1、礦山壓力與巖層控制課程設置: 48學時講授方法: 基本知識與專題講座授課教師: 王襄禹 副教授聯系方式： 1、錢鳴高,繆協興. 巖層控制的關鍵層理論,中國礦業大學2、侯朝炯,勾攀峰.煤巷錨桿支護,中國礦業大學3、宋振琪 主編.實用礦山壓力控制,山東科技大學4、任德惠 主編.井工開采礦山壓力與控制, 重慶大學 5、劉 剛 主編.井巷工程,中國礦業大學礦山壓力與巖層控制教材與參考書目目 錄緒論第一章 礦山巖石和巖體的基本性質第二章 礦山巖體的原巖應力及其重新分布第三章 采場頂板活動規律第四章 采場礦山壓力顯現基本規律第五章 采場頂板支護方法第六章 采場巖層移動與控制2022/8/29礦山壓力與巖層

2、控制3第七章 巷道礦壓顯現規律第八章 巷道維護原理和支護技術第九章 厚煤層綜放開采巖層控制第十章 淺埋煤層開采巖層控制第十一章 煤礦動壓現象及其控制第十二章 非煤礦山巖層控制與邊坡穩定第十三章 礦山巖層控制研究方法2022/8/29礦山壓力與巖層控制4目 錄緒 論2022/8/29礦山壓力與巖層控制5礦山壓力與巖層控制之 - 緒論緒 論中國礦業大學礦業學院采礦系2022/8/29礦山壓力與巖層控制61.1 礦山壓力與巖層控制的概念1.2 礦山壓力與巖層控制的研究意義1.3 礦山壓力與巖層控制的屬性與特色1.4 課程的基本內容和發展階段1.5 礦山壓力與巖層控制的研究方法1.6 礦山壓力與巖層控

3、制的研究和發展方向本章內容提要緒 論2022/8/29礦山壓力與巖層控制7 礦山壓力與巖層控制是采礦工程的基礎課程，該課程以礦山巖石力學為基礎，與礦山工程、采礦工藝理論和實踐密切結合，是一門將巖層控制理論和工程實踐體系互相交叉、互相滲透的課程1.1 礦山壓力與巖層控制的概念緒 論2022/8/29礦山壓力與巖層控制81) 礦山壓力 由于礦山開采活動的影響，在巷硐周圍巖體中形成的和作用在巷硐支護物上的力定義為礦山壓力，在相關課程中也稱為二次應力、或工程擾動力緒 論1.1 礦山壓力與巖層控制的概念2022/8/29礦山壓力與巖層控制9 2) 礦山壓力顯現 由于礦山壓力作用使巷硐周圍巖體和支護物產生

4、的力學現象，統稱為礦山壓力顯現緒 論1.1 礦山壓力與巖層控制的概念2022/8/29礦山壓力與巖層控制103) 礦山壓力控制 在大多數情況下，礦壓顯現會對采礦工程造成不同程度的危害。所有減輕、調節、改變和利用礦山壓力作用的各種方法，均叫做礦山壓力控制 礦山壓力、礦山壓力顯現、礦山壓力控制反映本課程的體系和主要內容緒 論1.1 礦山壓力與巖層控制的概念2022/8/29礦山壓力與巖層控制111.1 礦山壓力與巖層控制的概念 1.2 礦山壓力與巖層控制的研究意義1.3 礦山壓力與巖層控制的屬性與特色1.4 課程的基本內容和發展階段1.5 礦山壓力與巖層控制的研究方法1.6 礦山壓力與巖層控制的研

5、究和發展方向本章內容提要緒 論2022/8/29礦山壓力與巖層控制121) 生態環境保護與資源利用 開采煤層引起采場上覆巖層的移動是根本原因。巖層控制理論和技術為保水采煤、條帶及充填開采，矸石處理有效抽放瓦斯奠定了理論基礎緒 論1.2 礦山壓力與巖層控制的研究意義2022/8/29礦山壓力與巖層控制132) 保證安全和正常生產 巖層控制理論和技術為大幅度降低頂板事故做出了突出貢獻，巷道圍巖控制理論和技術使合理支護各種巷道成為可能緒 論1.2 礦山壓力與巖層控制的研究意義3) 減少煤炭資源損失無煤柱護巷、提高頂煤的冒放性 2022/8/29礦山壓力與巖層控制144) 改善開采技術 對采場、巷道支

