《礦山壓力與巖層控制》教案

1、緒論1礦山壓力與巖層控制學(xué)科的概念礦山壓力與巖層控制學(xué)科的概念礦山壓力：礦山壓力：由于礦山開(kāi)采活動(dòng)的影響，在巷硐周?chē)鷰r體中形成的和作用在巷硐支護(hù)物上的力定義為礦山壓力，在相關(guān)學(xué)科中也稱為二次應(yīng)力、或工程擾動(dòng)力。礦山壓力顯現(xiàn)：礦山壓力顯現(xiàn)：在礦山壓力作用下，會(huì)引起各種力學(xué)現(xiàn)象，如巖體的變形、破壞、塌落，支護(hù)物的變形、破壞、折損，以及在巖體中產(chǎn)生的動(dòng)力現(xiàn)象。這些由于礦山壓力作用，使巷硐周?chē)鷰r體和支護(hù)物產(chǎn)生的種種力學(xué)現(xiàn)象，統(tǒng)稱為礦山壓力顯現(xiàn)。

2、礦山壓力控制：礦山壓力控制：所有減輕、調(diào)節(jié)、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。2采礦工業(yè)要求發(fā)展礦山壓力及巖層控制學(xué)科采礦工業(yè)要求發(fā)展礦山壓力及巖層控制學(xué)科2.1生態(tài)環(huán)境保護(hù)生態(tài)環(huán)境保護(hù)巖層控制理論為實(shí)現(xiàn)保水采煤，完善條帶開(kāi)采和充填技術(shù)，進(jìn)行井下矸石處理和有效抽放瓦斯奠定理論基礎(chǔ)。2.2保證安全和正常生產(chǎn)保證安全和正常生產(chǎn)巖層控制理論和技術(shù)為大幅度降低頂板事故做出了突出貢獻(xiàn)。邊坡穩(wěn)定性研究使邊坡設(shè)計(jì)既能達(dá)到經(jīng)濟(jì)上可采

3、納的陡度，又足以維持安全的緩度。巷道圍巖控制理論和技術(shù)為合理支護(hù)各種巷道成為可能。2.3減少資源損失減少資源損失礦柱是造成地下資源損失的主要根源。通過(guò)對(duì)開(kāi)采引起的圍巖應(yīng)力重新分布規(guī)律的研究，推廣無(wú)煤拄護(hù)巷和跨越巷道開(kāi)采等技術(shù)措施，不僅顯著減少資源損失，還有利于消除因礦柱存在引起的災(zāi)害和對(duì)采礦工作的不利影響。2.4改善開(kāi)采技術(shù)改善開(kāi)采技術(shù)自移式液壓支架的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了采煤綜合機(jī)械化。巷道可縮性金屬支架和錨噴支護(hù)的應(yīng)用改變了剛性、被動(dòng)支護(hù)巷道的

4、局面。同時(shí)，采場(chǎng)、巷道圍巖穩(wěn)定性分類為合理選擇支護(hù)型式、支護(hù)參數(shù)提供科學(xué)依據(jù)。2.5提高經(jīng)濟(jì)效益提高經(jīng)濟(jì)效益圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分類、穩(wěn)定性識(shí)別、礦壓顯現(xiàn)預(yù)測(cè)、支護(hù)設(shè)計(jì)、支護(hù)質(zhì)量與頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、信息反饋直至確定最佳設(shè)計(jì)的一整套理論、方法與技術(shù)有助于創(chuàng)造采礦工業(yè)的良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。3礦山壓力與巖層控制學(xué)科屬性與特色礦山壓力與巖層控制學(xué)科屬性與特色3.1采礦工程巖體結(jié)構(gòu)的本質(zhì)采礦工程巖體結(jié)構(gòu)的本質(zhì)與地面工程結(jié)構(gòu)不同，地下工程圍巖既是一種載

5、荷，也是一種結(jié)構(gòu)，施載體系和承載體系之間沒(méi)有明顯界限。采場(chǎng)上覆巖層形成結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的形態(tài)及穩(wěn)定性不僅直接影響到采場(chǎng)，也將影響到開(kāi)采后上覆巖層運(yùn)動(dòng)的形態(tài)及地表塌陷形狀。3.2采礦工程的移動(dòng)特性采礦工程的移動(dòng)特性其它地下工程中硐室或隧道基本是固定的永久性的，采礦工程中采場(chǎng)是不斷移動(dòng)的，采場(chǎng)本身是一個(gè)依據(jù)礦物埋藏規(guī)律而不斷運(yùn)動(dòng)的空間。3.3采礦工程中圍巖的大變形和支護(hù)體的可縮特征采礦工程中圍巖的大變形和支護(hù)體的可縮特征填技術(shù)，為沿空留巷的擴(kuò)大應(yīng)

