礦山壓力及巖層控制

礦山壓力及巖層控制第1頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月礦山壓力及巖層控制第一講：緒論第2頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月礦山壓力的基本概念礦山壓力：

采動

采場、巷、硐支護物

力礦壓顯現(xiàn)：力學(xué)現(xiàn)象礦山壓力控制：減輕、調(diào)節(jié)、利用、改變的方法第3頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月礦山壓力對煤礦開采的意義生態(tài)環(huán)境保護保證安全和正常生產(chǎn)減少資源損失改善開采技術(shù)提高經(jīng)濟效益第4頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月礦壓的研究方法現(xiàn)場實測理論分析物理模擬數(shù)值模擬工程類比第5頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月總結(jié)三個規(guī)律兩個原理一個方法

巖層控制方法原巖應(yīng)力分布規(guī)律頂板活動規(guī)律礦壓顯現(xiàn)規(guī)律回采工作面支架與圍巖的作用原理巷道支護與圍巖的作用原理第6頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月礦山壓力及巖層控制第二講：原巖應(yīng)力分布規(guī)律第7頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月本章介紹原巖應(yīng)力“孔”周圍的應(yīng)力分布圍巖極限平衡支撐壓力及其分布第8頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月原巖應(yīng)力原巖體：地殼中沒有受到人類工程活動影響的巖體。原巖應(yīng)力：存在于地層中未受工程擾動的天然應(yīng)力。

板塊邊界受壓地幔熱對流地球內(nèi)應(yīng)力

原巖應(yīng)力的形成地球心引力地球旋轉(zhuǎn)巖漿侵入地殼非均勻擴容第9頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月礦山壓力的來源自重應(yīng)力構(gòu)造應(yīng)力第10頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月自重應(yīng)力：由地心引力引起的應(yīng)力場。海姆公式：金尼克公式：自重應(yīng)力第11頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月構(gòu)造應(yīng)力構(gòu)造應(yīng)力：由構(gòu)造運動引起。分為：現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力和地質(zhì)構(gòu)造殘余應(yīng)力構(gòu)造應(yīng)力的特點：

1.構(gòu)造應(yīng)力以水平應(yīng)力為主。2.構(gòu)造應(yīng)力分布不均勻。3.構(gòu)造應(yīng)力具有方向性。4.普遍存在于堅硬巖層中。第12頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月原巖應(yīng)力的分布基本規(guī)律實測鉛直應(yīng)力基本等于上覆巖層重量水平應(yīng)力普遍大于鉛直應(yīng)力平均水平應(yīng)力與鉛直應(yīng)力比值隨深度增加而減少最大水平主應(yīng)力與最小水平主應(yīng)力相差較大第13頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月垂直應(yīng)力與采深成正比第14頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月平、垂應(yīng)力比值隨采增加而減小第15頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月回采空間周圍的應(yīng)力分布第16頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月不同方向臨空，應(yīng)力疊加；拐角處應(yīng)力集中程度高；按臨空自由面多少，應(yīng)力集中程度如下關(guān)系：孤島大于半島大于拐角大于單面第17頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月礦山壓力的分布分布的穩(wěn)定條件塑性狀態(tài)的分布彈性狀態(tài)的分布礦山壓力的分布第18頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月圍巖極限平衡與支撐壓力的分布巷道（孔）應(yīng)力狀態(tài)兩側(cè)圍巖單元體的第19頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月巷道兩側(cè)的支撐壓力分布切向應(yīng)力分布：（大--?。┦芰顟B(tài)（單向--三向）抗壓強度：（低--高）破壞順序：（里--外）第20頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月圍巖三區(qū)的形成塑性區(qū)彈性區(qū)原始應(yīng)力區(qū)第21頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月回采工作面支撐壓力分布前方移動的支撐壓力遠遠大于后方的支撐壓力工作面承受極少量的壓力第22頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月影響支撐壓力的分布因素回采空間尺寸及形狀回采空間頂板管理方法頂板巖層及煤層巖性采深周圍回采空間分布第23頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月支撐壓力的分區(qū)A減壓區(qū)B增壓區(qū)C穩(wěn)壓區(qū)D極限平衡區(qū)E彈性區(qū)第24頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月支撐壓力在底板巖層中的分布分布規(guī)律煤體邊緣附近底板產(chǎn)生高應(yīng)力集中帶采空區(qū)下方一定范圍內(nèi)應(yīng)力降低多煤層同采時有應(yīng)力互相干擾第25頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月礦山壓力及巖層控制第三講：采場上覆巖層活動規(guī)律第26頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月本章介紹工作面的底板劃分礦壓假說直接頂穩(wěn)定分析老頂破斷分析（梁、板）上覆巖層的活動規(guī)律上覆巖層平衡結(jié)構(gòu)第27頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月回采工作面的頂、底板劃分1.頂板

偽頂----位于煤層之上薄而軟的巖層。（0.3-0.5m）直接頂----位于煤層或偽頂之上一層或幾層圍巖性質(zhì)相近的巖層。

老頂----位于煤層或直接頂之上厚而堅硬的巖層（基本頂）。2.頂板

直接底----位于煤層之下的巖層（古土壤）。

老底----直接底之下的巖層。（對于反山，頂?shù)装灏l(fā)生翻轉(zhuǎn)的）第28頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月回采工作空間類型（依據(jù)采空區(qū)處理方法不同劃分）（a）完整空間---刀柱法或留煤柱開采；（b）自由彎曲空間---頂板緩慢下沉法（頂板塑性大）；（c）充填空間---充填法；（d）垮落空間---完全垮落法；第29頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第30頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第31頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第32頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第33頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第34頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月直接頂巖層破壞離散原因1.節(jié)理裂隙切割。2.巖層松軟，變形大離層。3.落煤后頂板支護不及時。4.老頂巖層平衡結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，巖塊回轉(zhuǎn)。5.支撐力不均衡或支架反復(fù)支撐。6.放頂撤柱，動力沖擊。第35頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月直接頂?shù)碾x層1.離層原因直接頂教軟，易發(fā)生彎曲變形未及時支護或支撐力不足第36頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月直接頂?shù)某醮慰缏涑醮慰缏洹苯禹數(shù)谝淮慰缏洌ǔ醮畏彭敚?/p>