6、架圍巖相互作用關系的深刻認識和圍巖支護手段的進步促進了開采技術的發展 自移式液壓支架的應用實現了采煤綜合機械化 巷道可縮性金屬支架和錨噴支護的應用改變了剛性、被動支護巷道的局面 同時，采場、巷道圍巖穩定性分類為合理選擇支護形式、支護參數提供了科學依據緒 論1.2 礦山壓力與巖層控制的研究意義2022/8/29礦山壓力與巖層控制155)提高經濟效益 在分析研究采場各種類型直接頂、基本頂，巷道圍巖活動規律以及各種控制技術的基礎上，較完整地提出從圍巖結構穩定性分類、穩定性識別、礦壓顯現預測、支護設計、支護質量與頂板動態監測、信息反饋直至確定最佳設計的一整套理論、方法與技術，創造了采礦工業的良好的社會

7、效益和經濟效益。尤其是綜采、綜放開采、錨桿支護帶來了巨大的經濟效益。 緒 論1.2 礦山壓力與巖層控制的研究意義2022/8/29礦山壓力與巖層控制161.1 礦山壓力與巖層控制的概念 1.2 礦山壓力與巖層控制的研究意義 1.3 礦山壓力與巖層控制的屬性與特色1.4 課程的基本內容和發展階段1.5 礦山壓力與巖層控制的研究方法1.6 礦山壓力與巖層控制的研究和發展方向本章內容提要緒 論2022/8/29礦山壓力與巖層控制17 地下開采受構造應力場、采動支承應力場、地下水、地溫等很多條件的影響，巖體本身具有的非均質性、各向異性，以及采礦工程本身特點，使地下開采過程處在一個環境復雜、條件多變、技

8、術措施復雜的狀況1) 采礦工程巖體結構的本質緒 論1.3 礦山壓力與巖層控制課程屬性與特色 與地面工程結構不同，地下工程圍巖既是一種載荷，也是一種承載結構，載荷體系和承載體系之間沒有明顯界限2022/8/29礦山壓力與巖層控制18 采場上覆巖層形成結構的形態及穩定性直接影響到采場，還影響到開采后上覆巖層運動的形態及地表塌陷形狀2) 采礦工程的移動特性其他地下工程中硐室或隧道基本是固定的,采場是移動的出現采空區處理問題形成移動的礦山壓力場緒 論1.3 礦山壓力與巖層控制課程屬性與特色2022/8/29礦山壓力與巖層控制193) 圍巖的大變形和支護體的可縮特征 巷道圍巖存在破壞區,支護利用圍巖的殘

9、余強度，促進已破壞的圍巖形成自穩結構 軟巖巷道需嚴格控制非穩定塑性區的擴展，要求支架具備良好的支撐性能，也必須具備一定的可縮性能緒 論1.3 礦山壓力與巖層控制課程屬性與特色2022/8/29礦山壓力與巖層控制201.1 礦山壓力與巖層控制的概念 1.2 礦山壓力與巖層控制的研究意義 1.3 礦山壓力與巖層控制的屬性與特色 1.4 課程的基本內容和發展階段1.5 礦山壓力與巖層控制的研究方法1.6 礦山壓力與巖層控制的研究和發展方向本章內容提要緒 論2022/8/29礦山壓力與巖層控制211)早期認識、研究階段 我國是采礦最早的國家之一,明代天工開物記述了礦山壓力的危害性,歐洲國家對礦山壓力的

10、認識開始于15世紀 19世紀后期開始利用簡單的力學原理解釋一些礦山壓力現象,“壓力拱假說”和巖石堅固性系數f 20世紀3050年代，使用彈性理論研究礦山壓力問題，出現U形鋼拱形可縮性金屬支架、摩擦式金屬支柱、錨桿支護、自移式液壓支架 緒 論1.4 課程的基本內容和發展階段2022/8/29礦山壓力與巖層控制222) 近代發展階段 20世紀50年代以來，理論研究與工程實踐兩方面都取得了長足進展。巖層控制系統包括:采場圍巖控制和巷道圍巖控制。緒 論1.4 課程的基本內容和發展階段采場圍巖控制理論與實踐的發展“砌體梁”結構力學模型及“關鍵層理論” 20世紀6070年代，提出開采后上覆巖層呈“砌體梁”

11、式平衡的結構力學模型、巖層斷裂前后的彈性基礎梁力學模型及各種不同支撐條件下板的力學模型2022/8/29礦山壓力與巖層控制23緒 論1.4 課程的基本內容和發展階段“關鍵層”理論的提出修正了采場來壓規律 根據該理論可以判斷上覆巖層內部裂隙分布、離層區位置及識別對地表破壞起主導作用的巖層2022/8/29礦山壓力與巖層控制24緒 論1.4 課程的基本內容和發展階段“砌體梁”平衡的關鍵塊及“SR”穩定條件研究 “砌體梁”力學模型是一個大結構，其中主要影響采場頂板控制是采場附近的12個巖塊即關鍵塊體。重點分析關鍵塊的平衡關系，由此主要得出“砌體梁”關鍵塊的滑落與轉動變形失穩條件即“SR”穩定條件20

