矿山压力基本知识和研究方法

本文是作者为“冶金地下矿山地压现测技术讲座”编写的讲义,分为五讲,即:研究矿山压力的意义和目的,矿山岩体的力学本性,矿山岩体内部的力,矿山压力观测方法,矿山生产中提出的几个矿山压力问题及研究方法。共约七万字。本刊从本期起将连续刊登,供战斗在生产第一线的管理干部和技术干部,特别是与地压灾害作斗争的主力军——工人同志参考。     

矿山压力基本知识和研究方法(二) 第二讲 矿山岩体的力学本性

岩体是什么?它有哪些特征?岩体的力学性质与矿山压力有什么关系?这是本部分所要讨论的问题。一、基本术语为了便于理解和研究矿山压力问题,首先对岩体力学方面所常用的术语作简要说明。下面列举的仅是一般通用的名词术语。     

从现有测量结果探讨原始应力与开采深度的关系

实践表明,开采深度每增加一个步距,都在不同程度上增加矿山压力的显现强度以及巷道维护的困难。同一的矿山压力显现形式,可以出现在不同的深度和不同的地区,这除了与岩体力学性质及地质构造特点有关外,往往和岩体初始应力状态有很大关系。到目前为止,实际测量仍是获得岩体原始应力资料的唯一手段。因此,各国都很注     

地下水侵入采空区的覆岩活动物理模拟试验

为探究地下水侵入采空区后的覆岩移动及覆岩残余变形对地表的影响规律,以金家庄煤矿为例,利用相似材料物理模拟试验方法,对煤层开挖至地表稳沉、稳沉后地下水侵入采空区的覆岩移动过程进行长期观测分析。结果表明:地下水侵入对残留煤柱的浸泡、溶蚀作用破坏覆岩原有的应力平衡状态,采空区出现岩体孔隙、裂隙和空洞的再压密,并伴随岩块的转动和蠕变等"活化"现象,地表再次下沉;由下而上,从垮落带、裂隙带到弯沉带的岩层活动强度逐渐减弱;采空区中央的地表下沉比其他区域的地表下沉明显,地表下沉呈对称分布,下沉范围随时间的延长而逐渐扩大。     

深部采区节理发育的围岩移动特点

采空区围岩的移动特点,与其应力状态及岩体的结构性态有关,而最大主应力轴与主要结构面的关系,则是决定岩体移动特点的关键。可见以均质岩体的移动角、崩落角来描述岩体移动的普遍规律是不全面的。本文根据云锡松矿1-4采区的现场观测资料和室内模拟实验结果,对缓倾斜中厚矿体深部采区节理发育的围岩的一些移动特点进行探讨.     

矿山压力基本知识和研究方法——(三)第三讲 矿山岩体内部的力

矿山工程处于地下几十米,几百米甚至上千米深的岩体中。岩体与其他建筑物结构物不同的基本特点之一,就是岩体在自重及其他因素影响下处于一定的应力状态。在没有开挖地下工程之前,岩体内存在的应力称为原岩应力场(也称岩体一次应力场),岩体中开挖井巷工程以后形成新的应力场,称为岩体次生应力场(也称岩体二次应力场)。应力场就是应力在空间各点的分布(包括各应力分量的大小和方向)。原岩应力场是客观存在于岩体之中的自然力场,它是在地壳形成的亿万年过程中生成的。对于人类采矿活动所涉及的地     

矿山压力基本知识和研究方法(续完) 第五讲 矿山生产中提出的几个矿山压力问题

我国冶金矿山矿床类型复杂,矿床开采方法多种多样。因此矿山压力表现形式,造成的危害及与其作斗争的方法也不相同。下面简要介绍一些研究地压的方法和防治措施。一、大面积地压活动及老采空区处理问题不少矿山经长期或大规模开采以后,形成大量的地下采空区未作处理;近年来一些采用留矿法开采急倾斜薄及中厚矿脉的矿山,一般都不留矿房间柱,并部分回收顶底柱。这样就进一步形成了走向长几百米、延     

