1、山山 東東 科科 技技 大大 學學潘潘 立立 友友 1、概念解釋與知識儲備、概念解釋與知識儲備 2、礦山壓力與控制理論、礦山壓力與控制理論 3、沖擊地壓理論體系與進展、沖擊地壓理論體系與進展4、沖擊地壓預測技術、沖擊地壓預測技術5、沖擊地壓防治技術、沖擊地壓防治技術6、沖擊地壓典型案例、沖擊地壓典型案例科學與技術的描述（引導）科學與技術的描述（引導） 科學的任務是科學的任務是揭示揭示事物發展的客觀規事物發展的客觀規律，探求真理，是屬于律，探求真理，是屬于“認識世界的范認識世界的范疇疇”；技術的任務是人類；技術的任務是人類改變或控制改變或控制周圍周圍環境的手段或活動，是屬于環境的手段或活動，是屬

2、于“改造世界改造世界”的范疇（的范疇（蘋果樹與蘋果）。蘋果樹與蘋果）。 “科學是技術的基本燃料、技術是經科學是技術的基本燃料、技術是經濟增長的發動機濟增長的發動機” 煤炭開采的安全需要以煤炭開采的安全需要以“科學發展觀科學發展觀”為總為總指導，以不斷更新的技術為突破，建立安全的長指導，以不斷更新的技術為突破，建立安全的長效機制（培育安全樹）。效機制（培育安全樹）。 1、概念解釋與知識儲備、概念解釋與知識儲備概念的科學解釋：概念的科學解釋： 礦山壓力：采動后促使圍巖運動的力。礦山壓力：采動后促使圍巖運動的力。 礦山壓力顯現：礦壓作用下，出現的礦山壓力顯現：礦壓作用下，出現的“現象現象”。圖1 礦

3、山壓力顯現的基本形式a-冒頂、片幫；b-兩幫鼓出；c-頂底板移近；d-頂板下沉與支架承載沖擊地壓：巖（煤）體的突然破壞的現象（驅動）。沖擊地壓：巖（煤）體的突然破壞的現象（驅動）。礦震：礦山開采引起的巖層震動（結構問題）。礦震：礦山開采引起的巖層震動（結構問題）。巖爆：巖石成片狀破裂、彈射，伴有巖爆：巖石成片狀破裂、彈射，伴有“劈裂劈裂”聲。聲。頂板大面積垮落：空頂面積超限引發的大面積冒落。頂板大面積垮落：空頂面積超限引發的大面積冒落。煤（巖）與瓦斯突出：礦壓與瓦斯共同作用結果煤（巖）與瓦斯突出：礦壓與瓦斯共同作用結果-兩相介質。兩相介質。差異性：差異性：發生機理不同，都具有動力特征，可互為誘

4、發因素。發生機理不同，都具有動力特征，可互為誘發因素。 2004年年11月月07日日15時時23分分ML3.2級；級；2005年年03月月27日日11時時47分分ML3.2級級2005年年5月月21日日 ML3.6級級 73上05工作面推采時，微震基本在軌道順槽一側，且基本在過斷層附近出現；73上07工作面受采空區73上05影響，礦震基本發生在采空一側和斷層附近，需要在過斷層時多加注意。應力場：應力場：地應力場（地應力場（stress field in the earths crust）：）： 古構造、現代古構造、現代 地殼或地球體內，應力狀態隨空間點的變化，稱為地應力場。地殼或地球體內，應力

5、狀態隨空間點的變化，稱為地應力場。采動應力場：開采活動形成采動應力場：開采活動形成 受采掘影響在巖體內重新分布后形成的應力。受采掘影響在巖體內重新分布后形成的應力。背景應力場：歷史演化背景應力場：歷史演化支護應力場：人為支護應力場：人為 支護應力場，簡單的可以認為是提供一個用以彌補由于巷道開挖支護應力場，簡單的可以認為是提供一個用以彌補由于巷道開挖卸載造成的應力損失而人為構造的一種應力場。卸載造成的應力損失而人為構造的一種應力場。相對應力場：次生相對應力場：次生擾動應力場：深井與軟巖擾動應力場：深井與軟巖孤島煤柱支承壓力孤島煤柱支承壓力分布圖（一般應力分布）分布圖（一般應力分布） 孤島煤柱支承