(標志：跨落高度大于1-1.5，長面大于1/2面長）初次跨落距——第一次跨落時，直接頂?shù)目缇唷?/p>

直接頂跨落距受直接頂?shù)膹姸?、厚度、?jié)理裂隙影響，是描述直接頂穩(wěn)定性的綜合指標。

直接頂跨落前，頂板完整性一般較好，支架載荷小，穩(wěn)定性差，初次跨落易發(fā)生大面積頂板事故。第37頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月頂板工作結(jié)構(gòu)1.梁式結(jié)構(gòu)——將頂板視為沿工作面推進方向的梁，按梁式結(jié)構(gòu)承載變形破壞理論分析頂板破壞現(xiàn)象。2.板式結(jié)構(gòu)——將頂板視為一個板或經(jīng)斷層裂隙切割后多塊板相互咬合組成的板，按板式結(jié)構(gòu)承載變形及強度理論分析頂板破壞現(xiàn)象。3.頂板結(jié)構(gòu)端部支撐條件：固定支座——頂板被巖層夾持，為斷裂，無自由端。簡支梁支座——頂板端部斷裂或埋深較淺。（可轉(zhuǎn)動）第38頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月老頂按梁式結(jié)構(gòu)計算其極限跨度為：

固定梁簡支梁按彎矩計算按剪力計算結(jié)論：對一般厚度巖層，彎矩極限跨度小于剪力極限跨度；簡支梁彎矩極限跨度小于固定梁彎矩極限跨度；（頂板巖層在固定端斷裂后，隨即在中間斷裂）第39頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第40頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月老頂梁式結(jié)構(gòu)分析1.冒落區(qū)老頂支撐條件：全部充填滿回采空間不能全部充填滿回采空間（老頂懸露，成梁式結(jié)構(gòu)）第41頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月1.固定支座老頂梁式結(jié)構(gòu)力學(xué)分析（最大彎矩、最大剪切力發(fā)生在煤壁兩端）2.簡支梁支座老頂結(jié)構(gòu)力學(xué)分析老頂巖梁破壞形式有兩種受彎矩作用拉斷受剪力作用剪斷第42頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月老頂?shù)陌迨狡茢啵喊迨浇Y(jié)構(gòu)邊界支撐條件：薄板：長150-200m寬30m厚2-4m邊界支撐條件：（a）四邊固支——首采工作面（b）三固一簡——一面為已采區(qū)（c）二固二簡——一面為已采區(qū)，一面為工作面采空區(qū)（d）一固三簡——三面臨空，回采孤島區(qū)域第43頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月板式結(jié)構(gòu)體內(nèi)彎矩分布

1.將板分為若干橫縱條梁，求每條梁彎矩并考慮交叉點撓度相等，從而求出板內(nèi)彎矩分布。

2.板體內(nèi)彎矩分布圖第44頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月由圖可見：（1）固定邊界處彎矩比其他地方大；（2）頂板支撐條件下，由“四固——三簡”轉(zhuǎn)變時煤壁處彎矩增大；（3）板式支撐條件，最大彎矩位于工作面煤壁終端；（4）當(dāng)板式結(jié)構(gòu)四面臨空時，最大彎矩在板中間。3.板式結(jié)構(gòu)破斷過程長邊——短邊——溝通——中間（O-X型破斷）（a）（b）（c）第45頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月：2的計算公式第46頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月公式原理：當(dāng)開采空間形成后，第一層巖層并非承受其上直至地表的全部巖層重量，其上必然有一層距離較近的堅硬巖層，可將其上部巖層載荷通過本身的強度或抵抗變形能力傳遞到空間兩側(cè)的實體支撐點上，而第一層巖層僅承受其上直至第一層堅硬巖層間因彎矩施加的載荷。第47頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月回采工作面上覆巖層活動規(guī)律老頂跨落后，其上覆巖層依次發(fā)生斷裂、離層和移動，其破壞移動的程度與與開采形成的自由空間大小有關(guān)。一般講隨時間推移，上覆巖層移動一直波及地面。第48頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月1.橫三區(qū)、豎三區(qū)的形成第49頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月2.實測不同類型覆巖開采后的破壞情況1.冒落帶2.裂隙帶第50頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月3.工作面附近頂板移動觀測曲線第51頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月4.上覆巖層隨工作面推采位移路徑第52頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月5.傾角與頂板位移的影響第53頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月頂板移動一般規(guī)律巖層移動由下而上形成三帶，直直地表。（冒落、裂隙、彎曲下沉）在工作面附近頂板形成三區(qū)（煤壁支撐影響區(qū)、離層去、重新壓實區(qū)）裂隙帶可形成某種平衡結(jié)構(gòu)頂板移動在工作面前方30-40m開始(水平為主、垂直為小）頂板（移動軌跡）位移基本垂直層面影響范圍由下向上逐漸擴大，形狀由方到園第54頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第55頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月礦山壓力及巖層控制第四講：礦山壓力顯現(xiàn)規(guī)律第56頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第57頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第58頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第59頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第60頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第61頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第62頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第63頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第64頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第65頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第66頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第67頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第68頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第69頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第70頁，課件共83頁，創(chuàng)作于2023年2月第71頁，課件共83頁，創(chuàng)作于202