采场岩层控制的三大主题

顶板定性及岩性分类 井下开采煤层顶板质量取决于顶板岩石成分、结构和沉积构造以及沉积后早期差异压实和后期构造作用等，煤层顶板岩体由于沉积环境的演化，岩性岩相在横向和纵向上变化很大。采矿工程技术人员根据其力学性质和冒落特征通常将顶板划分为 3 类，也就是前文提到的伪顶、直接顶和老顶。其中，伪顶一般是由炭质泥岩或炭质页岩组成，力学强度低，随采垮落;直接顶一般由泥岩和砂质泥岩组成，具有一定的力学强度，通常能保持一定宽度的空顶而不冒落，便于支护;老顶一般由厚层的砂岩组成，能保持一定的空顶距，从而使采场的空间在一定时间内保持稳定。基于上述实践，结合多年的实践研究发现，华北地区煤层顶板组合类型多样，尤其是三角洲煤层。通过研究发现，煤层与其顶板岩层组合类型分为老顶与煤层直接接触、煤层-泥岩-老顶组合、煤层-粉细砂岩-老顶组合、煤层-泥岩-粉细砂岩-老顶组合、煤层-粉细砂岩-泥岩-老顶组合等类型。1)老顶直接位于煤层之上。老顶在华北地区分为砂岩和石灰岩，砂岩主要分布在山西组以上的层位，砂岩厚度较大，具有很高的力学强度，只有受到较强的动力地质作用时，老顶砂岩的稳定性才会受到影响，一般较小作用力对顶板稳定性影响微弱。灰岩主要分在晚石炭开采后上覆岩层形成结构有哪几种主要假说 （1）、压力拱假说 优点：对回采工作面前后的支承压力及回采空间处于减压范围作出了粗略的但是经典的解释。缺点：对此拱的特性岩层变形、移动和破坏现象的发展过程以及支架与围岩的相互作用，并没有做任何分析。（2）、悬臂梁假说 优点：此假说可以解释工作面区煤壁处顶板下沉量小，支架载荷也小，而距离煤壁越远则两者均大的现象，同时也可以解释工作面前方出现的周期来压现象；缺点：未查明开采后上覆岩层活动规律，因此仅凭悬臂梁本身计算所得的顶板下沉量和支架载荷与实际所测差距相差甚远。（3）、铰接岩块假说 优点：正确阐明了工作面上覆岩层的分带情况，并初步涉及岩层内部的力学关系及其可能形成的“结构”；缺点：此假说未能对铰接岩块间的平衡条件做进一步探讨。（4）、预成裂隙假说 优点：此假说从另一侧面解释了破断岩块的相互作用关系；缺点：忽视了上覆岩层未发生裂隙岩层的受力情况。（5）、“砌体梁”假说 优点：给出了破断岩块的咬合方式及平衡条件，同时还讨论了老顶破断时在岩体中引起的扰动，很好地解释了采场矿山压力显现规律，为采场矿山压力的控制及支护设计提供了理论依据。（6）、关键层假说砌体梁理论 随着采场推进,岩层以一定跨度悬露,梁的两端弯变曲沉降,至一定程度后,岩梁在重力作用下,首先端部开裂,然后中部开裂,岩梁断裂形成两块岩块。单一岩层弯拉破坏时垮落步距为其中γ为岩石材料的容重；h为岩层的厚度；[σt]为岩石材料的抗拉强度。破断的岩块,互相挤压形成水平力,岩块间产生摩擦力,形成外形似梁,实质是拱的裂隙体梁结构,称之为“砌体梁”(图2.6)。如岩梁可能先在两侧支座上端开裂,而后在梁的中间底部开裂,随岩块的转动形成强大的水平挤压力,形成裂隙体梁的三铰拱式结构(图2.7)。图2.6 砌体梁示意图(据朱炎光,1994)Fig.2.6 Masonry rock beam(AfterZhuYanguang,1994)图2.7 三铰拱式结构裂隙体梁示意图(据朱炎光,1994)Fig.2.7 Fractured beam of triangle arch structure(AfterZhuYanguang,1994)因此,并不是老顶岩梁刚达到断裂极限跨距,即发生垮落,还决定于结构是否滑落和变形失稳。滑落的条件为：tan(φ+θ),即咬合点处剪切力大于摩擦力,R为咬合点处的重力,T为咬合点处的水平推力,φ为岩块间的摩擦角,θ为节理面与层面的锐夹角。