目 录绪 论2一、内容提要2二、习题2第一章 矿山岩石和岩体的基本性质3一、内容提要3二、习题4第二章 矿山岩体的原岩应力及其重新分布25一、内容提要25二、习题25第三章 回采工作面上覆岩层活动规律及其分析34一、内容提要34二、习题35第四章 回采工作面矿山压力显现基本规律45一、内容提要45二、习题46第五章 回采工作面顶板控制及支护方法56一、内容提要56二、习题57第六章 采场岩层移动与控制70一、内容提要70二、习题71第七章 巷道矿压显现规律75一、内容提要75二、习题77第八章 巷道维护原理和支护技术82一、内容提要82二、习题82第九章 厚煤层综放开采岩层控制93一、内容提要93二、习题94第十一章 煤矿动压现象及其控制98一、内容提要98二、习题98第十三章 矿山岩层控制研究方法103一、内容提要103二、习题103绪 论一、内容提要绪论中简要该矿了本学科在采矿工程中的重要性，以及其发展历史、研究方法。准确地定义了矿山压力、矿山压力显现以及矿山压力控制的概念。二、习题1什么是矿山压力和矿山压力显现？答：地下岩体被采动以前，在其自重的作用下形成的原岩应力是处于平衡状态的。当在煤、岩体内开掘巷道或进行回采工作时，就会破坏原来的应力平衡状态，引起岩体内的应力重新分布。这种由于矿山开采活动的影响，在巷硐周围岩体中形成的和作用于巷硐支护物上的力定义为矿山压力。 由于矿山压力的作用在巷道、回采工作面引起的一系列力学现象，如围岩的变形或挤入巷道，岩体破坏、移动或冒落，煤体被压碎、片帮或突然抛出，支架的变形或破坏，充填物产生压实，岩层和地表的移动或塌陷等，这些由于矿山压力作用使巷硐周围岩体和支护物产生的种种力学现象，统称为矿山压力显现，简称为矿压显现。2什么是矿山压力控制？答：在大多数情况下，矿压显现会对采矿工程造成不同程度的危害，为使矿压显现不致影响采矿工作正常进行和保障安全生产，必须采取各种技术措施把矿山压力显现控制在一定范围内，并对有利于采矿的矿山压力加以利用。所有减轻、调节、改变和利用矿山压力的各种方法，均叫做矿山压力控制。3矿山压力与岩层控制的研究方法有哪些？答：矿山压力与岩层控制采用了理论分析、实验室试验、现场观察等性质不同的研究方法，这三者各有侧重，在研究问题时往往将三种方法配合使用。1）理论研究。主要有解析分析方法、数值分析方法、模糊分析、概率分析、随机分析、灵敏度分析、趋势分析等方法2）实验室试验。主要包括岩石物理力学性质研究、相似模拟研究和实验室条件下研究支架整体性能和有关参数的研究。3）现场监测。通过各种手段对现场进行监测，来研究矿压规律。4矿山压力与岩层控制的研究和发展方向是什么？答：为适应采矿工业的发展，矿山压力与岩层控制不断开创新的研究领域：采场矿压理论与控制体系，包括岩层控制的关键层理论、放顶煤高产高效开采技术和高产高效开采故障诊断技术与保障系统；巷道矿压理论与控制技术，包括采动影响巷道矿压理论、煤巷锚杆支护技术、围岩注浆加固及充填技术和巷道底臌控制技术；开采新方法、新工艺和新技术，包括煤炭地下气化、“三下”环保开采、地热的开发利用等；矿井深部开采和高地应力引起的冲击地压的预测和预报。矿山压力与岩层控制将紧密结合煤炭工业可持续发展中所面临的重大科学技术问题，形成矿井高产高效开采综合监测与保障系统、矿山开采新理论与新方法以及在深井、高应力等复杂地质条件下的矿山开采和围岩控制理论与技术新体系，以确保实现矿井持续高产高效开采和安全生产以及煤矿的绿色开采，为逐步形成完整的适合我国采矿工业实际情况的矿业科学体系做出贡献。第一章 矿山岩石和岩体的基本性质一、内容提要本章是矿山压力及与岩层控制教材的基础篇章，主要介绍学习矿山压力课程所必备的岩石力学知识。