《礦山壓力與巖層控制》教案

1、緒論1礦山壓力與巖層控制學科的概念礦山壓力與巖層控制學科的概念礦山壓力：礦山壓力：由于礦山開采活動的影響，在巷硐周圍巖體中形成的和作用在巷硐支護物上的力定義為礦山壓力，在相關學科中也稱為二次應力、或工程擾動力。礦山壓力顯現(xiàn)：礦山壓力顯現(xiàn)：在礦山壓力作用下，會引起各種力學現(xiàn)象，如巖體的變形、破壞、塌落，支護物的變形、破壞、折損，以及在巖體中產(chǎn)生的動力現(xiàn)象。這些由于礦山壓力作用，使巷硐周圍巖體和支護物產(chǎn)生的種種力學現(xiàn)象，統(tǒng)稱為礦山壓力顯現(xiàn)。

2、礦山壓力控制：礦山壓力控制：所有減輕、調節(jié)、改變和利用礦山壓力作用的各種方法，均叫做礦山壓力控制。2采礦工業(yè)要求發(fā)展礦山壓力及巖層控制學科采礦工業(yè)要求發(fā)展礦山壓力及巖層控制學科2.1生態(tài)環(huán)境保護生態(tài)環(huán)境保護巖層控制理論為實現(xiàn)保水采煤，完善條帶開采和充填技術，進行井下矸石處理和有效抽放瓦斯奠定理論基礎。2.2保證安全和正常生產(chǎn)保證安全和正常生產(chǎn)巖層控制理論和技術為大幅度降低頂板事故做出了突出貢獻。邊坡穩(wěn)定性研究使邊坡設計既能達到經(jīng)濟上可采

3、納的陡度，又足以維持安全的緩度。巷道圍巖控制理論和技術為合理支護各種巷道成為可能。2.3減少資源損失減少資源損失礦柱是造成地下資源損失的主要根源。通過對開采引起的圍巖應力重新分布規(guī)律的研究，推廣無煤拄護巷和跨越巷道開采等技術措施，不僅顯著減少資源損失，還有利于消除因礦柱存在引起的災害和對采礦工作的不利影響。2.4改善開采技術改善開采技術自移式液壓支架的應用實現(xiàn)了采煤綜合機械化。巷道可縮性金屬支架和錨噴支護的應用改變了剛性、被動支護巷道的

4、局面。同時，采場、巷道圍巖穩(wěn)定性分類為合理選擇支護型式、支護參數(shù)提供科學依據(jù)。2.5提高經(jīng)濟效益提高經(jīng)濟效益圍巖結構穩(wěn)定性分類、穩(wěn)定性識別、礦壓顯現(xiàn)預測、支護設計、支護質量與頂板動態(tài)監(jiān)測、信息反饋直至確定最佳設計的一整套理論、方法與技術有助于創(chuàng)造采礦工業(yè)的良好的社會效益和經(jīng)濟效益。3礦山壓力與巖層控制學科屬性與特色礦山壓力與巖層控制學科屬性與特色3.1采礦工程巖體結構的本質采礦工程巖體結構的本質與地面工程結構不同，地下工程圍巖既是一種載

5、荷，也是一種結構，施載體系和承載體系之間沒有明顯界限。采場上覆巖層形成結構，結構的形態(tài)及穩(wěn)定性不僅直接影響到采場，也將影響到開采后上覆巖層運動的形態(tài)及地表塌陷形狀。3.2采礦工程的移動特性采礦工程的移動特性其它地下工程中硐室或隧道基本是固定的永久性的，采礦工程中采場是不斷移動的，采場本身是一個依據(jù)礦物埋藏規(guī)律而不斷運動的空間。3.3采礦工程中圍巖的大變形和支護體的可縮特征采礦工程中圍巖的大變形和支護體的可縮特征填技術，為沿空留巷的擴大應

6、用開辟了廣闊前景。（2）研究巷道支架與圍巖關系采用先進支護技術研究巷道支架的合理性能和結構形式，既能有效地抑制圍巖變形，又能與圍巖變形相互協(xié)調，減少支架損壞和改善巷道維護。為此，研制了適用于不同條件的U型鋼、工字鋼結構可縮性支架，完善了輔助配套設施，發(fā)展了支架壁后充填。（3）軟巖巷道圍巖控制理論與實踐的發(fā)展自70年代以來，有計劃地開展軟巖巷道支護技術科技攻關。對軟巖巷道圍巖控制的基礎理論、軟巖的巖性分析及工程地質條件、圍巖變形力學機制、

7、巷道支護設計、施工工藝及監(jiān)測進行全面系統(tǒng)研究。針對軟巖的類別和變形力學機制，發(fā)展了錨噴網(wǎng)支護技術、U型鋼支護壁后充填技術、防治底臌封閉支護技術、圍巖爆破卸壓和注漿加固技術。（4）巷道圍巖控制設計決策及支護質量與頂板動態(tài)監(jiān)測依據(jù)巷道圍巖穩(wěn)定性分類及巷道支護形式與合理支護參數(shù)選擇專家系數(shù)，預測巷道圍巖穩(wěn)定性類別、預計圍巖移近量、選擇支護型式、確定支護參數(shù)。實行巷道支護質量與頂板動態(tài)全過程監(jiān)測，通過施工過程中的現(xiàn)場監(jiān)測、信息反饋、不斷修正支護

8、設計和調整支護參數(shù)。使巷道圍巖控制逐步由經(jīng)驗判斷和定性評估向定量分析和科學管理轉化。5礦山壓力與巖層控制學科研究方法礦山壓力與巖層控制學科研究方法5.1理論研究理論研究（1）解析分析方法通過力學模型，利用平衡條件、本構方程、變形條件、破壞判據(jù)和邊界條件求解其應力、變形和破壞條件。（2）數(shù)值分析方法包括有限元法、差分法、邊界元法、結構單元法等，這類分析主要給出應力和應變分布，以及應力、位移、速度等特征值。（3）模糊分析、概率分析、隨機分析

9、、靈敏度分析、趨勢分析等方法（4）近代數(shù)學、力學和計算機科學方法。近年來，許多學科如斷裂力學、損傷力學、分形幾何、分叉、混沌、突變理論等，滲透到礦業(yè)科學領域，推動礦山壓力與巖層控制學科的發(fā)展。5.2實驗室試驗實驗室試驗（1）巖石物理力學性質研究，包括巖石抗壓、抗拉、抗剪變形性質試驗；巖石流變試驗、三軸試驗和利用剛性壓力機進行巖石變形破壞全過程的試驗。(2)利用相似材料模型進行模擬研究，在平面模擬實驗裝置基礎上，進一步發(fā)展立體模擬實驗臺。

10、也可利用光彈性模型進行模擬研究。(3)在實驗室條件下研究支架的整體性能和有關參數(shù)，建成具有先進水平的大型自移式液壓支架試驗裝置，臥式和立式，單架及多框架多功能巷道支架試驗臺。5.3現(xiàn)場監(jiān)測現(xiàn)場監(jiān)測采場主要監(jiān)測頂?shù)装逡平?、支架阻力、活柱下縮量和頂板破碎度；巷道主要監(jiān)測頂?shù)装逡平?、支架變形、圍巖應力分布和巖層內部移動規(guī)律。采用微震儀、地質雷達、電磁幅射監(jiān)測儀、可彎曲光導纖維巖層窺視儀、紅外線鉆孔探測攝像儀等觀測儀表。6礦山壓力與巖層控制