当节理面与层面交角小于45°～52°时,易发生岩块滑落失稳。二为结构变形失稳,即岩块的回转过程中,由于挤压处产生局部应力怎样理解长壁工作面顶板在初次来压前的拱或梁式结构 第一章 矿山岩石和岩体的基本性质1．岩石受载时会产生哪些类型的变形?岩石的塑性和流变性有什么不同？2．什么叫岩石的应力应变全程曲线?为什么说它其实地反映了岩石的破坏采场顶板管理 采场顶板管理系指在回采过程中采取适当的技术措施，消除顶板冒落引起的冲击地压灾害。目前来说，解决这个问题的途径有三个：（1）充填采矿法：将采空区利用低价材料充填，以防止顶板冒落诱发产生冲击地压；（2）冒落采矿法：在回采过程中，采取适当的技术措施，控制顶板，使之随采随冒，利用冒落下来的顶板岩体松胀，将采空区充填起来，防止产生冲击地压；（3）刀柱采煤法：在采空区留有矿柱，支撑住顶板，防止顶板冒落诱发产生冲击地压。上面三种方法各有优缺点和适用范围。充填法实际上是拿混凝土换矿石，造价高，有被淘汰的趋势，刀柱法丢矿太多，也将逐渐被淘汰；目前被重视的方法为冒落法。当矿体距地表较浅时，顶板冒落后可能引起地面塌陷，毁坏地面，破坏耕地和地面建筑物；如果在水体下采煤时还将造成淹矿事故；如果矿体埋深较大或上覆有较厚的第四纪沉积物时，顶板冒落引起的地面破坏和淹矿事故可能不大，冒落法开采就显出它的优势。究竟采用哪种方法管理采场顶板，则由矿体埋藏条件、采矿技术及经济合理性决定。矿体结构有三种基本类型：①层状结构；②层控结构；③脉状结构。这三种类型，根据顶板破坏方式，可归并为两种基本类型，即：①层状矿体；②脉采矿场地压控制的主要措施是什么？ 控制采场地压的主要措施如下。(1)合理确定采场断面形状及采场结构参数：利用采场矿柱 控制回采矿房的跨度、形状支撑上覆岩层的压力，利用围岩与矿 柱的自支撑能力维护采场冲击地压监测系统 在煤矿开采过程中，由于煤岩体弹性变性能的瞬间释放而产生的突然剧烈破坏的动力现象称为“冲击地压”或“冲击矿压”。冲击地压的发生往往会造成惨重的人员伤亡和巨大的经济疏干排水 疏干排水是目前国内外应用最广泛的一种防治地下水危害的有效方法。从广义上讲，为了采矿安全，降低成本，对威胁采矿的各种充水水源采取的疏排、控制与隔离等工程措施统称钱鸣高的主要成就 钱鸣高院士是我国矿山压力及其控制学科的主要奠基者和开拓者之一。5 0多年来在采矿工程学科建设及矿山压力理论和实践中作出了系统，全面而具有创造性的成果和重要贡献。提出的采场上覆岩层的“砌体梁平衡假说”以及老顶破断规律及其在破断时在岩体中引起的扰动理论在国内外产生很大影响；创立的“砌体梁”力学模型被收录于《中国大百科全书.矿冶卷》有关条目，且作为基本理论编入教科书，为高等矿业院校广泛采用。他创立了以采场上覆岩层活动规律和支架-围岩系统为核心的工程理论体系，建立了“矿山压力预测,控制和监测”的实用工程技术，为煤炭安全生产和高产高效开采作出了贡献。近期又提出了岩层控制的关键层理论和符合科学发展观的“绿色开采技术”体系。上述成果获一项国家自然科学奖和两项国家科技进步奖，16项省部级奖。六十多年来，钱鸣高院士在采矿工程学科建设、矿山压力理论及其工程实践中做出了系统、全面且具有创造性的贡献。这些成果的推广和应用产生了巨大的经济效益和社会效益，得到了国内外采矿工程领域专家学者的高度评价。长期以来，人们一直认为“采矿”是工艺，谈不上科学。钱鸣高院士的工作事实上是把开采技术提升到一定的科学水平。他重点研究岩层破断什么是冒顶事故？ 矿井采掘时，通风道坍塌所产生的事故，大多数斜井都有垂直的通风道