因此学习本章的重点应放在对基本概念的掌握和运用上。 1岩石的组成 岩石是组成地壳的基本物质，它由各种造岩矿物或岩屑在地质作用下按一定规律组合而成。采矿工程所遇到的岩石大多是固结性岩石。按照岩石的强度和坚实性，常把矿山岩石分坚硬岩石和松软岩石。不同类型的岩石对采掘工程影响不同。在岩石力学文献中，岩石一般指单块岩石，又称岩块。2岩石性质 本章所述的岩石性质一般是指实验室买验所得的岩石试块的性质1）岩石的物理性质主要包括：岩石的密度、比重、空隙性、吸水性和透水性、以及与矿山开采有密切关系的 碎胀性和软化性。2）岩石的变形特性是指岩石试块在各种载荷（单向、双向、三向）作用下的变形规律，包括弹性变形、塑性变形、流变和破坏规律。刚性实验机实验表明，岩石破坏一般要经历一个过程，如图11所示。称为岩石的应力应变的应力应变曲线，它说明岩石应力达到破坏值后，仍有一定承载能力。图11 岩石应力应变全程曲线3）岩石强度性质包括：单向抗压强度、单向抗拉强度、抗剪强度和三向抗压强度。岩石受力状态不同，其极限强度相差悬殊。一般情况下，三向抗压强度双向抗压强度单向抗压强度抗剪强度抗弯强度单向抗拉强度。3岩石的破坏类型和强度理论 无论在何种受力状态下，矿山岩石发生破坏的基本形式有两种：1）莫尔强度理论。该理论认为岩石发生破坏主要是由于破坏面上的剪应力达到一定限度，但此剪应力还与破坏面上由于正应力造成的摩擦阻力有关。它的表达形式是式是 式中 剪应力 、正应力。莫尔强度理论的准则就是反映应力一应变关系的“”强度包络线，它可以通过实验室岩石实验数据求得，如直线型包络线是通过抗剪强度实验求得，又称“库仑一莫尔”强度准则，双曲线型、抛物线型包络线都是通过单向抗拉强度和单向抗压强度的实验求得。 2）格里菲斯强度理论。该理论认为在任何材料内部都存在各种裂缝，当材料处于一定应力状态时，在这些裂缝的端部便会产生拉应力集中。如果主应力为拉应力，则在裂缝端部产生几倍于主应力的拉应力；如果主应力为压应力，在裂缝端部也产生拉应力。当拉应力超过材料抗拉强度时，就会从裂缝端部开始发生破坏。 4岩体的力学性质岩块实验所得的岩石性质与天然岩体力学性质有很大差别,其强度相差往往高达一、两个量级。为了有效地解决工程岩体力学问题，必须明确岩体的概念和特征以及与其有关的岩体力学性质。1）岩体是指自然界中由各种岩性和各独结构特征的岩石组成的集合体。一般来说，岩体可看作由结构面和结构体组成。结构面即通常所说的弱面，包括岩石物质分界面和由地质构造等原因形成的不连续面，结构体是指由不同产状的结构面相互切割而形成的单原体，由于岩体存在结构面，因此，它的性质与岩石性质有很大区别，一般表现为非均质产性，各向异性和不连续性。2）岩体不是理想的弹性体，它是具有弹性、塑性和粘性（流变性）的多裂隙的非连续介质，变形和破坏也比岩块复杂得多，一般分为四个阶段：压密阶段、弹性阶段、塑性阶段和破坏阶段。 3）岩体的强度不仅受组成它的结构体一岩块的影响，而且主要受结构面的影响，岩体最重要的强度指标是剪切强度，它受结构面性质以及应力与结构面方向间关系的影响。岩体强度可采用现场测定方法确定，但一般耗资较大，近年来也发展了一些新方法，如声波仪等。二、习题 1自然状态下的岩石，按固体矿物颗粒之间的结合特征分为几类？岩石的结构构造有何区别？煤矿的矿山岩体的结合特征和构造属哪类？答：自然状态下的岩石；按其固体矿物颗粒结合特征，可分为固结性、粘结性、散粒状和流动性岩石。煤矿中遇到的绝大多数岩石属于固结性岩石，如泥质页岩、砂质页岩、粉砂岩、砂岩、砾岩、石灰岩等。固结性岩石指造矿物的固体颗粒间成刚性联系，破碎后还可保持一定的形状。