河南理工大学矿压复习重点.doc

矿压 绪论一、矿山压力与岩层控制的概念矿山压力：由于矿山开采活动的影响，在巷硐周围岩体中形成的和作用在巷硐支护物上的力。矿山压力显现 ：由于矿山压力作用使巷硐周围岩体和支护物产生的种种力学现象。 （变形、破坏、垮落、折损、冲击）矿山压力控制：所有减轻、调节、改变和利用矿山压力作用的各种方法。二、发展矿山压力与岩层控制的意义 1生态环境保护 2 保证安全和正常生产 3 减少资源损失 4 改善开采技术5 提高经济效益3、 发展矿山压力与岩层控制属性和特色 1 采矿工程岩体结构的本质 2 采矿工程的移动特性 3 采矿工程中围岩的大变形和支护体的可缩特征4 采矿工程的能量原理和动力现象 第二章 矿山岩体的原岩应力及其重新分布1、 基本概念原岩地壳中没有受到人类工程活动影响的岩体称为原岩体原岩应力未受开采影响的岩体内，由于岩体自重和构造运动等 原因引起的应力 自重应力由地心引力引起的应力，等于单位面积上覆岩层重量构造应力由于地质构造运动而引起的应力原岩应力：自重应力 构造应力自重应力：等于单位面积的上覆岩层的重量构造应力由于地壳构造运动在岩体中引起的应力构造应力的特点：（1）以水平应力为主，浅部尤为明显；而且地壳总的运动趋势是相互挤压，所以水平应力以压应力占绝对优势。（2)分布不均，在地质构造变化比较剧烈的地区，最大主应力的大小和方向往往有很大变化。（3）具有明显的方向性，最大水平主应力和最小水平主应力之值一般相差较大（4）坚硬岩层中普遍，软岩中很少。原岩应力分布的基本规律：（1）实测垂直应力基本等于上覆岩层重量（2）水平应力普遍大于垂直应力（3)平均水平应力与垂直应力的比值随深度增加而减小（4）最大水平主应力和最小水平主应力一般比值相差较大双向等压应力场内的圆形孔规律:圆孔周边应力任一点的应力 分布与方向角无关，圆孔任一方向应力分布相同；围岩内应力大小与弹性常数E、无关，与距孔边距离有关；双向等压时，圆孔周边全处于压缩应力状态；圆孔的影响半径为双向等压圆孔应力集中系数最大为 2 。双向不等压应力场内的圆形孔规律:（1）圆孔周围应力集中是局部的，应力集中程度随远离孔而减弱，并趋于原始应力；（2）01 时，圆孔两侧切向应力集中系数处于2 3，随围压增大而有所减弱；（3）1/3时，沿最大主应力方向，孔周边一定范围内存在切向拉应力；（4)1/3时，围岩周边不产生切向拉应力； (5)=0时沿最大主应力方向，孔周边一定范围内存在径向拉应力=90处，拉应力最大。 (6)=0为最不利情况；= 1为均匀受压，最有利于稳定情况。等应力轴比：巷道周边应力均匀分布时，椭圆长短轴之比。周边切向应力无极值，周边应力均匀相等，对地下工程的稳定性最有利，故又称最优（佳）轴比。零应力轴比：巷道周边无拉应力时，椭圆长短轴之比 应力及围岩分区 极限平衡区 D 弹性区 E 应力降低区 A 增压增高区 B 原岩应力区 C 极限平衡区:岩块的抗压强度逐渐增大到某一半径R处岩块又处于弹性状态，这个范围称为极限平衡区。 支承压力回采空间周围煤岩体内应力增高区的切向应力。 