12、22/8/29礦山壓力與巖層控制25緒 論1.4 課程的基本內容和發展階段采場支架圍巖關系及整體力學模型的建立 “支架圍巖”關系的研究目的是確定液壓自移支架架型、合理支護阻力，防治液壓自移支架端面頂板的冒落 中厚煤層開采，一直視直接頂為“似剛體”，支架工作阻力與頂板下沉量的關系曲線，即“PL”類雙曲線關系 放頂煤開采時，研究提出“松脫體壓力”與“回轉變形壓力”概念，最終建立了采場整體力學模型2022/8/29礦山壓力與巖層控制26緒 論1.4 課程的基本內容和發展階段采場礦山壓力與支護質量監測 生產地質條件復雜多變，及時進行監測是采場安全生產的根本保證。我國自20世紀80年代開始大規模進行采場

13、頂板與支護質量監測，使采場頂板事故大幅度減少，取得了良好的社會、經濟效益。目前已研制出一系列的監測儀表并開發出了支護質量監控軟件。 2022/8/29礦山壓力與巖層控制27緒 論1.4 課程的基本內容和發展階段巷道圍巖控制理論與實踐的發展巷道布置改革及無煤柱護巷技術 掌握了巷道圍巖變形隨時間、空間的變化規律 在采準巷道礦壓理論指導下，形成了完善的巷道合理布置系統2022/8/29礦山壓力與巖層控制28巷道布置改革及無煤柱護巷技術 研究沿空巷道一側煤柱邊緣帶的應力重新分布和支架與圍巖關系，掌握無煤柱護巷機理，推進無煤柱護巷技術，跨巷回采技術緒 論1.4 課程的基本內容和發展階段2022/8/29

14、礦山壓力與巖層控制29研究巷道支護與圍巖關系發展支護技術 巷道支護的合理性能和結構形式，既能有效抑制圍巖變形，又能與圍巖變形相互協調。為此，研制了適用于不同條件的U形鋼、工字鋼結構可縮性支架，發展了支架壁后充填，現代錨桿支護理論與技術。 緒 論1.4 課程的基本內容和發展階段2022/8/29礦山壓力與巖層控制30軟巖巷道圍巖控制理論與實踐的發展 自20世紀70年代以來，有計劃地開展了軟巖巷道支護技術科技攻關，對軟巖巷道圍巖控制的基礎理論、軟巖的巖性分析及工程地質條件、圍巖變形力學機制、巷道支護設計、施工工藝及監測進行全面系統研究。 針對軟巖的類別和變形力學機制，發展：錨噴網支護技術、U形鋼支

15、護壁后充填技術、防治底鼓封閉支護技術、錨注支護技術、圍巖爆破卸壓和注漿加固技術。緒 論1.4 課程的基本內容和發展階段2022/8/29礦山壓力與巖層控制31巷道圍巖控制設計、支護質量與頂板動態監測 依據分類預測巷道圍巖穩定性類別、預計圍巖移近量、選擇支護形式、確定支護參數 實行巷道支護質量與頂板動態全過程監測，通過施工過程中的現場監測、信息反饋，不斷修正支護設計和調整支護參數。緒 論1.4 課程的基本內容和發展階段2022/8/29礦山壓力與巖層控制321.1 礦山壓力與巖層控制的概念 1.2 礦山壓力與巖層控制的研究意義 1.3 礦山壓力與巖層控制的屬性與特色 1.4 課程的基本內容和發展

16、階段 1.5 礦山壓力與巖層控制的研究方法1.6 礦山壓力與巖層控制的研究和發展方向本章內容提要緒 論2022/8/29礦山壓力與巖層控制33理論研究解析分析方法數值分析方法模糊分析、概率分析、隨機分析、靈敏度分析等方法近代數學、力學和計算機科學方法緒 論1.5 礦山壓力與巖層控制的研究方法2022/8/29礦山壓力與巖層控制34實驗室試驗巖石物理力學性質研究利用相似材料模型進行模擬研究在實驗室條件下研究支架的整體性能和有關參數緒 論1.5 礦山壓力與巖層控制的研究方法2022/8/29礦山壓力與巖層控制35現場監測采場主要監測頂底板移近量、支架阻力、活柱下縮量和頂板破碎度；巷道主要監測頂底板移近量、支架變形、錨桿受力、圍巖應力分布和巖層內部移動規律。微震儀、地質雷達、電磁輻射監測儀、可彎曲光導纖維巖層窺視儀、紅外線鉆孔探測攝像儀等觀測儀表，已取代過去單一的機械式儀表，先進的紅外遙感、遙控和自動監測、計算機數據處理逐步取代現場人工操作。 緒 論1