6、用開(kāi)辟了廣闊前景。（2）研究巷道支架與圍巖關(guān)系采用先進(jìn)支護(hù)技術(shù)研究巷道支架的合理性能和結(jié)構(gòu)形式，既能有效地抑制圍巖變形，又能與圍巖變形相互協(xié)調(diào)，減少支架損壞和改善巷道維護(hù)。為此，研制了適用于不同條件的U型鋼、工字鋼結(jié)構(gòu)可縮性支架，完善了輔助配套設(shè)施，發(fā)展了支架壁后充填。（3）軟巖巷道圍巖控制理論與實(shí)踐的發(fā)展自70年代以來(lái)，有計(jì)劃地開(kāi)展軟巖巷道支護(hù)技術(shù)科技攻關(guān)。對(duì)軟巖巷道圍巖控制的基礎(chǔ)理論、軟巖的巖性分析及工程地質(zhì)條件、圍巖變形力學(xué)機(jī)制、

7、巷道支護(hù)設(shè)計(jì)、施工工藝及監(jiān)測(cè)進(jìn)行全面系統(tǒng)研究。針對(duì)軟巖的類別和變形力學(xué)機(jī)制，發(fā)展了錨噴網(wǎng)支護(hù)技術(shù)、U型鋼支護(hù)壁后充填技術(shù)、防治底臌封閉支護(hù)技術(shù)、圍巖爆破卸壓和注漿加固技術(shù)。（4）巷道圍巖控制設(shè)計(jì)決策及支護(hù)質(zhì)量與頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)依據(jù)巷道圍巖穩(wěn)定性分類及巷道支護(hù)形式與合理支護(hù)參數(shù)選擇專家系數(shù)，預(yù)測(cè)巷道圍巖穩(wěn)定性類別、預(yù)計(jì)圍巖移近量、選擇支護(hù)型式、確定支護(hù)參數(shù)。實(shí)行巷道支護(hù)質(zhì)量與頂板動(dòng)態(tài)全過(guò)程監(jiān)測(cè)，通過(guò)施工過(guò)程中的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、信息反饋、不斷修正支護(hù)

8、設(shè)計(jì)和調(diào)整支護(hù)參數(shù)。使巷道圍巖控制逐步由經(jīng)驗(yàn)判斷和定性評(píng)估向定量分析和科學(xué)管理轉(zhuǎn)化。5礦山壓力與巖層控制學(xué)科研究方法礦山壓力與巖層控制學(xué)科研究方法5.1理論研究理論研究（1）解析分析方法通過(guò)力學(xué)模型，利用平衡條件、本構(gòu)方程、變形條件、破壞判據(jù)和邊界條件求解其應(yīng)力、變形和破壞條件。（2）數(shù)值分析方法包括有限元法、差分法、邊界元法、結(jié)構(gòu)單元法等，這類分析主要給出應(yīng)力和應(yīng)變分布，以及應(yīng)力、位移、速度等特征值。（3）模糊分析、概率分析、隨機(jī)分析

9、、靈敏度分析、趨勢(shì)分析等方法（4）近代數(shù)學(xué)、力學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)方法。近年來(lái)，許多學(xué)科如斷裂力學(xué)、損傷力學(xué)、分形幾何、分叉、混沌、突變理論等，滲透到礦業(yè)科學(xué)領(lǐng)域，推動(dòng)礦山壓力與巖層控制學(xué)科的發(fā)展。5.2實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)（1）巖石物理力學(xué)性質(zhì)研究，包括巖石抗壓、抗拉、抗剪變形性質(zhì)試驗(yàn)；巖石流變?cè)囼?yàn)、三軸試驗(yàn)和利用剛性壓力機(jī)進(jìn)行巖石變形破壞全過(guò)程的試驗(yàn)。(2)利用相似材料模型進(jìn)行模擬研究，在平面模擬實(shí)驗(yàn)裝置基礎(chǔ)上，進(jìn)一步發(fā)展立體模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)。

10、也可利用光彈性模型進(jìn)行模擬研究。(3)在實(shí)驗(yàn)室條件下研究支架的整體性能和有關(guān)參數(shù)，建成具有先進(jìn)水平的大型自移式液壓支架試驗(yàn)裝置，臥式和立式，單架及多框架多功能巷道支架試驗(yàn)臺(tái)。5.3現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)采場(chǎng)主要監(jiān)測(cè)頂?shù)装逡平俊⒅Ъ茏枇?、活柱下縮量和頂板破碎度；巷道主要監(jiān)測(cè)頂?shù)装逡平?、支架變形、圍巖應(yīng)力分布和巖層內(nèi)部移動(dòng)規(guī)律。采用微震儀、地質(zhì)雷達(dá)、電磁幅射監(jiān)測(cè)儀、可彎曲光導(dǎo)纖維巖層窺視儀、紅外線鉆孔探測(cè)攝像儀等觀測(cè)儀表。6礦山壓力與巖層控制