矿山压力及其控制第一章绪论

矿山压力及其控制第一章绪论2024/3/27矿山压力及其控制第一章绪论课程性质及任务

《矿山压力与岩层控制》是采矿工程和煤矿开采技术相关专业的必修专业课。任务：应力分布规律1、掌握三个规律岩层移动规律矿压显现规律2、掌握二个原理工作面支架与围岩相互作用原理巷道支架与围岩相互作用原理

3、掌握一套方法：矿压控制方法矿山压力及其控制第一章绪论课程学习基本要求:了解各类围岩事故产生的条件、原因和特点；

了解矿山压力现场研究的基本方法；

初步具备解决、分析矿山压力问题的能力；

能针对具体煤层和围岩条件布置巷道和回采工作面；能合理设计回采工作面、巷道的围岩控制方式。2024/3/273矿山压力及其控制第一章绪论绪论1.1矿山压力的基本概念1.1.1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，见下图。矿山压力及其控制第一章绪论2024/3/275矿山压力及其控制第一章绪论

矿山压力：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。

2024/3/276矿山压力及其控制第一章绪论

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”。2024/3/277矿山压力及其控制第一章绪论

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、调节、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。2024/3/278矿山压力及其控制第一章绪论

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。2024/3/279矿山压力及其控制第一章绪论1.1.2发展矿山压力与岩层控制的意义（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。2024/3/2710矿山压力及其控制第一章绪论（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。2024/3/2711矿山压力及其控制第一章绪论煤炭开采岩层移动排放矸石地下水流失与突水事故瓦斯卸压流动、瓦斯事故与排放瓦斯污染环境地表塌陷、土地与建筑物损害占用土地污染环境保水开采煤与瓦斯共采条带开采充填开采矸石不出井与煤巷支护煤炭地下气化绿色开采关键层理论2024/3/2712矿山压力及其控制第一章绪论

