矿山压力:由于矿山开采活动的影响,在周围岩体中形成的,及作用于支护物上的力,简称“矿压”。 矿山压力显现:指在矿山压力作用下引起的一系列力学现象。简称“矿压显现”或“地压现象”等。 矿山压力控制:指人为地减轻、调节、改变和利用矿山压力作用的各种方法。
巷道围岩控制理论与实践的发展：1、巷道布置改革及无煤柱护巷技术。2、研究巷道支架与围岩关系采用先进支护技术。3、软岩巷道围岩控制理论与实践的发展。4、巷道围岩控制设计决策及支护质量与顶板动态监测。
原岩应力:指天然存在原岩体内而与任何人为因素无关的应力。即在矿山尚未进行采掘工程以前,岩体内存在着应力。
原岩应力场：天然存在于原岩内而与人为因素无关的应力场称为原岩应力场
原岩应力组成：1、自重应力:指由地质构造作用产生的应力和地壳中存在的一种促进地质构造运动发生和发展的内在应力。
2、构造应力:指地壳上部各种岩体由于受到地心引力的作用而产生的应力。 构造应力场—构造应力形成：1、板块挤压—板块移动，挤压边界引起（横向）。2、地幔热对流—地幔上下封闭对流形成。3、岩浆侵入—岩浆侵入挤压、冷凝收缩（局部）
构造应力的特点：构造应力以水平力为主，具有明显的区域性和方向性，其基本特点如下：①分布不均，在构造区域附近最大；②水平应力为主，浅部尤为明显；③具有明显的方向性；④坚硬岩层中明显，软岩中不明显；
原岩应力的分布规律：1、实测铅直应力基本等于上覆岩层重量2、水平应力普遍大于铅直应力3、平均水平应力与铅直应力比值随深度增加而减小4、最大主应力与最小主应力一般相差较大。 弹性变形能与开采深度的平方成正比
应力集中：受力体内，孔周围局部区域应力高于其他区域应力的现象。
应力集中特点：1、集中应力大小与所受应力有关。2、与孔的曲率有关，曲率大，集中程度大。3、集中是局部的。4、影响范围与孔径有关。
支承压力（固定、移动、残余）：在岩体内开掘巷道后，巷道围岩必然出现应力重新分布，一般将巷道两侧改变后的切向应力增高部分称为支承压力。
双向等压应力场内的圆孔：1、无压圆孔①圆孔周边全处于压缩应力状态。②孔周边的最大应力集中系数为2,且与孔径的大小无关,其它各处均与孔径大小有关。③若以应力变化5%为界,其影响圈(围岩)半径为Ri＝根号下20a④圆孔周围任意点的切向应力与径向应力之和为2倍的原岩应力，即σr+σθ＝2γH 2、有压圆孔 在地下巷道内壁施加的径向力所产生附加应力有利于减小巷道围岩应力集中。当这个切向应力很大时,常导致围岩产生放射状裂隙。 有关采场上覆岩层活动规律的假说：1、压力拱假说 该假说解释了增压区、减压区的存在,以及其范围;说明了减小采场支架受载,应尽可能缩小两拱脚之间距离，而对于此拱的特性、岩层变形、移动和破坏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 该学说解释了采场周期来压现象;解释了超前支承压力大的原因;也解释了工作面煤壁处顶板下沉量比采空区侧小、压力小的原因;正确估算周期来压步距。它的不足之处在于一是对上覆岩层共同作用考虑不足;二是对老顶在工作面前方断裂无法解释。3、预成裂隙假说 该假说突出贡献是采用非连续介质理论,说明了岩层的稳定、下沉、离层和垮落等现象。同时提出了提高支架阻力的必要性。