矿山压力与岩层控制(第二版)

第一章绪论.

第二章矿山压力理论

第一节概述

第二节压力拱假说

第三节预成裂隙假说

第四节铰接岩块假说

第五节松散介质假说

第六节一般梁的假说

第七节砌体梁假说

第八节传递岩梁假说

第九节弹性基础梁假说

第三章 基本顶的断裂形式及初次断裂步距

第一节基本顶“板”内的应力分析第二节 基本顶岩层的破断第三节基本顶的初次破断步距

第四章基本顶稳定性分析

第一节 基本顶初次断裂后的砌体梁平衡第二节 砌体梁全结构模型的受力分析第三节砌体梁结构的关键块及其稳定性分析

第五章直接顶及其稳定性分析

第一节基本顶初次断裂前直接顶离层分析

第二节基本顶变形失稳对直接顶稳定性的影响第三节直接顶的刚度分析

第四节采场支架与围岩体系的刚度分析

第六章 采场支架与围岩的相互作用

第一节液压支架受力及适应性分析

第二节基本顶运动对支架围岩关系的影响

第三节采场支架与围岩相互作用原理

第四节 采场直接顶对支架与围岩关系的影响

第七章 采场周围应力分布

第一节层面支承压力分布规律第二节采场底板应力分布规律·第三节采场顶板应力分布规律第四节采场围岩应力分区及其预测

第八章采场岩层移动与控制

第一节岩层移动引起的采动损害概述第二节岩层控制的关键层理论.第三节采场上覆岩层移动规律第四节采场上覆岩层移动控制技术

第九章软岩巷道的围岩压力及控制

第一节软岩的基本属性

第二节软岩的工程分级

第三节软岩巷道的围岩变形规律和压力特征

第四节软岩巷道支护的基本原则软岩

第五节巷道的支护措施和方法

第六节巷道底鼓机理.

第七节巷道底鼓的防治

第八节巷道围岩注浆加固技术

第九节巷道支架架后充填

第十章深部巷道的围岩压力及控制…

第一节 深部巷道围岩压力特征

第二节开采深度与巷道围岩变形的关系

第三节巷道失稳的极限深度

第四节深部巷道的围岩控制

参考文献

第一章绪论

一、矿山压力与岩层控制的概念

矿山压力与岩层控制是采矿工业的基础学科。矿山压力与岩层控制以矿山岩石力学为基础，与矿山工程、采矿工艺理论和实践密切结合，是具有一定特色的岩层控制理论和工程实践体系的基础理论学科与工程技术学科互相交叉、互相渗透的独立的分支学科。

地下岩体在开挖以前，原岩应力处于平衡状态。开掘巷道或进行回采工作时，破坏了原始的应力平衡状态，引起岩体内部的应力重新分布，直至形成新的平衡状态。这种由于矿山开采活动的影响，在巷硐周围岩体中形成的和作用在巷硐支护物上的力定义为矿山压力，在相关学科中也称为二次应力或工程扰动力。在矿山压力作用下，会引起各种力学现象，如岩体的变形、破坏、塌落，支护物的变形、破坏、折损，以及在岩体中产生的动力现象。这些由于矿山压力作用使巷硐周围岩体和支护物产生的种种力学现象，统称为矿山压力显现（简称矿压显现)。在大多数情况下，矿压显现会对采矿工程造成不同程度的危害。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压显现控制在一定范围内。对于有利于采矿生产的矿压显现，也应当合理地利用。所有减轻、调节、改变和利用矿山压力作用的各种方法，均称为矿山压力控制。

上述三个基本概念既反映矿山压力与岩层控制课程的体系，也涵盖了矿山压力与岩层控制课程的主要内容。

二、影响矿山压力的主要因素

矿山压力的影响因素是多方面的、复杂的。研究矿压显现与影响因素的关系是探讨矿山压力基本规律的关键，也是寻求矿压控制方法和采取技术措施的主要依据。总的说来，影响矿山压力的主要因素可分为地质因素和生产因素两大类。

(一）地质因素

1.岩石物理力学性质

科学研究与生产实践证明，对矿山压力显现起主要作用的是岩石物理力学性质，一般情况下，可以根据岩石物理力学性质来判断矿山压力的显现概况及应采取的技术措施。

如长壁工作面中，若基本顶岩层坚硬，抗压和抗拉强度较高，开采后大面积悬露不垮落，当达到应力极限时，有可能产生强烈的周期来压。相反，若基本顶是岩石强度较低的砂质页岩，则可能周期来压强度较弱。据现场实测，顶板下沉量与岩石强度关系极大，岩石强度越低时，顶板下沉量越大。

岩石物理力学性质对巷道压力的显现影响也非常明显。若把巷道开掘在坚硬的砂岩或石灰岩中，巷道维护容易。如果巷道围岩是强度比较低的泥质页岩、铝土页岩等，当受到采动影响后，即产生较大的围岩移动，压力显著，则巷道维护困难。

2.开采深度

开采深度直接影响原岩应力的大小，同时也影响开采后巷道或工作面周围岩层内支承压力的大小。从这个意义上讲，开采深度对矿山压力具有绝对的影响。但对矿山压力显现的影响则不尽相同。

开采深度对巷道矿山压力显现的影响可能比较明显，如在松软岩层中开掘巷道，随着深度的增加，巷道围岩的“挤、压、鼓”现象将更为严重。据德国有关资料统计，当开采深度达1400m以上时，估计有30%的巷道不能采用现有的维护方法。这是因为随着深度增加，巷道围岩的变形与支架上承受的压力都将增加。岩层受重力而变形，它所积聚的能量与深度的平方成正比。因此，对有冲击矿压危险的矿井，随着开采深度的增加，发生冲击矿压的次数和强度都将显著增加。国内外的经验都已证明，在一般条件下，一定的开采深度是出现冲击矿压的一个必要条件。

开采深度对采场顶板压力大小的影响并不突出，因而对矿山压力显现的影响也不明显，尤其是对顶板下沉量的影响更为不明显。主要应视煤层采高、直接顶和基本顶的力学性质、厚度等因素而定。随着开采深度增加，支承压力必然增加，从而导致煤壁片帮及底板鼓起的概率增加，由此也可能导致支架载荷增加。

3.煤层倾角

煤层倾角对矿山压力显现的影响也很大。从生产实践中可以证明，近水平煤层的矿山压力显现要比倾斜和急倾斜煤层剧烈。因为影响顶板下沉的力，主要采自上覆岩层的重量。在近水平煤层中，上覆岩层的重量几乎垂直作用在岩层面上，引起顶板岩层下沉的力就是上覆岩层的总重量。而在倾斜煤层中，引起顶板岩层下沉的力则仅是垂直干层面上的分力，这个分力随煤层倾角的增大而减小。

4.断层、裂缝、节理等

节理和裂缝的存在对岩石强度有显著影响，主要是节理和裂缝会在岩体内部形成弱面，岩石首先沿弱面破坏，使岩石极限强度降低。如某煤矿的无烟煤试样，在没有明显的裂缝时，其单向抗压强度为40MPa，而当有裂缝存在时，单向抗压强度降低到10MPa以下。