文档介绍：煤矿技术人员培训讲稿
第一部分:矿山压力及其控制
矿山压力及其控制的基本概念
矿山压力:由于在地下煤岩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,简称矿压、地压等。
矿山压力显现:由于矿山压力的作用,使围岩、煤体和各种人工支撑物产生的种种力学现象。(如顶板下沉、底板臌起、冒顶、断面缩小等)
矿山压力控制:人为的调节、改变和利用矿山压力作用的各种措施。(如支护、充填等,目的是保证生产安全和取得良好的经济效益)
矿压及其控制研究的历史:
对矿压力早期认识阶段:15至19世纪早期,观测到了地下采掘活动对地表造成的破坏,提出了最初的保护煤柱确定方法。
建立早期假说的阶段:19世纪后期至20世纪,利用某些比较简单的力学原理解释实践中出现的一此矿压现象,并提出了一此初步的矿压假说。代表性的是认为巷道上方能形成自然平衡拱的“压力控假说”及有关的分析计算。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,开展了地面及巷道中的岩石移动观测。
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,开始把巷道周围的的整个岩体当作连续的、各相同性的弹性体来进行研究和建立假说,即用弹性理论来研究矿山岩石力学问题,并推出了计算原岩力学的有关公式。以后又考虑了岩石的非均质性及各相异性,同时在实验手段上较广泛的利用了相似材料时行的相似模型研究方法及光敏材料进行的光弹性模拟方法,在工程实践中开始采用U型钢拱形可缩支架、磨擦式金属支柱、锚杆支架等支护技术。
近代发展阶段:指20世纪60年代至今,在理论研究上进一步考虑岩石的真实特性,最重要的是把岩体看作是受到各种性质的弱面切割的多裂隙介质,相应的提出了岩石断裂力学、块体稳定理论等,另一方面把岩体变形看成是与时间有关的岩石流变特性的研究,提出了岩石流变学,在研究方法上应用计算机技术发展了新的数值分析方法,如有限元法、边界元法、离散元法等。在应用方面,采用煤柱护巷和无煤柱护巷的各类巷道中的矿压显现规律研究,进一步改善了巷道支护技术。
矿山岩石和岩体的基本性质
矿山岩石的基本概念
岩石:具有一定构造和形态的矿物结合体。
在自然状态下,按其固体矿物颗粒之间的结合特征,可以分为固结性岩石、粘结性岩石、散粒状岩石、流动性岩石等。
按照岩石的力学强度和坚实性,常把矿山岩石分为坚硬岩石和松软岩石。一般将饱水状态下单向抗压强度大于5Mp的岩石叫做坚硬岩石,反之称为松软岩石。
按照岩石的构成特征,可以区分出岩石的结构和岩石的构造两个概念。
岩石的物理性质
岩石的(真)密度:指单位体积的岩石(不包括空隙)的质量,取决于组成岩石的矿物密度,且与岩石的空隙和吸水多少无关。*103kg/m3左右。
岩石的视密度:指单位体积的岩石(包括空隙)的质量。除了与组成岩石的矿物密度有关外,还与岩石的空隙和吸水多少有关。根据含水状态的不同可分为天然视密度、干视密度和饱和视密度。
岩石的孔隙性:是指岩石中孔洞各裂隙的发育程度,常用孔隙度表示。即各种孔洞、裂隙体积的总和与岩石总体积之比,也称孔隙率。岩石的孔隙性对岩石的其它性质也有显著影响,一般来说,孔隙率增大可使岩石的视密度和强度降低,同时使塑性变形和透水性增大。
岩石的碎胀性和压实性:碎胀性指岩石在破碎后的体积增大的性质,一般用碎胀系数来表示。岩石在破碎后,在其自重和外加载荷的作用下会逐渐压实的性质为压实性。
岩石的吸水性:指遇水不崩解的岩石在一定的试验条件下吸入水份的能力。通常以岩石的自然吸水率和强制吸水率表示。工程上往往用吸水率的大小来评价岩石的抗冻性能,%时,一般认为岩石是耐冻的。
岩石的透水性:即岩石能被水透过的性质,一般用渗透系数来表示。
岩石的软化性:浸水后强度明显降低的性质。
岩石的膨胀性和崩解性:前者指软岩浸水后体积增大和相应的引起压力增大的性能;后者指软岩浸水后发生解体的现象。
岩石的力学性质
岩石的弹性和塑性
弹性:指卸载后能变形能全部恢复的变形性质;
塑性:指卸载后变形全部不能恢复的变形性质。
岩石的弹性指卸载后岩石变形能完全恢复的性质,随岩石的性质不同,可能出现线弹性、非线性弹性和滞弹性三种不同的弹性特征。(见图1)
由于岩石是一个复杂的组合体,它的弹性变形和塑性变形往往是同时出现的,即岩石是一个弹塑性体。一般用弹性模量和变形模量表示岩石的变形性质,是评价岩石的受载条件下变形的一个重要参数。一般岩石的变形曲线如图2所示。
岩石在单向压缩下的变形性质
在单向压缩下,岩石的变形表现为横向变形