假说不足之处有三:是对于坚硬或松软岩层不可能形成预应力梁;二是对采场周期来压现象未做解释;三是支架力多大合理未做说明。4、铰接岩块假说 该学说对上覆岩层进行了细致准确地分带,并提出了裂隙带内形成三铰拱式结构。学说的不足在于对结构未做平衡条件的分析,未对采场来压进行解释,对采空区上覆岩层运动过程及产生的原因考虑不足。五、我国学者在岩体结构力学模型上的发展1、砌体梁理论 分析了导致结构失稳的条件,提出了减小顶板压力的措施。2、传递岩梁理论 主要贡献是利用矿压实测数值指导生产;存在不足，缺少力学基础的支持。3、弹性地基梁理论 解释顶板反弹的原因,同时为来压预报的可行性提供了理论依据。4、关键层理论 主要贡献:解释了采场顶底板岩层破坏规律,为煤层气开采和防止瓦斯突出和突水的措施提供了理论依据。5、拱梁结构理论 利用计算机根据输入的柱状图自动识别结构层的结构形式和预计其运动规律，从而作出科学的控制措施。 围岩三区：塑性区、弹性区、原始应力区。
围岩分区：极限平衡区D、弹性区E、原始应力区F。 应力分区：减压区、增压区、稳压区。
老顶：通常把位于直接顶之上(有时直接位于煤层之上)对采场矿山压力直接造成影响的厚而坚硬的岩层称为老顶 直接顶：一般把直接位于煤层上方的一层或几层性质相近的岩层称为直接顶。
直接顶初次垮落：煤层开采后，将首先引起直接顶的垮落,回采工作面从开切眼开始向前推进，直接顶悬露面积增大,当达到其极限垮距时开始垮落。直接顶的第一次大面积垮落称为直接顶初次垮落。 直接顶初次垮落的标志是：直接顶垮落高度超过1~1.5m，范围超过全工作面长度的一半。
直接顶初次垮落距:在直接顶初次垮落中,当顶板垮落高度超过1~1.5m,垮落范围大于采面长度的一半时,从开切眼
煤壁到工作面放顶线的距离。
直接顶的初次垮落:指从开切眼开始,工作面推进一定距离后,在采空区上方顶板第一次大范围垮落。
离层原一般是指直接顶与老顶间的离层，就是说随着工作面的推进，直接顶发生变形，老顶也发生变形，在直接顶跨落之前，直接顶和老顶都存在一个最大挠度，如果直接顶最大挠度不大于老顶的最大挠度就不离层，反之， 就发生离层
衡量矿山压力显现程度的指标：一、顶板下沉 一般指煤壁到采空区边缘裸露的顶板相对移近量二、顶板下沉速度 单位时间顶板下沉量三、支柱变形与折损 观察喷液、下缩、压裂、折断等；四、顶板破碎情况 单位面积中顶板冒落面积所占百分比五、局部冒顶 小范围顶板垮落六、工作面顶板沿煤壁切落（或称大面积冒顶）
充分采动与非充分采动：当采空区尺寸（长度和宽度）相当大时，地表最大下沉值达到该地质条件下应有的最大值，此时的采动称为充分采动。未达到充分采动的称为非充分采动。 极限平衡区:巷道周围处于极限平衡状态的岩体范围。
岩层移动角:地表下沉边界和采空区边界的连线与水平线在煤柱一侧的夹角称为岩层移动角
老顶的初次来压:从开切眼开始,由于老顶第一次垮落(失稳)导致采场顶板压力异常增大的现象。 老顶的初次来压步距 Lf :老顶初次来压时,从开切眼开始工作面推进的距离。
周期来压:在回采工作面出现的具有周期性顶板压力增大的现象叫做工作面周期来压。
周期来压步距 Lp :从上一次顶板来压到下一次顶板来压的这段时间内,回采工作面推进的距离。