基于应力与位移分析的地表沉陷区圈定

地表沉陷区是判定地表建(构)筑物稳定性的重要依据，一般认为沉陷区内地表的下沉值较大，不利于建(构)筑物稳定。充分采动时通常在垂直和平行矿体走向的主断面上，从采空区边界按照查手册确定的地表移动角向地表绘出矿体两侧的地表临界变形点，再连接这些临界变形点形成地表移动区。不充分采动或充填法采矿时还没有地表移动区的圈定方法，只能沿用充分采动的圈定方法，导致圈定的范围过大或评价结论不可靠。基于房柱式留矿法对地表滑坡影响的理论分析和数值模拟，得出不充分采动时绘制地表移动区的启示，并结合充填采矿的地压规律研究，探讨了充填采矿的地表移动区绘制方法。结果表明：充填采矿时应根据主断面开采的应力与位移分析确定地表沉陷区绘制的参考面及地表移动角；附近几乎受拉或地压与原岩应力区别很大的位移等值线与水平面所成的角应为地表移动角，否则，根据附近不受拉或处于原岩应力状态的位移等值线确定的移动角偏小，圈定的地表沉陷区过大；主断面内位移变化明显的平面应为参考面，如矿柱稠密或充填法采矿时最顶部采场的顶板。     

厚松散层高强度开采岩层与地表移动模拟

为研究厚松散层高强度开采引起的岩层与地表移动,对霍宝干河矿某工作面的覆岩破坏及地表沉降进行三维数值模拟,得到该高强度开采工作面在不同推进距离时采空区上覆岩层的塑性区和垂直位移分布云图。对覆岩破坏特征及地表沉降进行了综合分析。用概率积分法和现场实测值验证数值模拟的有效性。结果表明:3种方法得到的地表沉降值接近;覆岩破坏发育过程可划分为4个阶段:起始阶段、缓增阶段、突增阶段和终止阶段;覆岩破坏边界呈正八字形,厚松散层移动边界呈倒八字形,最终呈现出"类沙漏"形岩体与地表移动边界。     

矿山压力的研究、分析、认识及其在我矿巷道掘进中的运用,促进了煤矿安全生产

通过对掘进巷道不同围岩性质,遭到破坏时显现的不同压力研究分析认识,并应用于巷道设计及掘进过程中,即根据不同的压力情况,合理选择巷道断面形状、巷道尺寸、巷道位置＼巷道支护形式及其相关材料,达到有效预防巷道失稳,有效地减轻矿压的危害,使巷道保护、巷道支护、巷道维修费用降低到最低程度,又确保安全生产的目的。对矿山压力的研究、分析、认识及其在巷道掘进中的应用如下：一、矿山压力的研究、分析、识识。在实践生产工作中,我们通过研究、分析、认识到围岩压力是由于原岩应力平衡,在采掘过程中,遭破坏,在建立新的平衡时…     

用地球物理方法预测岩爆

为了预测岩爆,确保回采工作的安全,全苏矿山测量科学研究所研制了探测岩体区段应力状态和冲击地压危险程度的电测法和地震法,并在戈尔诺苏里矿进行了试验和应用。电测法它以研究巷道周围地电场分布特点为基础。比较地电场构成和地应力测量资料表明,在临近巷道的岩体,具有三种特征的地     

缓倾斜矿体崩落法开采地表移动规律研究

为研究缓倾斜矿体崩落法开采地表移动规律,在程潮铁矿西区埋设监测点进行监测,并得到地表移动变形实测数据。本文通过FLAC三维数值模拟计算,对矿区水平开采引起的地表塌陷与错动机理进行系统研究,并对不同开采阶段的岩层移动特征进行分析。通过模拟计算后可得不同开采阶段典型部位岩体的移动角范围,其结果为预测不同开采阶段地表移动规律提供参考。     

基于UDEC的采场矿山压力显现数值模拟研究

运用UDEC数值模拟软件,以山西某矿F2105综采工作面为工程背景,根据该工作面岩石物理力学实验,确定数值模拟所需参数,对该工作面的矿山压力显现和覆岩运移规律进行研究。分析矿山覆岩运移和矿山压力显现过程得出:F2105综采工作面初次来压步距为25 m,周期来压步距平均为18 m,采场覆岩失稳形式主要为滑落失稳,岩层破断后呈台阶岩梁结构。     

