1矿山压力及其控制.pptx

矿山压力及其控制 主讲：王家臣第一章 绪论 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。采矿分类地下采矿露天采矿海洋采矿特殊采矿海底锰结核开采地下开采金属矿地下开采非金属矿地下开采固体矿床露天开采砂矿床露天开采海底砂矿开采海底热液砂床开采海水化学元素提取海底基岩矿床开采容浸采矿热液采矿水溶采矿盐湖矿床开采饰面石材开采机械开采采砂船开采水力机械采砂固体矿床开采抚顺西露天煤矿采场煤矿露天开采河南义马北露天煤矿采场内部排土场煤矿露天开采厚煤层地下开采 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。 井筒与巷道矿体矿体 矿山压力： 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的内容，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。 矿山压力显现： 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”。 矿山压力控制： 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。 矿山压力及岩层控制： 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 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。（5）提高开采经济效果： 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。1.1.3 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。 （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性 （4）采矿工程中的能量原理和动力现象1.2 矿山压力及控制的发展简况 1.2.1 对矿压的早期认识阶段 我国是世界上采矿最早的国家之一，中国采矿有文字可考的历史始于商代，但实际的采矿活动还要早很多。 春秋至南北朝（公元前770年至前200年），采矿技术已有全面发展。 随着采矿规模日益扩大，经常出现矿井内顶板冒落，巷道堵塞或地表塌陷，迫使人们重视和研究矿压问题。 1.2.2 建立矿压早期假说阶段 19世纪后期到20世纪初，是矿压研究的第二个阶段。利用一些简单的力学原理解释实践中出现的一些矿压现象，并提出了一些初步的矿压假说，具有代表性的是“压力拱假说”，即认为巷道上方能形成自然平衡拱及有关分析计算。同时提出了以岩石坚固性系数f（普氏系数）作为定量指标的岩石分类方法，曾获得广泛应用至今。 在这个阶段中，对巷道围岩破坏机理和支架所受的岩石压力大小开始了初步的理论研究。在研究岩层和地表移动等方面，进行了地面及井下观测，研究到地表建筑物的损坏不仅由于地表下沉，还由于水平移动的结果。1.2.3 以连续介质力学为理论基础的研究阶段 20世纪30年