初次来压特点：①顶板下沉量增大，支柱载荷突然增大；②煤壁内支承压力增大，变形与偏帮严重；③直接顶破碎，有局部冒顶现象；④来压比较突然，易造成重大事故；
来压条件：①有老顶存在；②直接顶垮落后不能充填满采空区
老顶失稳：1)滑落失稳:由于岩块间摩擦力不足,相对位置错动造成结构的失稳。2)变形失稳：由于岩块咬合部分破坏产生的形状改变或塑性变形,造成砌体梁结构失稳。
顶板压力的估算：一、估算法1.经验估算法2.从老顶形成结构的平衡关系估算3.威尔逊估算法 二、实测法 实测法是从工作面支架上测定其所承受的实际载荷。
影响采场矿山压力显现的主要因素：一、采高与控顶距 二、工作面推进速度的影响 三、开采深度的影响 四、煤层倾角的影响 五、采煤方法——分层开采
支柱上各种工作阻力及支撑力 P0’:初撑力—支柱刚架设时对顶板产生的一个主动力；P0:始动阻力—顶板压力下，支柱开始下缩时的阻力；P1:初工作阻力—阻力由急剧增长到缓慢增长的转折点处阻力；P2:额定工作阻力—支柱所能承受的最大载荷
支柱的工作特性：急增阻式，微增阻式，恒阻式
在直接顶上方存在厚度不等、强度不同的多层岩层。实践表明,其中一层至数层厚硬岩层在采场上覆岩层活动中起主要的控制作用。将对采场上覆岩层局部表的全部岩层活动起控制作用的岩层称为关键层。前者称为亚关键层后者称为主关键层。
关键层：对采场上覆岩层局部或直至地表的全部岩层起控制作用的岩层。
关键层特征:①几何特征：相对其他同类岩层单层厚度较厚；②岩性特征：相对其他岩层较坚硬。③变形特征:下沉变形时，其上覆全部或局部岩层的下沉量同步协调；④破段特征:关键层破段将引起较大范围内的岩层移动；⑤承载特征：关键层破段前以板或梁的结构形式为承载主体，破断后可能成为砌体梁结构，继续为承载主体。 “三带”，即垮落带、裂缝带和弯曲带
巷道地压控制的基本原理:根据巷道矿压显现规律和支架与围岩关系,选择合理巷道布置以及保护和支护措施,从而降低围岩应力、增加围岩强度、改善围岩受力条件和赋存环境等,有效地控制围岩的变形和破坏。原则:掌握巷道矿压显现规律,以岩石力学理论为指导尽可能减轻矿压显现对巷道的危害,从而达到安全生产和取得较好技术经济效果。从先后顺序看,其方法有巷道布置、巷道卸压保护、巷道支护和巷道维修四种。
围岩压力:地下洞室围岩在重分布应力作用下产生过量的塑性变形或松动破坏,进而引起施加于支护物上的压力。教材:围岩变形受&而作用在支护结构物上的挤压力或塌落岩石的重力。其形式有:变形地压、散体地压、膨胀地压及有些矿井发生的冲击和撞击地压。
矿压控制方法及途径:①巷道保护——为了使围岩强度与应力分布保持相适应的关系，预防巷道失稳减轻矿压危害，采取各种技术措施：（正确选择断面形状，预留变形空间，煤柱护巷，巷道在减压区）②巷道支护——架设支架防止围岩过度变形与移动。③巷道维修——对已经使用的巷道，为了改善已恶化的维护状况而采取的一系列措施;(补柱、补棚、扩帮、扩底)
矿压控制原理：①抗压：提高支撑能力，加强支护，架后充填；②让压:保障巷道安全，一定的支撑，一定的可缩量。③躲压：低压区④移压：通过人为方法使巷道围岩松动
常用措施：①将巷道布置在岩性好的岩层内②将巷道布置在应力降低区③对巷道进行卸压保护