第三章 采场顶板活动规律回采工作面：直接进行采煤货采有用矿物的工作空间，简称采场顶 板：赋存煤层之上的岩层，又称为上覆岩层底 板：位于煤层下方的岩层顶 板:（1）伪 顶：位于煤层之上，薄而软的岩层(小于0.3-0.5m)，随采随冒 （2）直接顶：位于煤层或伪顶之上一层或几层性质相近岩层 （3）老 顶：位于直接顶或煤层之上厚而坚硬的岩层（基本顶）采空区处理类型:(1)刀柱法或留煤柱开采 (2)顶板缓慢下沉法 (3)充填法（全部或局部)(4)全部垮落法采场上覆岩层“大结构”的假说(1)压力拱假说:优点：对回采工作面前后支承压力及回采工作面处于减压范围做出了粗略但却经典的解释， 缺点：缺乏对拱的特性、岩层变形、移动和破坏的发展过程以及支架与围岩的相互作用关系的分析。(2)悬臂梁假说:优点：解释工作面近煤处顶板下沉量小，支架载荷小，而远煤壁处大现象；作面前方出现支承压力及周期来压现象。 缺点：提出了各种计算方法，但计算结果与实际情况相差甚远(3)铰接岩块假说：优点：对支架围岩关系做了详细分析，阐明了上覆岩层分带情况，并初 步涉及岩层内部的力学关系及其可能形成的结构缺点：对铰接岩块间的平衡条件未能做进一步的探讨给定载荷:规则移动带岩层变形小时，其下部岩层发生离层，工作面支架只承受直接顶因离层而折断岩层的全部重量给定变形:规则移动带变形大或断裂时，支架载荷与岩层变形位移有关(4)预成裂隙假说：(5)“砌体梁”力学模型(1978，钱鸣高，中国)(6)“传递岩梁”假说（宋振琪 ）直接顶初次垮落：直接顶第一次大面积垮落直接顶初次垮落标志：直接顶垮落高度超过11.5 m，范围超过全工作面长度的一半。此时直接顶的跨距称为初次垮落步距。老顶的板式破断:随着弯矩的增长，老顶岩层达到强度极限时，将形成断裂。四周裂缝贯通而呈“O”形。板中央破断形成“X”型破坏。 O型裂隙：上部张开下部闭合；X型裂隙:上部闭合下部张开的裂隙两种形式失稳：滑落失稳和回转变形失稳。初次断裂步距：老顶达到初次断裂时的跨距称为极限跨距，也称为初次断裂步距“砌体梁”结构以下特征：离层区悬露岩块的重量几乎全由前支承点承担；岩块B与C间剪切力接近于零，相当于岩块咬合形成半拱的拱顶；最大剪切力发生在岩块A与B间，等于岩块B自身重量及其载荷；岩块B和岩块C对结构平衡起关键作用，是结构中的关键块 “砌体梁”结构的稳定性分析根据对岩体结构分析所得的结论，可对以下矿山压力现象做出解释： 老顶岩块的滑落失稳是工作面顶板出现台阶以及有时地表下沉出现台阶的原因；煤壁上方老顶剪切力最大，是工作面顶板沿煤壁切落的原因；上覆岩层结构的存在是支架受力小于覆盖层重量的原因，并由此可以分析工作面支架工作阻力必须平衡的顶板压力大小；采高小、直接顶较厚和采用充填法处理采空区是工作面顶板压力比较小的原因；工作面形成的支承压力主要集中于前拱脚的原因。 第四章 采场矿压显现基本规律衡量矿压显现程度的指标顶板下沉：指煤壁到采空区边缘裸露的顶底板相对移近量 下沉速度：顶板活动的剧烈程度支柱变形与折损顶板破碎情况：衡量顶板管理好坏的质量标准之一,常以单位面积中冒落面积所 占的百分比，局部冒顶：顶板破碎严重能形成局部塌落顶板沿煤壁切落：支柱的初撑力要大，本身就能防推其他矿压：煤壁片帮、支柱钻底和底鼓等初次来压：老顶平衡结构第一次失稳而施加给工作面大型压力的过程初次来压步距：第一次来压时工作面距离开切眼的距离（推进距离）初次来压步距=老顶初次断裂的极限跨距初次来压的特点：必然性 预判性 突然性 剧烈性 持续性 规律性周期来