薄煤层超高水充填开采与地表沉陷研究

充填开采是建筑物下压煤的开采方法之一。为研究超高水充填开采对建筑物的采动影响程度,评价超高水充填效果,以吕沟煤矿超高水充填工作面为例,建立地表移动观测站对地表沉陷进行观测。采用概率积分法预计地表移动和变形值等,分析超高水充填开采对建筑物的影响。研究表明:超高水充填后地表下沉值较小,工作面推进270 m时,地表最大下沉值为43 mm;地表村庄建筑物损害级别在Ⅰ级以内。超高水充填开采能大幅减小地表移动和变形值,降低建筑物损害等级,保障地表建筑物的安全使用。     

双向光应变计在各向异性岩体中的应力量测原理和方法

前言地下金属矿山的岩体应力量测,在于了解原岩应力状态、开采空间周围的应力分布及应力变化,从而选择经济合理的地下结构基本参数,选择合理的开采方法和空场处理方案,以期安全地、高效率地、尽可能多地回收国家地下资源,更好地为祖国的社会主义建设事业服务。在矿山岩体应力量测中,双向光弹应变计的使用,具有轻便、经济、简易等特点,是大规模量测行之有效的手段之一。随着光弹材料性能的提高,激光光源、光电转换的     

采动区建筑物移动变形规律实测研究

为了研究开采影响下的建筑物移动变形规律、指导矿井安全生产,兴隆庄煤矿专门在4326综放工作面上方设立建筑物移动观测站。通过对观测资料的分析研究,获得该区条件下建筑物的移动变形规律,给出建筑物移动变形与地表移动变形之间的单因素系列关系式,并总结了不同长高比条件下建筑物变形与地表变形之间的综合关系式,获得的一些有益成果为矿区建筑物下安全采煤及采动区建筑物保护设计提供了科学依据。     

矿山开采沉陷可视化系统设计开发及岩移参数求取

依据矿山开采沉陷相关理论,以概率积分法数学模型为基础、运用基于实测数据求参原理与方法,结合相关软件设计开发了矿山开采沉陷可视化系统。为研究矿区地表移动变形分布及岩移参数求取提供了技术支持。结合系统应用实例,利用地表观测数据拟合求参,对该矿其他工作面及类似地质条件矿区开采沉陷预计提供借鉴作用。     

开采引起的覆岩冒落及地表沉陷的机理与防护

本文根据覆岩的实际受力情况，对开采引起的覆岩冒落和地表沉陷机理进行了研究。即首先是岩层离层与弯曲，接着岩体移动，从而导至上覆岩层冒落，出现地表沉陷，并给出了相应的预防和维护措施。     

岩层移动角选取的神经网络方法研究

岩层移动角是进行各类保护煤柱设计时的关键性参数 ,涉及地表建 (构 )筑物的安全。在综合分析影响岩层移动角因素的基础上 ,采用人工神经网络方法建立岩层移动角选取的模型。该模型采用改进的BP算法 ,运用我国典型的地表移动观测站资料作为学习训练样本和测试样本 ,对模型的计算结果与实测值进行了对比分析。分析结果表明 :用人工神经网络方法求算岩层移动角考虑的因素更为全面 ,结果更接近于实际。笔者为岩层移动角的理论计算探索出了一种新的方法。     

超声机械效应致裂煤岩增渗规律研究

超声机械效应致裂煤岩过程中裂纹的萌生、扩展过程及增渗规律仅凭借物理实验无法得到,煤岩破裂能量变化、煤岩应力-应变关系及储层渗透特性变化缺乏深入的研究。结合CT观测及渗透率的气测实验对煤岩破裂声发射、有效声压及声波对煤岩体裂纹扩展规律进行了深入探讨;开展了超声机械效应致裂煤岩的数值试验研究。结果表明:煤岩破裂过程应力变化率和煤岩声发射现象具有一致性;有效声压的增大有利于裂纹扩展和贯穿,使煤岩体内部原本互不相通的裂纹裂隙形成了相互贯通的网络,从而提高了煤岩的渗透率。