沿采空区边缘掘进巷道称之为沿空掘巷或沿空送巷。形式有:保留老巷部分断面掘巷和完全沿空掘巷 优点：a：巷道在低压区受压不利于维护；b：不会产生冲击地压，减轻瓦斯的危害，掘进安全。c：减轻资源浪费，减少维护费用，时间。适用条件：a顶板易冒落，容易胶结；b采空区无积水，倾角不大；c采空区有积水，倾角不大，留墙掘；d通风差、高瓦斯矿井。
采取措施保留上区段运输巷留为下区段回风巷称沿空留巷。优点：a降低掘进率；b消除沿空掘巷滞后掘进的缺点，有利于上下山工作面连续开采。适用条件;2-3m以下，顶板容易冒落或中等冒落底板不发生严重底鼓。 锚杆支护理论：1.悬吊理论2.减跨理论3.组合梁理论4.挤压加固（压缩拱）理论5.围岩强度强化理论 锚固力：为锚杆对围岩的约束力。 软岩：分为地质软岩和工程软岩。 支护类型（方式）：1、锚网支护2、锚杆（索）悬架支护3、锚网索或长锚索悬架支护
煤矿动压现象：煤矿开采过程中，在高应力状态下积聚有大量弹性能的煤或岩体，在一定的条件下突然发生破坏、冒落或抛出，使能量突然释放，呈现声响、震动以及气浪等明显动力效应。形式：冲击矿压、顶板大面积来压和煤及瓦斯突出。
冲击地压现象的成因和机理（1）强度理论（2）能量理论（3）冲击倾向理论
冲击地压现象是一种以急剧猛烈破坏为特征的矿山动力现象。主要现形式有声响、震动和冲击波,有时伴有大量煤岩破坏和瓦斯突出。特点：1.突发性(没有宏观前兆）2.瞬时震动性(急剧短暂巨响和震动)3.巨大破坏性(煤岩抛出、底鼓、支架设备损坏、人员伤亡);4.发生条件复杂(煤岩层倾角、巷道布置、围岩性质、地质构造埋藏深度200米以下、除褐煤外煤种)。
影响冲击地压的因素：1、矿山地质因素（1）埋藏深度（2）煤岩力学特征（3）顶板岩层的结构特点（4）地质构造（5）煤层厚度 2、开采技术条件
顶板大面积来压：顶板大面积来压主要是由于坚硬顶板被采空的面积超过一定的极限值，引起大面积冒落而成的剧烈动压现象
浅埋煤层：通常将具有浅埋深，基岩薄，上覆厚松散层赋存特征的煤层称为浅埋煤层。
放顶煤开采：放顶煤采煤法是在开采厚煤层时，沿煤层的底板或煤层某一厚度范围内的底部布置一个采高为2～3m的采煤工作面，用综合机械化方式进行回采，利用矿山压力的作用或辅以松动爆破等方法，使顶煤破碎成散体后，由支架后方或上方的“放煤窗口”放出，并由刮板运输机运出工作面。
顶板破碎度：端面距范围内冒落高度超过10cm的顶板面积与其总面积之比。 简述岩层移动引起的采动损害与煤矿绿色开采技术体系。
采动损害：(1) 形成矿山压力显现， 引起采场和巷道的下沉、垮落、来压，甚至冲击矿压。
(2) 形成采动裂隙，会引起周围岩体中的水与瓦斯的运移，导致井下瓦斯及突水事故。 (3) 引起地表沉陷，导致农田、建筑设施的毁坏，造成沉陷盆地等。 液压支架的分类：支撑、掩护、支撑掩护
煤矿绿色开采及绿色开采技术：从广义资源的角度上来认识和对待煤、瓦斯、水、土地等一切可以利用的各种资源。基本出发点：从开采的角度防止或尽可能减轻开采煤炭对环境和其他资源的不良影响；目标：取得最佳的经济效益、环境效益和社会效益。绿色开采体系以关键层理论为指导，通过对岩层控制解决煤矿开采带来的损害。 主要内容有： ① 水资源保护—形成“保水开采”技术； ② 土地与建筑物保护—形成离层注浆充填与条带开采技术； ③ 瓦斯抽放一形成“煤与瓦斯共采”技术； ④ 煤层巷道支护技术与减少矸石排放技术； ⑤ 地下气化技术。 简述采区巷道支护的主要形式：