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煤炭开采引起的一系列安全和环境问题都与采动岩层破断与运动有关。开采沉陷突水事故突水事故瓦斯抽采瓦斯事故冒顶事故2024/3/2713矿山压力及其控制第一章绪论不能忘却的沉痛：近年重大矿难事故汇览·2004年10月，河南大平煤矿特大瓦斯爆炸事故遇难148人经过21岩石掘进工作面突然遭遇构造带，使大量聚积在煤层里的瓦斯瞬间爆发冲出，冲毁通风设施，整个监控系统也因短时超限电力中断，造成风流逆转，致使大量瓦斯冲入主要进风大巷及11、13、15采区。大部分遇难者均因窒息而亡。事故原因因“特大型煤与瓦斯突出”而引发瓦斯爆炸。该矿局部通风设施管理混乱、应急处置不力、安全管理存在漏洞，是导致事故灾害扩大的重要原因。调查处理国务院常务会议研究加强煤矿安全生产工作；国务委员兼国务院秘书长华建敏率工作组迅速赶赴事故现场；成立了以国务院安全生产委员会副主任、国家煤矿安全监察局局长王显政为组长，河南省领导参加的事故调查领导小组。河南副省长受行政警告；造成事故的责任人，因涉嫌重大责任事故犯罪日被逮捕；矿难遇难者家属签订赔付协议。遇难者得到妥善安置。矿山压力及其控制第一章绪论不能忘却的沉痛：近年重大矿难事故汇览·2004年11月，陕西铜川陈家山煤矿特大瓦斯爆炸事故遇难166人经过发生爆炸的415、416工作面位於矿井最底部，那天早上7点左右，巷道里的风向由进风突然变成了反方向的热风，随即发生爆炸。而后又先后发生四次新爆炸。事故原因四次次生爆炸由明火引起：由于有明火，越爆炸，瓦斯补充浓度越高；瓦斯浓度越高，越容易引起爆炸，从而形成循环。事故调查组对引发瓦斯爆炸的火源仍有不同意见调查处理成立国家煤矿安全监察局局长王显政为组长，陕西省代省长陈德铭、监察部副部长陈昌智、全国总工会书记处书记张鸣起、国家煤矿安全监察局副局长赵铁锤、陕西省副省长巩德顺任副组长的调查领导小组；三位矿长被免职；积极抢救受难矿工；广泛发动社会捐助；建立遇难矿工纪念碑；与遇难矿工家属达成赔付协议，遇难者得到妥善安置。矿山压力及其控制第一章绪论不能忘却的沉痛：近年重大矿难事故汇览·2005年2月，辽宁孙家湾煤矿特大瓦斯爆炸事故遇难214人。（直接经济损失4968.9万元）经过事故发生地点在孙家湾煤矿3316外风道掘进工作面，2月14日白班，孙家湾煤矿正常作业，到14时50分，3316外风道掘进工作面突然发生矿震，地面瓦斯通风检测突然没有显示。据当时地面有关人员介绍，14时50分有明显矿震感觉，到15时03分，井下242采面工人宁海涛在井下汇报说，242面有反风，之后，井下－357调度汇报，－357大巷全是烟。由于冲击地压造成3316风道外段大量瓦斯异常涌出，3316风道里段掘进工作面局部停风造成瓦斯积聚、瓦斯浓度达到爆炸界限；工人违章带电检修临时配电点的照明信号综合保护装置，产生电火花而引起瓦斯爆炸。事故原因直改扩建工程及矿井生产技术管理混乱；煤矿“一通三防”、机电管理混乱；劳动组织管理混乱；缺乏统一、有效的安全管理制度；煤矿安全管理混乱，有章不循；重生产、轻安全，片面追求经济效益，忽视安全生产管理；政府有关部门未能严格履行职责，监管监察不到位。调查处理以国务委员兼国务院秘书长华建敏为组长的国务院工作组赶赴现场；国家安监局要求各地立即开展煤矿安全生产大检查；决定对负有领导责任的辽宁省副省长给予行政记大过处分，责成辽宁省人民政府向国务院作出书面检查；对阜新矿业集团公司董事长、总经理给予行政撤职、撤销党内职务处分，并按照程序免去其董事长职务；其余31名事故责任人4人移交司法机关处理，27人分别给予行政处分；不惜一切力量组织抢救工作；遇难矿工家属已全部和矿方签订了善后协议，妥善安置遇难者。矿山压力及其控制第一章绪论不能忘却的沉痛：近年重大矿难事故汇览·近年来矿难事件列表

2001年7月广西南丹矿井透水

2002年5月山西运城富源煤矿透水

2002年6月20日黑龙江鸡西特大矿难124人遇难

2002年8月江西丰城建新煤矿瓦斯爆炸

2002年8月黑龙江七台河煤矿瓦斯爆炸

2003年7月河南登封东风煤矿透水

2003年10月14日江西丰城发生矿难49人遇难

2004年2月北京大安山煤矿大塌冒

2004年2月5日山西灵石煤矿爆炸案29人遇难

2004年6月3日河北邯郸鸿达矿难12人遇难

2004年9月23日河南新密市矿难7人遇难

2004年10月6日北京大安山矿难10人遇难

2004年10月18日四川雅安宝兴矿难

2004年10月20日河南大平矿难147人遇难

2004年11月陕西铜川陈家山煤矿瓦斯爆炸

2004年11月20日河北省沙河市矿难65人遇难

2005年1月7日河南省渑池县矿难4死

2005年1月12日河南省宜阳县矿难10死10伤

2005年1月16日重庆南川市矿难12死

2005年1月21日辽宁省调兵山市矿难9死4伤

2005年2月14日辽宁省阜新市矿难213死1失踪

2005年2月17日云南省富源县矿难24死14伤3人失踪.

