矿压与矿压监测-讲义.pdf

矿压研究的目的是为了掌握1、工作面压力显现和顶底板变化规律2、工作而顶板支撑的安全程度3、工作而垮落的规律及控制方法.4、防止和消除地压危害措施5、煤矿设计、施工和生产的可靠性矿压研究需要解决的主要问题：1、在特别困难条件下，井巷地压的控制方法2、为了保证生产安全和最大限度的回收矿产资源,寻求适应岩体应力特性和地压显现规律的合理开 采顺序，开采方法及其结构要素以及采场维护方 式。3、采空区的处理问题4、防止地下开采引起的滑坡5、对地表建筑的影响及三下（水下、建筑下、铁路 下）安全开采6、岩爆问题7、露天矿边坡的确定及不稳定边坡的加固岩石的力学特性 岩石具有一定的强度 岩石视为完整连续的小型块体当做连续介 质 地下岩石，一般处于三向压力状态。o1 主应力。1。2。3 三向剪应力T13最大。与T的静力平衡o3o3岩石强度理论莫尔强度理论 库仑强度理论格里菲斯强度理论单向抗压强度岩石强度，一般通过实验室抗压试验得 到的数值，称为单向抗压强度。测试试块：方形 h=(2-2.5)ss=5cm圆柱形h=(2-3)dd=5cm 岩石强度包括抗压强度，抗拉强度，抗剪强度抗压强度抗剪强度抗拉强度长时强度：围岩的强度，是随时间的增加而变小，随 一定时间变化后的强度，称为围岩的长时 强度 岩石的基本破坏类型1、脆性断裂破坏是由拉应力或岩石内部派生出来的拉应力所引 起的破坏。2、剪切破坏当岩石内部某断面的剪应力T达到或者超过其 极限剪切破坏强度时，岩石即沿该断面发生剪切 滑动，使岩石沿该断面发生破坏。3、塑性改组破坏岩石内部结构形态发生某种变化，当受到载 荷超过某种临界值时，岩石出现塑性流动现象，丧失继续承载能力，常发生在某些粘土质岩石中 节理岩体是指完整岩石被节理而分割而形成的岩石块体，即节理岩体是由岩石和节理所组节理面破坏1、非贯通性节理而破坏：破裂而追踪已有的节理而发生破坏2、半贯通性节理而破坏：节理延伸尺寸不大时，类似非贯通性节 理而破坏，节理延伸尺寸较大时，类似贯 I通性节理而破坏。3、贯通性节理而破坏：沿贯通性节理而发生剪切破坏。影响岩体强度因素热膨胀应力影响传体开掘暴露后，层状岩体在温度变化下，会产生）纵向和横向应变，产生热膨胀应力。岩体应力发生 度化，若侧向应力减小轴向应力增大，则强度降低 J-湿膨胀效应影响做应与热膨胀相似，还会引起岩体内部物化学变化，1层状岩体粘结力、内摩擦角、弹性模量、泊松比都会 变化 J岩体中水的影响1、膨胀作用，2、静力水压影响，3、动力水压影响P岩体孔隙影响气体和瓦斯的影响地震应力影响应A5 10 152025瓦斯压力(kg/cm2)矿压是地应力的显现地应力：是存在于地壳中的未受工程扰动的天然 应力，也称岩体初始应力、绝对应力或原岩应 力。广义上也指地球体内的应力。它包括由地热、重 力、地球自转速度变化及其他因素产生的应力。I 地应力主要包括：自重应力构造应力瓦斯压力对地应力的影响很大矿压显现)自重应力D人工检测方法3月15日057711551625198123252536253623452165171612006510X-1268-1018.552-661.1199-59.94302489.81881982.220821268y0520.29292982.711311086.841913.47361584.919880距迎头414.5米3月23日058111551622197723232534253423432161171512006510X-1267-1016.592-658.2273-61.2354487.08149981.16181267y0524.26788981.540021084.9036911.99075584.891040距迎头449.5米3月28日057911551621197323192530253023432163171611986500X-1265-1018.658-660.9771-62.65119485.67688979.300591265y0523.98137984.470061