基本支护：一般包括木支护和金属支护；加强支护：主要为了抵抗采动影响所造成的矿山压力；巷旁支护：在沿空巷道靠采空区一侧专门设置的人工建筑物；巷道围岩加固：包括锚杆加固和化学加固 支撑压力与矿山压力的区别？
答：支承压力是矿山压力的一 个重要组成部分，支承压力的存在对于围岩变形和破坏，对于巷道维护，工作面 落煤，开采过程中的冲击地压，煤与瓦斯突然喷出等都有直接的影响。所以，支承压力是研究矿山压力及其控制的一个重要组成部分和主要对象。但它不是矿山 压力的全部内容，矿山压力除支承压力以外，还包括巷道及回采工作面周围岩体 对支架产生的力，围岩中的水平应力等等。 简述开采后引起的上覆盖层的破坏方式及其分区
分为三带，垮落带、裂隙带、弯曲带。垮落带；破断后的岩块呈不规则垮落，排列极不整齐，松散系数比较大一般可达1.3-1.5，重新压实后可降到1.03左右，此区域与所开采煤层相邻，很多情况下是由于直接顶岩层冒落后形成的 裂隙带：岩层破碎后岩块排列整齐，碎胀系数较小，垮落带与裂隙带合称“两带”又称为“倒水裂缝带” 弯
曲带：裂隙带顶至地表的所所岩层称为弯曲带，其特点是岩层在移动过程中具有连续和整体性，在垂直剖面上下各部分下沉差值很小，若有厚硬的关键层，则可能出能在弯曲带内出现离层区。 智能化开采：2024年年初，国家煤监局发布《煤矿机器人重点研发目录》，明确将大力推动煤矿现场作业的少人化和无人化。相关规划明确，到2024年，我国将建成100个初级智能化示范煤矿，2025年全部大型煤矿基本实现智能化。煤炭智能开采正是采用先进的技术与装备，实现生产过程的少人化和无人化，从而达到生产过程的低消耗、低排放和低扰动，有力推动我国能源供给革命。
更为重要的是，我国煤炭企业处于从劳动密集型向人才、技术密集型转变的阶段，企业用工人数较多，机械化、自动化、信息化水平低。煤炭智能开采能够极大提高劳动生产率，减少井下现场作业人员。以智能化综采工作面为例，可减少一半以上作业人数，对实现煤矿安全高效生产具有重大意义。
从未来发展趋势看，煤炭行业将从5个方面提升智能化水平，在横向覆盖范围方面，从单个工作面，向单个煤矿，再向煤炭企业集团，甚至整个矿区延伸；在产业链延伸方面，从煤炭生产数字化，向煤矿生产经营数字化，再向煤化工、煤电、物流等整个产业链数字化延伸；在应用系统集成程度方面，从专业系统集成，向部分业务局部集成，再向相关系统全面集成应用拓展；在操作手段方面，从人工近距离操作，向无人远程遥控，再向系统自适应调控延伸；在发展层次方面，从技术应用向更高层次的商业模式创新提升。
值得注意的是，我国煤矿智能化处于起步阶段，还面临着专业软件缺乏、人才匮乏、标准体系和创新机制有待完善等一系列问题。
当前应坚持开放合作创新精神，不断推进产学研用深度融合，共同解决煤矿智能化面临的重大科学问题与技术难题，从而带动煤炭生产及相关领域技术水平整体进步。同时，要加强煤炭智能基础理论研究，促进煤矿智能技术融合应用；聚焦“卡脖子”技术难题，建立煤矿智能化技术体系；发挥政产学研用协同优势，持续提升煤矿智能化发展水平；准确定位企业自身特色，科学制定并有序实施煤矿智能化发展规划。
矿山压力与岩层控制复习要点