2005年2月26日重庆市铜梁县矿难2死2伤

2005年新疆“7-11”阜康矿难83名矿工遇难

2005年广东兴宁矿难矿山压力及其控制第一章绪论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（采场、掘进）3、采矿工程中围岩的大变形和支护体的可缩特征4、采矿工程的能量原理和动力现象矿山压力及其控制第一章绪论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。2024/3/2719矿山压力及其控制第一章绪论矿山压力及其控制第一章绪论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。矿山压力及其控制第一章绪论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。矿山压力及其控制第一章绪论1.2.3以连续介质力学为理论基础的研究阶段

20世纪30年代至50年代：将整个岩体作为连续的，各向同性的弹性体来考虑，即用弹性理论研究矿山压力问题，这一阶段的典型成果：（1）用虎克定律推导出了自重作用下原岩应力的计算公式；（2）用弹性理论解决了圆形巷道的应力分布问题。2024/3/2723矿山压力及其控制第一章绪论后来又研究了岩体非均质和各向异性对理想弹性体的影响，以及把岩层看作具有不同变形特征的弹性介质，进一步研究岩体层理性的影响，此外还用连续介质力学方法研究了岩层移动问题。在进行理论研究的同时，研究矿压的实验手段也获得了发展，其中较为应用的是利用相似材料进行的相似模型研究方法和利用光敏感材料进行的光弹性模拟方法。矿山压力及其控制第一章绪论1.2.4矿压研究的近代发展阶段（60年代至今）

这个时期的科技发展特点：（1）矿山开采规模增大；（2）计算机技术飞速发展；（3）相关学科进步明显。与此相类似，矿压研究取得了一些新进展：

2024/3/2725矿山压力及其控制第一章绪论1.2.5我国在矿山压力研究方面的主要工作与成就

为了配合全国有序地开展矿压研究及推动煤矿科技进步。1979年4月26日煤炭部批准在中国矿业大学建立煤炭工业部矿山压力情况报中心站，作为全国矿压研究与实践方面的重要学术组织，到目前为止已经组织召开了11届全国性矿山压力理论与实践研讨会，并下设8个各分站2024/3/2726矿山压力及其控制第一章绪论钱鸣高、牛锡倬、平寿康、刘天泉、宋振骐等学者对推动我国矿压理论研究与工程应用作出了突出贡献，如著名的砌体梁理论等。我国煤矿事故中顶煤事故由45％下降到15％，目前一批中青年学者、专家迅速成长。砌体梁理论、关键层理论、锚杆支护技术等。

矿山压力及其控制第一章绪论1.3矿山压力与岩层控制研究的主要内容

地下采矿中常见的岩石开挖工程有：井硐室、巷道和工作面，其中以巷道和回采工作面最为常见，所以矿山研究以巷道回采工作面为核心进行研究。主要研究内容如下：（一）支承压力（二）回采工作面上覆岩层活动规律及其分析1.老顶稳定及初次极限跨距2.裂隙体梁及结构分析

2024/3/2728矿山压力及其控制第一章绪论（三）回采工作面矿山压力显现基本规律1.初次来压分析2.周期来压分析3.顶板压力估算矿山压力及其控制第一章绪论

（四）回采工作面顶板控制与支护方法1.支架围岩相互作用原理2.支架选型（五）采区巷道矿压显现与控制1.巷道矿压显现的基本规律2.巷道矿压控制原理3.采区巷道支护

2024/3/2730矿山压力及其控制第一章绪论（六）动压现象及控制1.冲击矿压（冲击矿压煤、及瓦斯的突然喷出）2.顶板大面积来压矿山压力及其控制第一章绪论1.4矿山压力与岩层控制的研究方法（1）理论研究

解析分析方法、数值分析方法模糊分析、概率统计、随机分析、灵敏度分析、趋势分析近代数学、力学和计算机科学方法

矿山压力及其控制第一章绪论（2）实验室研究岩石的物理力学性质相似模拟支架的整体性能（3）现场观测出现了利用红外遥感、声波、遥控、自动监测矿山压力及其控制第一章绪论1.