矿采场边坡等的周围岩体变形、移动、甚至破坏，直到岩体内部重新形成一个新的应力平衡状态为止，见下图。 严格的讲，矿山压力应包括地采和露采两部分内容，但由于传统的观念和习惯，矿山压力通常指与地采有关地内容，即概念如下。 矿山压力（i.e.矿压）：这种由于在地下煤炭中进行采掘活动而在井巷、硐室、及回采工作面周围煤岩体中和其中的支护物上所引起的力，就叫矿山压力。 在矿山压力作用下，会引起各种力学现象，如顶板下沉、底板臌起、巷道断面缩小、岩体破坏脱落母体甚至大面积冒落，煤被压松产生片帮或突然抛出，支架严重变形或损坏，以及大面积岩层移动，地表发生塌陷等等，这些由于矿山压力作用，使围岩、煤体和各种人工支撑物产生的种种力学现象，通称为“矿山压力显现”.i.e.”矿压显现”. 随着大规模开采活动及矿压显现给工作带来严重危害，为使矿压显现不致影响采矿工作正常进行和保障安全生产，必须采取各种技术措施把矿山压力显现控制在一定的范围内，对有利于采矿生产的矿山压力显现也要合理的利用。所有减轻、调解、改变和利用矿山压力作用的各种方法，均叫做矿山压力控制。 矿山压力、矿山压力显现、矿山压力控制是矿山压力与岩层控制研究的主要内容。 随着大规模开采活动及矿压显现给工作带来严重危害，人们迫切需要一种理论来解释和研究有关的矿压现象，并用以指导工程设计和安全生产，这就使于20世纪60年代形成了一门新的学科分支——矿山压力及岩层控制。 1.1.2 煤矿地下开采中常见的矿山压力灾害 矿山压力产生是由于地下开采（开挖空洞），那么煤矿地下开采常见的开挖有： （1）井 （2）硐室 （3）巷道 （4）采场 1990年以前，矿山压力事故死亡人数占煤矿总事故死亡人数的45%以上，目前煤矿死亡事故人数中，瓦斯事故占40%，矿山压力事故占30%。 矿山压力事故的特征是：事故次数多、预防困难、一次伤亡人数较少（与瓦斯事故相比）、不容易引起重视，但是后果严重。 1.1.3 矿山压力及岩层控制对采矿工程的作用 （1）生态环境保护： 地下水破坏、地表沉降、矸石山占地、瓦斯抽放等。 （2）保证安全和正常生产： 顶板事故、巷道稳定、边坡控制等，掌握矿山压力活动的基本规律，用以指导采矿生产的设计，生产组织，保障安全生产，设备正常运行。 （3）减少地下资源损失： 通过研究和实测矿压活动规律，减少顶板等事故，选择合理煤柱尺寸，甚至某些情况下取消煤柱，减少煤炭资源损失量。 （4）改善地下开采技术： 地下开采技术的进步与对矿压显现规律的深刻认识和矿压控制手段的改善有密切关系，例如，自移式液压支架的使用（对顶板有效控制）促成了采煤综合机械化的实现，反之开采技术的变化和解决，如放顶煤开采技术的运用，需进一步研究顶煤运移与破坏规律，重新研究“支架—围岩关系”等。开采深度增加也使矿压显现更为剧烈，并带来了一系列新的矿压控制问题，只有不断解决这些问题，才能使未来复杂条件下的开采工作得以顺利进行。 （5）提高开采经济效果： 为了维护巷道和管理顶板，每年要消耗大量人力、物力。一般矿井的巷道维修人员约占井下工人的10～20％，而且为了进行矿压控制，每年要消耗大量的坑木，金属支护材料，水泥及其它材料。这些都会明显地增加开采费用，使吨煤成本上升。矿压显现预测、支护质量与顶板动态监测、信息反馈、确定优化的矿山与开采设计等，提高开采效益。 综上所述，掌握矿压显现规律，研究矿压控制的有效方法，对煤矿生产有十分重要意义。 1.1.4 采矿工程的力学特点 （1）采矿工程岩体结构的本质 与地面工程结构不同，地下工程围岩即是载荷，也是一种承载结构，施载体系与承载体系之间没有明显界限。 （2）采矿工程的移动特性 采场空间移动与临时性、多种采动空间的相互影响与迭加。 （3）采矿工程中围岩的大变形和支护体的可缩特性 采矿空间巨大、埋藏深，围岩变形量大。注重发挥围岩自身承载能力，重视支架——围岩关系研究和应用。 （4）采矿工程中的能量原理和动力现象 冲击矿压、顶板大面积来压、煤与瓦斯突出等均为采矿工程中的动力现象，也是煤岩中能量的