岩石的结构是指决定岩石组织的各种特征的总合，如颗粒的大小、形状、连结特征、胶结物类型、存在孔隙情况等，而岩石的构造是指组成岩石的矿物颗粒之何，以及它与其它组成部分之间的排列方式和充填方式，如岩石可属于整体构造，多孔状构造和层状构造等。煤矿中遇到的岩石绝大多数是沉积岩，有较明显的层理，属层状构造。层状构造的特点是，岩石颗粒互相交替，表现出层次叠置现象（层理）。2煤矿岩层控制中，常提到的坚硬岩层（硬岩）和松软岩层（软岩）的含义是什么？它对矿山开采有何影响？答：按照岩石的力学强度和坚固性，常把矿山岩石分为坚硬岩层和松软岩层。但我国煤矿对划分坚硕岩层和松软岩层还没有一个明确统一的标准。一般来说，在煤矿开采中，顶板中存在有坚硬的老顶时，就可能出现周期性强烈的矿压显现，有时会造成工作面大面积冒顶或切顶事故。在煤炭工业部1981年5月颁发的缓倾斜媒层工作面顶板分类方案中，对“老顶”的定义作了明确规定，老顶是位于直接顶之上，厚度大于2m。单向抗压强度大于6080Mpa（按原规定单位应为600800kg/ ），节理裂隙不发育，自然分层厚度比较大，整体性较强的岩层（裂隙间距和分层厚度一般大于lm）。它的初次垮落步距大于25m，对工作面具有明显或强烈的初次和周期来压作用。在煤矿实践中，可以将此类岩层看为坚硬岩层。坚硬岩层对煤矿开采的影响是多方面的，如煤层上直接顶赋存大面积坚硬顶板，就会形成大面积来压。软岩，即松软岩层，一般指强度低、孔隙率大、胶结程度差、受结构体切割及风化影响显著，或含有大量易膨胀的粘土类矿物的松、散、软、弱岩层。它的单向抗压强度低于 30Mpa，多数遇水膨胀，具有流变性，有的松碎溃散。在松软岩层中开掘巷道，巷道变形严重，变形压力大，很难维护，支护成本高，是煤矿支护的一大难题。回采工作面顶板是软岩时，顶板松碎易冒，支护困难，对开采有很大影响。3岩石的孔隙性、孔隙度和孔隙比有什么不同？研究它们有何意义？答：岩石的孔隙性是指岩石中孔隙和裂隙的发育程度，表征它的指标有两种：孔隙度和孔隙比。可见孔隙度和孔隙比是反映孔隙性的指标。孔隙度n是岩石中各种孔隙、裂隙体积的总和与岩石总体积之比，孔隙比e是岩石中各种孔隙、裂隙体积的总和与岩石内固体部分体积之比。显然，孔隙度n和孔隙比e在以下关系内固体部分在以下关系：。4某矿送砂岩岩样三块，试件尺寸为 5cm5cm5cm，在天然状态下称得其质量分别为320g，319g 和308g；绝对干燥后称得恒重分别为312g，319g，308g，将试件放入水中后测得孔隙体积为4.72cm3，3.94cm3 ，5.75cm3，试求砂岩的比重、天然容重、干容重、孔隙度和孔隙比？答：岩石的孔隙度是通过在实验室对岩石试件的比重和容重进行测定，用所得数据什算求得的。（1）岩石的比重，其中岩石固体部分实体积，故可求出三块砂岩试块的比重分别为砂岩平均比重（2）岩石的天然容重可分别求出：砂岩的平均天然容重 （3）岩石的于容重可分别求出：砂岩的平均干容重（4）孔隙度（5）空隙比5什么叫岩石的碎胀性？研究它有何意义？岩石的碎服性和岩石的扩容有什么区别？答：岩石的碎胀性是指岩石破碎后散乱堆积的体积比破碎前整体状态下增大的特性，一般用表示，即：。处于整体状态下的体积，为岩石破碎后堆积的体积。对于岩层控制来说，碎胀性有重要作用，如图12所示，当煤层采出形成采空区后，顶板处于悬露状态，就会发生破坏垮落，并给工作面顶板管理照成影响以制危害。由于顶板岩石有碎胀性，跨落后体积增大，能充填部分因煤层采出而形成的采空区，当顶板垮落到一定高度，即 (m煤层采高)时，就可以完全充填采空区，其上覆岩层的活动对工作面就没有明显的动压影响了。因此，碎胀性对工作面顶板管理有重要意义。矿山岩体大都存在节理、裂隙，属于节理岩体，节