1、矿山压力及岩层控制矿山压力及岩层控制Mining Pressure and Strata Control课程设置课程设置:40学时讲授方法讲授方法:基本知识与专家讲座相结 合，兼顾双语教学知识范围知识范围:煤与非煤，专业外语参参 考考 书书 目目1、钱鸣高,刘听成.矿山压力及其控制,中国矿业大学2、宋振琪主编.实用矿山压力控制,山东科技大学3、任德惠主编.井工开采矿山压力与控制,重庆大学 4、岑传鸿主编.顶板灾害防治,中国矿业大学5、姜福兴主编.矿压控制设计,山东科技大学6、蒋金泉主编.矿山压力监测,山东科技大学7、黄自伟主编.矿压测试仪表,山东科技大学8、美国西弗吉尼亚大学 S.S.Peng
2、主编的讲义9、澳大利亚 B.H.G.Brady、英国E.T.Brown主编Rock Mechanics For Underground Mining目录 第一章 绪论 第二章 矿山压力及矿山压力显现 第三章 采场上覆岩层运动和发展的基本规律 第四章 采场上覆岩层的运动范围 第五章 采场矿山压力显现与上覆岩层运动间的关系 第六章 回采工作面顶板控制设计 第七章 巷道矿压控制 第八章 冲击地压防治 第九章 综采放顶煤采场的矿压控制 第十章 矿柱支护采矿法的岩体控制 第十一章 崩落采矿法的岩体控制矿山压力与岩层控制之第一章矿山压力与岩层控制之第一章山东科技大学资环学院山东科技大学资环学院资资 源源
3、工工 程程 系系绪 论本章提要 课题研究的主要任务 主要的矿山压力假说有较多的基本概念有较多的矿山压力假说几种主要矿山压力假说的区别了解本课程矿山压力研究的特点本章特点学习难点P11.1 1.1 与矿山压力有关的安全事故与矿山压力有关的安全事故 1.2 1.2 矿山压力与岩层控制研究的主要任务矿山压力与岩层控制研究的主要任务1.3 1.3 矿山压力与岩层控制研究的回顾矿山压力与岩层控制研究的回顾1.4 1.4 本课程的主要研究内容与学习方法本课程的主要研究内容与学习方法 P21.1 1.1 与矿山压力有关的安全事故与矿山压力有关的安全事故P3图1.1 中国煤矿安全事故比例 图1.2 中国煤矿死
4、亡人数比例1.1 1.1 与矿山压力有关的安全事故与矿山压力有关的安全事故P4图图1.3 1.3 与岩层运动相关事故机理与岩层运动相关事故机理 顶板冒顶顶板冒顶1.1 1.1 与矿山压力有关的安全事故与矿山压力有关的安全事故P5顶板事故频顶板事故频繁发生的基繁发生的基本原因本原因？思考思考冲击地压冲击地压 透水事故透水事故(见下图）见下图）1.1 1.1 与矿山压力有关的安全事故与矿山压力有关的安全事故P6图图1.5 1.5 广东兴宁一煤矿发生透水事故广东兴宁一煤矿发生透水事故 图图1.6 1.6 四川广安矿井透水事故四川广安矿井透水事故1.1 1.1 与矿山压力有关的安全事故与矿山压力有关的
5、安全事故 1.2 1.2 矿山压力与岩层控制研究的主要任务矿山压力与岩层控制研究的主要任务1.3 1.3 矿山压力与岩层控制研究的回顾矿山压力与岩层控制研究的回顾 1.4 1.4 本课程的主要研究内容与学习方法本课程的主要研究内容与学习方法P7 研究随采场推进在其周围煤层及岩层中重新分布的应力（包括应力大小及方向等）及其发展变化的规律。研究采场支架上显现的压力及其控制方法。研究在采场周围不同部位开掘和维护的巷道的矿山压力显现及其控制办法。控制采动岩层活动的主要因素分析。深部开采时采场支承压力分布、岩层结构及运动特点、围岩大变形的控制机制等。1.2 1.2 矿山压力与岩层控制研究的主要任务矿山压
6、力与岩层控制研究的主要任务P8P91.1 1.1 与矿山压力有关的安全事故与矿山压力有关的安全事故 1.2 1.2 矿山压力与岩层控制研究的主要任务矿山压力与岩层控制研究的主要任务 1.3 1.3 矿山压力与岩层控制研究的回顾矿山压力与岩层控制研究的回顾 1.4 1.4 本课程的主要研究内容与学习方法本课程的主要研究内容与学习方法掩护掩护“拱拱”假说假说 1.3 1.3 矿山压力与岩层控制研究的回矿山压力与岩层控制研究的回顾顾P10几种主要矿山压力假说几种主要矿山压力假说 掩护掩护“梁梁”假说假说 铰接岩块假说铰接岩块假说砌体梁假说砌体梁假说掩护掩护“拱拱”假说假说 1.3 1.3 矿山压力与
7、岩层控制研究的回矿山压力与岩层控制研究的回顾顾P11基本观点？自然平衡拱假说 压力拱假说 1.3 1.3 矿山压力与岩层控制研究的回矿山压力与岩层控制研究的回顾顾P12自然平衡拱假说自然平衡拱假说 ccAA dbb hh 321b3b2b1h1h2h3工作面推进中的自然平衡拱工作面推进中的自然平衡拱 自然平衡拱自然平衡拱 巷道开掘后，已采空间上部岩层将逐步冒塌成拱的形状。巷道开掘后，已采空间上部岩层将逐步冒塌成拱的形状。1.3 1.3 矿山压力与岩层控制研究的回矿山压力与岩层控制研究的回顾顾压力拱假说压力拱假说 S1LkS21模型主要假设？P13掩护掩护“拱拱”假说假说 1.3 1.3 矿山压
