矿山压力与岩层控制课件摘要.ppt

* Ground Pressure and Strata Control *资源与环境工程学院-资源工程1系 矿山压力与岩层控制电子教案 绪论 1.1 与矿山压力有关的安全事故 在整个煤矿安全事故中，煤矿顶板事故所占比重超过50%以上，死亡人数所占比重超过30%以上，每年顶板事故影响的产量约占总产量的5%，达到3000万t至4000万t的巨大数字。 图1.1 中国煤矿安全事故比例 图1.2 中国煤矿死亡人数比例 绪论 54 47 60 38 14 12 14 14 8 8 138 110 288 229 合计 15 13 5 2 1 1 7 6 28 22 2002 5 5 8 5 3 1 1 1 8 5 25 17 2001 6 6 4 3 1 1 2 2 5 3 18 15 2000 6 4 4 4 2 2 1 1 1 1 11 11 25 23 1999 4 2 3 2 1 1 2 2 1 1 9 9 20 17 1998 4 4 11 5 1 1 1 1 1 1 13 9 31 21 1997 3 2 7 6 1 1 1 1 1 1 22 17 35 28 1996 5 5 7 4 1 1 2 2 1 1 20 19 36 32 1995 5 5 5 3 2 2 3 3 2 2 23 14 40 29 1994 人数 起数 人数 起数 人数 起数 人数 起数 人数 起数 人数 起数 其他 透水 爆破 机电 运输 冒顶 其 中 伤亡总人数 伤亡总起数 年 份 煤矿重大事故的发生及有效控制，几乎都同时与岩层运动和应力场应力的大小和分布条件有机地联系在一起。 图1.3 与岩层运动相关事故机理 绪论 冲击地压 承受巨大地压的顶板突然断裂所造成的破坏岩石位能转变为动能而带来的冲击地压。 绪论 透水事故 因矿井顶、底板压力过大，致使煤矿在开采过程中地表水、老空水或相邻煤矿报废矿井中的水沿断层破碎带流入井田造成透水事故 。 图1.5 广东兴宁一煤矿发生透水事故示意图 图1.6 四川广安矿井透水事故示意图 绪论 （1）没有很好地掌握各个具体煤层需要控制的岩层范围及运动规律（运动发生的时间、条件），顶板控制设计缺少基础； （2）没有掌握各种类型支架的特性及实际支撑能力。针对具体煤层条件选好和用好支护手段方面的问题； （3）没有更好地揭示支架-顶板运动间的关系，正确合理选择控制方案。 绪论 顶板事故频发的基本原因： 绪论 1.2 矿山压力与岩层控制研究的主要任务 （1）研究随采场推进过程中，在采场周围煤层及岩层中重新分布的应力（包括应力大小及方向等）及其发展变化的规律。该应力的存在和变化是煤及岩层变形、破坏和位移的根源，也是采场及周围巷道支架上压力显现的条件。 （2）研究采场支架上显现的压力及其控制方法。包括压力的来源、压力大小及与上覆岩层运动间的关系、正确的控制设计方法等。 （4）控制采动岩层活动的主要因素分析。从复杂的采动岩层活动中建立采动岩层的结构力学模型，从而展开对采场顶板矿压、采场突水、岩层移动及地表沉陷规律等进行系统描述。 （5）深部开采时采场支承压力分布、岩层结构及运动特点、围岩大变形的控制机制等。 绪论 （3）研究开掘的巷道的位置和时间。不同时间开挖巷道时和不同地点开挖的巷道围岩压力的来源、巷道支护设备上的压力大小及其影响因素等。 绪论 1.3 矿山压力与岩层控制研究的回顾 1.3.1掩护“拱”假说 ①采动形成的工作空间是在“拱”结构掩护之下； ② “拱”结构承担上覆岩层的重量，通过拱脚传递到煤层及岩体上的压力，并且在煤及岩体中形成的应力，该应力是煤及岩层破坏的原因，也是“拱”结构本身向外扩展的条件； ③采场空间的支护仅承受拱内已破坏岩层的岩重，支架是在由“拱”的结构尺寸所圈定的破碎岩石荷重下工作。 绪论 图1.7 自然平衡拱 （1）自然平衡拱假说（普氏假说） 巷道开掘后，已采空间上部岩层 将逐步破损成拱的形状。这个拱是 自然形成的。 拱的高度h是岩层的 岩石强度和巷道宽度b的函数： 绪论 当R和b已知，即可按上述二式计算出掩护拱的高度h，从而可以推算出拱所包围的破碎岩石的面积A及相应的岩石重量，据此即可确定巷道支护所需的反力。 适用条件：普氏拱假说适用于确定强度不高（f=5~6），开采深度不是很大的巷道支护反力。 优点：应用简便。 缺点：①没有深入研究围岩中应力分布和稳定的条件； ②不能解释采场矿压显现的周期性变化规律 。 绪论 图1.8 工作面推进中的自然平衡拱 绪论 （2）压力拱