6、壓力孤島煤柱支承壓力分布圖（高應力分布）分布圖（高應力分布） 孤島煤柱支承壓力孤島煤柱支承壓力分布圖（極限應力分布）分布圖（極限應力分布） 結構失穩與應力釋放：結構失穩與應力釋放：結構失穩：地質結構、采場結構結構失穩：地質結構、采場結構 靜結構、動結構靜結構、動結構 主動結構、被動結構主動結構、被動結構應力釋放：應力釋放： 構造型構造型 重力型重力型 復合型復合型礦震在空間內的失穩為主要類型沖擊地壓是應力的擾動下破壞與能量釋放為主研究沖擊地壓等動力問題所需的基礎知識研究沖擊地壓等動力問題所需的基礎知識（1）地質、采礦等描述性工程類專業知識）地質、采礦等描述性工程類專業知識 地質工程專業知識：巖

7、土工程設計、巖土工程勘察、巖土工程施工、地質工程專業知識：巖土工程設計、巖土工程勘察、巖土工程施工、工程地質、建筑基礎工程施工、地質災害評價與防治、地下礦產的鉆孔工程地質、建筑基礎工程施工、地質災害評價與防治、地下礦產的鉆孔開采與利用、非開挖施工技術、巖土工程施工管理等。開采與利用、非開挖施工技術、巖土工程施工管理等。 采礦工程專業知識：采礦學、礦井通風與安全、井巷工程、礦山壓力、采礦工程專業知識：采礦學、礦井通風與安全、井巷工程、礦山壓力、電工與電子技術、采礦機械、礦山企業管理技術經濟分析等。電工與電子技術、采礦機械、礦山企業管理技術經濟分析等。（2）力學知識）力學知識 工程力學工程力學|（

8、理論力學、材料力學）、彈性力學、塑性力（理論力學、材料力學）、彈性力學、塑性力學、斷裂力學、巖石力學、結構力學、突變理論、分形力學、學、斷裂力學、巖石力學、結構力學、突變理論、分形力學、混沌學、小波理論、數理統計、數值模擬計算科學、實驗力混沌學、小波理論、數理統計、數值模擬計算科學、實驗力學等系列基礎知識。學等系列基礎知識。巖石力學（Rock Mechanics） 研究巖體在各種不同受力狀態下產生變形和破壞規律的研究巖體在各種不同受力狀態下產生變形和破壞規律的學科。學科。巖石與巖體巖石與巖體巖石：巖石：由礦物或巖屑在地質作用下按一定規律聚集而形成的自然物體。由礦物或巖屑在地質作用下按一定規律聚

9、集而形成的自然物體。 影響巖石力學性質和物理性質的三個重要因素影響巖石力學性質和物理性質的三個重要因素:礦物：存在地殼中的具有礦物：存在地殼中的具有一定化學成分和物理性質的自然元素和化合物；結構：組成巖石的物質成分、一定化學成分和物理性質的自然元素和化合物；結構：組成巖石的物質成分、顆粒大小和形狀以及其相互結合的情況；構造：組成成分的空間分布及其相互顆粒大小和形狀以及其相互結合的情況；構造：組成成分的空間分布及其相互間排列關系。間排列關系。巖石分類巖石分類：巖漿巖：強度高、均質性好；沉積巖：強度不穩定，各向異性；：巖漿巖：強度高、均質性好；沉積巖：強度不穩定，各向異性；變質巖：不穩定與變質程度

10、和原巖性質有關。變質巖：不穩定與變質程度和原巖性質有關。巖體巖體=巖塊巖塊+結構面，不連續面：包括節理、裂隙、孔隙、斷面、孔洞、層面。結構面，不連續面：包括節理、裂隙、孔隙、斷面、孔洞、層面。巖體的力學特征：巖體的力學特征：不連續；各向異性；不均勻性；巖塊單元的可移動性；不連續；各向異性；不均勻性；巖塊單元的可移動性；地質因子特性（水、氣、熱、初應力）。地質因子特性（水、氣、熱、初應力）。 巖石力學研究三個階段：材料力學、連介力學、構造力學。巖石力學研究三個階段：材料力學、連介力學、構造力學。 新奧法是工程的應用體現。新奧法是應用巖體力學理論，以維護和新奧法是工程的應用體現。新奧法是應用巖體力

11、學理論，以維護和利用圍巖的自承能力為基點，采用錨桿和噴射混凝土為主要支護手段，利用圍巖的自承能力為基點，采用錨桿和噴射混凝土為主要支護手段，及時的進行支護，控制圍巖的變形和松弛，使圍巖成為支護體系的組成及時的進行支護，控制圍巖的變形和松弛，使圍巖成為支護體系的組成部分，并通過對圍巖和支護的量測、監控來指導隧道施工和地下工程設部分，并通過對圍巖和支護的量測、監控來指導隧道施工和地下工程設計施工的方法和原則。計施工的方法和原則。巖石的基本物理力學性質巖石的基本物理力學性質 巖石的基本物理性質：巖石的密度巖石的基本物理性質：巖石的密度 、巖石的比重 、巖石巖石的孔隙性的孔隙性 、巖石的水理性質巖石的