8、力与岩层控制研究的回矿山压力与岩层控制研究的回顾顾P14掩护掩护“梁梁”假说假说“悬臂梁”假说“预生裂隙梁”假说相关假说？代表性1.3 1.3 矿山压力与岩层控制研究的回矿山压力与岩层控制研究的回顾顾P15“悬臂梁悬臂梁”假说假说 模型1.3 1.3 矿山压力与岩层控制研究的回矿山压力与岩层控制研究的回顾顾P16“预生裂隙梁预生裂隙梁”假说假说3113123低应力区高应力区假塑性变形区掩护掩护“拱拱”假说假说 1.3 1.3 矿山压力与岩层控制研究的回矿山压力与岩层控制研究的回顾顾P17掩护掩护“梁梁”假说假说 铰接岩块假说铰接岩块假说用冒落法管理顶板的采场，支架上的压力显现是由两部分岩层的运
9、动所决定的。1.3 1.3 矿山压力与岩层控制研究的回矿山压力与岩层控制研究的回顾顾P18铰接岩块假说铰接岩块假说mz 2=i=n+1mmimzmm+1hLkAhLm+1SAmz 1=i=1nmim+1可能工作条件：“给定荷载”“给定变形”掩护掩护“拱拱”假说假说 1.3 1.3 矿山压力与岩层控制研究的回矿山压力与岩层控制研究的回顾顾P19掩护掩护“梁梁”假说假说 铰接岩块假说铰接岩块假说 砌体梁假说砌体梁假说在老顶岩梁达到断裂步距之后，随着工作面的继续推进，岩梁将会折断，但断裂后的岩块由于排列整齐在相互回转时能形成挤压，由于岩块间的水平力以及相互间形成的摩擦力的作用，在一定条件下能够形成外
10、表似梁实则为半拱的结。这种平衡结构形如砌体，故称之为砌体梁。砌体梁假说砌体梁假说1.3 1.3 矿山压力与岩层控制研究的回矿山压力与岩层控制研究的回顾顾P20砌体梁假说砌体梁假说1.3 1.3 矿山压力与岩层控制研究的回矿山压力与岩层控制研究的回顾顾P21该结构为“煤壁已冒落矸石”及“煤壁支架已冒落矸石”两种支撑体系所支撑采场上覆岩层可沿走向分为三个区：岩体结构模型掩护掩护“拱拱”假说假说 1.3 1.3 矿山压力与岩层控制研究的回矿山压力与岩层控制研究的回顾顾P22几种主要矿山压力假说几种主要矿山压力假说 掩护掩护“梁梁”假说假说 铰接岩块假说铰接岩块假说 砌体梁假说砌体梁假说 1.3 1.
11、3 矿山压力与岩层控制研究的回矿山压力与岩层控制研究的回顾顾P23特征特征 几何特征厚度较大岩性特性较为坚硬（弹性模量较大、强度较高）变形特征同步协调破断特征大范围岩层移动支承特征破坏前“板”（或“梁”）作为承载主体，断裂后砌体梁结构作为承载主体。相关理论相关理论关键层理论关键层理论关键层：关键层：在岩体活动中起主要控制作用的岩层 判别依据：变形、破断特征变形、破断特征1.3 1.3 矿山压力与岩层控制研究的回矿山压力与岩层控制研究的回顾顾P24关键层理论关键层理论 以岩层运动为中心的矿山压力理论以岩层运动为中心的矿山压力理论 核心要点 强调“矿山压力”及“矿山压力显现”的差别和联系。都不是静
12、止的 岩层范围有限、可知、可以变化研究老顶来压时刻的“支架围岩”关系 工作方式：“给定变形”“限定变形”1.3 1.3 矿山压力与岩层控制研究的回矿山压力与岩层控制研究的回顾顾P25相关理论相关理论关键层理论关键层理论 以岩层运动为中心的矿山压力理论以岩层运动为中心的矿山压力理论 1.1 1.1 与矿山压力有关的安全事故与矿山压力有关的安全事故 1.2 1.2 矿山压力与岩层控制研究的主要任务矿山压力与岩层控制研究的主要任务 1.3 1.3 矿山压力与岩层控制研究的回顾矿山压力与岩层控制研究的回顾 1.4 1.4 本课程的主要研究内容与学习方法本课程的主要研究内容与学习方法P26P271.4
13、1.4 本课程的主要研究内容与学习方本课程的主要研究内容与学习方法法 本课程的学习基本要求：本课程的学习基本要求：搞清概念搞清概念 掌握原理掌握原理 抓住重点抓住重点 理论联系实际理论联系实际 学会相关计算与设计学会相关计算与设计1.1 1.1 与矿山压力有关的安全事故与矿山压力有关的安全事故 1.2 1.2 矿山压力与岩层控制研究的主要任务矿山压力与岩层控制研究的主要任务 1.3 1.3 矿山压力与岩层控制研究的回顾矿山压力与岩层控制研究的回顾 1.4 1.4 本课程的主要研究内容与学习方法本课程的主要研究内容与学习方法 P28P29 （1 1）顶板事故频繁发生的基本原因是什么）顶板事故频繁发生的基本原因是什么?（2 2）矿山压力与岩层控制研究的主要任务是什么）矿山压力与岩层控制研究的主要任务是什么?（3 3）矿山压力与岩层控制研究历史上主要存在几种）矿山压力与岩层控制研究历史上主要存在几种 假说？并叙述各假说的内容及优缺点？假说？并叙述各假说的内容及优缺点？（4 4）以上覆岩层运动为中心的矿压理论主要要点是）以上覆岩层运动为中心的矿压理论主要要点是 什么？什么？