087.1975909.86783583.845740距迎头481米4月4日057911521620196923162525252523352164171511976490X-1262.5-1013.264664.5133-62.73762483.9905978.743561262.5y0522.61123984.639971088.5634909.24801583.680810距迎头519.5米F12日058011521616196423122522252223352160171611956490X-1261-1014.24-661.8747-66.05868481.61598976.237711261y0一 524.88985983.94761087.9206905.86177583.190740距迎头548.5米0582115616181960230825 IS 12月25日-12 月 26 日12月27日 f-1月2日 tk-1月3日 t-1月4日2007-1-18 2007-1-19 2007-1-242007-1-292月1日 2007-2-7 2007-2-14 2007-3-2t-2007-3-152007-3-23 2007-3-282007-4-4 T-2007-4T22007-4-2450010001500顶板离层监测布置 监测数据分析内容 1、位移量变化 2、位移变化速率 3、浅基点离层量 4、深基点离层量 5、浅基点离层速率 6、深基点离层速率 7、锚杆受力变化及变化速率 受采动影响不明显的巷道，总的观测时间 为5个月 巷道变形速度1mm/d,1次/周 巷道变形速度1-3mm/d,2-3次/周 巷道变形速度3mm/d,1次/d 巷道变形速度3-5mm/d,1次/班 巷道变形速度5mm/d,2-3次/班 围岩移近量mm稳定岩层：50-80中等稳定岩层：150-200不稳定岩层：300-350围岩压力t/rM稳定岩层：3-5中等稳定岩层：10-15不稳定岩层：15-30 采煤工作面矿压观测通过监测仪随时观测液压支柱工作阻力 力和液压系统的工作压强1、通过动态观测液压支架工作阻力变化间接 掌握顶板对支架的作用力变化，间接掌握 工作面顶板来压情况。2、通过动态观测支架液压系统的工作压强变 化，掌握支架液压系统是否工作正常，分 析支架的可靠性，液压系统的完好性。液压支架的额定工作阻力的大小是由支架本身的安全阀的调定 值来确定的。调的愈高，额定工作阻力越大.-N1初始工作阻力，N2变化过程中增大的工作阻力,大而增大，N3额定工作阻力，关系：N1N2N3,P则无法测定因P的增P与N关PN1,则P采血矿压观测的要素:1、工作面推进-顶板压力变化2、工作面倾向-顶板压力变化3、回采时间-顶板压力变化（实时监测）其中，工作而推进-顶板压力变化，是分析 工作面初次来压和来压步距的关键要素。工作面倾向-顶板压力变化，是间接分 析工作面初次垮落和工作面支架受力状况 要素数据处理：受支架频繁操作，液压系统不稳定等外 界因素影响，数据会出现偏差，采集的数 据需要进行处理，才能反映出顶板压力情 况1、数据收集筛选2、数据纠错修正3、选定的时间段数据平均4、选定区域数据平均5、数据转换为图形6、数据逻辑比较分析 _工作阻力数据：每8小时平均工作阻力查询时间:2009年11月10日8：00-14：0010 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 支架编号40m16m数据：每8小时平均坚硬顶板来压预报坚硬顶板的采场来压相当迅猛，根据弹 性悬梁理论，顶板来压前夕，悬梁达到最 大长度，所承受的载荷达到极限，由于岩 体应力应变特性所决定，必然会出现应变 强化过程，此时工作面前方支承压力弹性 变形区内顶板下沉会突然加速，当悬梁断 裂后，由于载荷卸除，此区顶板弹性变形 突然恢复，反弹。工作面前方弹性区内进 行矿压和变形观测，可以进行来压预报。40m r-40m大于老顶初次来压步距,1,2,31,2,31,2,3