12、水理性質 等。等。巖石的強度特性巖石的強度特性 強度：單向抗壓強度；單向抗拉強度；剪切強度；強度：單向抗壓強度；單向抗拉強度；剪切強度；三軸壓縮：真三軸；假三軸。三軸壓縮：真三軸；假三軸。擴容現象：巖石在壓力下，發生非線性體積膨脹。巖石的流變特性巖石的流變特性長期強度的的確方法長期強度的的確方法 巖石介質的力學模型巖石介質的力學模型 1、彈性模型：3、有硬化的塑性： k塑性硬化系數 4、粘性模型） 2、理想塑性：（ 0屈服應力）巖石的強度理論巖石的強度理論莫爾強度理論（莫爾強度準則）莫爾強度理論（莫爾強度準則） 數學表達式： 莫爾于爾于1900年提出了莫爾強度理論，認為材料發生破年提出了莫爾強

13、度理論，認為材料發生破壞是由于材料的某一面上剪應力達到一定的限度，而這個壞是由于材料的某一面上剪應力達到一定的限度，而這個剪應力與材料本身性質和正應力在破壞面上所造成的摩擦剪應力與材料本身性質和正應力在破壞面上所造成的摩擦阻力有關。即材料發生破壞除了取決于該點的剪應力，還阻力有關。即材料發生破壞除了取決于該點的剪應力，還與該點正應力相關與該點正應力相關。巖石動力學巖石動力學彈性波彈性波: 在應力應變關系服從虎克定律的介質中傳播的波。在應力應變關系服從虎克定律的介質中傳播的波。粘彈性波：粘彈性波：在非線性彈性體中傳播的波，這種波，除彈性變形產生的在非線性彈性體中傳播的波，這種波，除彈性變形產生的

14、彈性應力外，還產生又摩擦應力或粘滯應力。彈性應力外，還產生又摩擦應力或粘滯應力。塑性波塑性波 ：應力超過彈性極限的波。應力超過彈性極限的波。沖擊波：沖擊波：如果固體介質的變形性質能使大擾動的傳播速度遠比小擾動如果固體介質的變形性質能使大擾動的傳播速度遠比小擾動的傳播速度大，在介質中就會形成波頭陡峭的、以超聲波傳播的的傳播速度大，在介質中就會形成波頭陡峭的、以超聲波傳播的沖擊波。沖擊波。 巖石在受到擾動時在巖體中主要傳播的是彈性波。巖石在受到擾動時在巖體中主要傳播的是彈性波。突變理論 突變理論研究的是從一種穩定組態躍遷到另一種穩定組突變理論研究的是從一種穩定組態躍遷到另一種穩定組態的現象和規律。

15、它指出自然界或人類社會中任何一種運動態的現象和規律。它指出自然界或人類社會中任何一種運動狀態，都有穩定態和非穩定態之分。在微小的偶然擾動因素狀態，都有穩定態和非穩定態之分。在微小的偶然擾動因素作用下，仍然能夠保持原來狀態的是穩定態；而一旦受到微作用下，仍然能夠保持原來狀態的是穩定態；而一旦受到微擾就迅速離開原來狀態的則是非穩定態，穩定態與非穩定態擾就迅速離開原來狀態的則是非穩定態，穩定態與非穩定態相互交錯。非線性系統從某一個穩定態（平衡態）到另一個相互交錯。非線性系統從某一個穩定態（平衡態）到另一個穩定態的轉化，是以突變形式發生的。穩定態的轉化，是以突變形式發生的。分形力學 分形力學定義為在分

16、形空間中考慮的巖石力學，或分形力學定義為在分形空間中考慮的巖石力學，或者說在巖石力學問題分析求解中考慮到分形的效應和影者說在巖石力學問題分析求解中考慮到分形的效應和影響，通過分形響，通過分形-巖石力學的數學基礎，從空間、測度、巖石力學的數學基礎，從空間、測度、維數、分形和分形空間入手，引入自相似和自仿射，多維數、分形和分形空間入手，引入自相似和自仿射，多重分形和分形插值等概念，進而討論了分形空間中的力重分形和分形插值等概念，進而討論了分形空間中的力學。學。海岸線，礦震問題海岸線，礦震問題用半徑去測量震動數量曲線說明分形成立復雜邊界動力學數值模擬計算（有限單元法） RFPA（Rock Fracture Process Analysis）是巖石失穩過程分析程序。）是巖石失穩過程分析程序。該程序是基于有限元計算的原理而開發的，但又