矿山岩层控制新理论Word文件下载.docx

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（二）与岩体结构稳定性4

（三）工程改造补强作用与岩体结构稳定性关联性4

四、不同结构类型岩体的工程地质性质及岩基的变形特征与承载能力6

（一）不同结构类型岩体的工程地质性质6

（二）岩基的变形特征7

（三）岩体的稳定性分析8

一、矿山岩层控制的定义

由于矿山开采活动的影响，在硐室周围岩体中形成的和作用在巷硐支护物上的力定义为矿山压力。

在矿山压力的作用下，会引起各种力学现象，从而使岩层发生变化，为使矿山压力显现不影响正常的开采工作和保证生产安全，采取各种技术措施加以控制，称为岩层控制。

岩层控制是采矿学科的核心理论与关键技术之一。

二、矿山岩层控制新理论

三、工程改造补强作用与岩体结构稳定性关联性

（一）工程改造补强作用

工程改造补强是指矿山在原有设计支护手段的基础上，结合生产实际出现的岩体结构稳定性变化，从而采取的针对岩层发生变化，采取各种技术措施加以控制，包括巷道支护形式、巷道改造等改造僧及，对巷道及采煤工作面空间进行支护，对软弱的煤、岩体进行加固，用各种方法使巷道或采煤工作面得到卸压，对采空区进行充填，或用人工的方法使采空区顶板按预定方案冒落等一系列的控制技术和方法。

（二）与岩体结构稳定性

岩体结构稳定性存在于岩体中的各种地质界面（结构面）包括：

各种破裂面（如劈理、节理、断层面、顺层裂隙或错动面、卸荷裂隙、风化裂隙等）、物质分异面（如层理、层面、沉积间断面、片理等）、以及软弱夹层或软弱带、构造岩、泥化夹层、充填夹泥（层）等，所以“结构面’’这一术语，具有广义的性质。

不同成因的结构面，其形态与特征、力学特性等也往往不同。

按地质成因，结构面可分为原生的、构造的、次生的三大类。

（三）工程改造补强作用与岩体结构稳定性关联性

1、在一定地质条件下，采高是影响上覆岩层破坏状况的最重要因素之一。

在单一煤层或厚煤层第一分层开采时，冒落带与裂缝带的总厚度与采高基本上成正比关系。

2、工作面推进速度的影响在实际测定中反映了顶板下沉量是时间的函数。

若加快推进速度，缩短工作面每个循环的时间，必然可使顶板下沉量减少。

落煤后，增大了回采工作面的控顶距，因而破坏了煤壁前方的应力平衡，使支承压力产生一个向煤壁深处移动的过程，同时使得老顶破断岩块进一步回转，从而引起工作面顶板下沉加剧。

放顶后，老顶岩层形成的结构本来由“煤壁一工作面支架一采空区已冒落的矸石”支撑体系所支撑．放顶过程就是撤除了靠近采空区一侧的支架支撑力，导致“支架一围岩”的力学系统发生变化，这种变化将使顶板下沉量急剧增加。

加快工作面推进速度只是缩短了落煤与放顶这两个主要生产过程的时间间隔，只能消除一部分平时的下沉量，但绝不能消除因落煤和放顶所造成的下沉量。

3、开采深度的影响开采深度影响原岩应力和支承压力值。

开采深度对矿山压力具有绝对的影响，但对矿山压力显现的影响则不尽相同。

随着采深进一步增加，支承压力必然增加，从而导致煤壁片帮及底板鼓起的几率增加，由此也可能导致支架载荷增加。

4、煤层倾角的影响实际观测表明，煤层倾角对回采工作面矿山压力显现的影响也是很大的。

随着煤层倾角的增加，顶板下沉量将逐渐变小。

急倾工作面的顶板下沉量比缓斜工作面要小的多。

5、分层开采时的矿山压力显现当厚煤层用倾斜分层开采时，可采用全部跨落法自上而下逐分层回采，也可采用全部充填法自下而上逐分层回采。

开采第一分层时，矿山压力显现规律与普通单一煤层开采没有任何区别，但当回采以下各分层时，工作面顶板就变成了在第一分层开采时冒落的岩块，此时破碎的顶板必然给顶板管理带来新的困难。

四、不同结构类型岩体的工程地质性质及岩基的变形特征与承载能力

岩体是指某一地点一种或多种岩石，以及发育于该地点岩石中的各种结构面、结构体的总体。

影响岩体稳定性的因素有：

区域稳定性、岩体结构特征、岩体变形特性与承载能力、地质构造及岩体风化程度等。

本文中所指的岩体主要指在煤矿开采过程当中遇到的岩体。

（一）不同结构类型岩体的工程地质性质

整体块状结构岩体：

结构面少，结构体块度大且常为硬质岩石，整体强度高、变形特征接近于各向同性的均质弹性体，变形模量、承载力与抗滑能力均较高，抗风化能力一般较强，具有良好的工程地质性质，是较理想的洞室围岩。

层状结构岩体：

结构面以层面与不密集的节理为主，一般风化微弱、结合力一般不强，结构体块度较大且保持母岩岩块性质，总体变形模量和承载力均较高。

作为工程建筑地基，其变形模量和承载能力一般均能满足要求。

其变形特征和强度特征具有各向异性特点。

该岩体作为边坡岩体时，应特别注意岩层的不同产状特征对工程地质性质效应的巨大影响。

碎裂结构岩体：

岩体节理、裂隙发育、常有泥质充填物，结合力不强，结构体块度不大，岩体完整性破坏较大。

一般其变形模量、承载能力均不高，工程地质性质较差。

散体结构岩体：

散体结构岩体节理、裂隙很发育，岩体十分破碎，岩石属于碎石土类。

风化岩体：

1）强风化岩体：

结构体疏松，呈块夹泥状，较土体好些，其变形模量、承载能力差。

2）弱风化岩体：

具有碎裂结构，结构面性质差，一般作为工业与民用建筑地基是可以的，但对重大的水工建筑物地基需加固处理。

3）微风化岩体：

裂隙面轻微风化，岩体工程性质与新鲜岩体相近，一般可作为各类工程建筑物的良好地基。

但对边坡、洞室围岩仍应注意其结构面的不利组合。

（二）岩基的变形特征

1、岩基的变形特征

岩基的变形特征与岩体结构特征、结构体的性质、软弱结构面的数目、产状、性质有关，还与工程荷载的性质有关。

2、基岩的沉降变形

对于新鲜～微风化的整体块状结构的岩体，在工程荷载下的压缩量很小。

对层状结构、碎裂结构的裂隙岩体或软质岩石，对高层建筑物地基、大型水工建筑物地基、高的桥墩地基，应考虑其变形对建筑物的影响。

3、基岩的剪切变形特征

在剪切荷载作用下的岩体变形包括沿结构面的错动、结构体转动和挤压变形、剪切变形等。

岩体的剪应力～剪位移关系有三种类型。

第一种类型：

呈直线关系，一般完整块状结构岩体具有这种变形特征。

第二种类型：

弹塑性体，一般层状结构、碎裂结构岩体具有这种变形特征。

第三种类型：

破坏阶段与破坏后区呈平缓过渡特征，一般散体结构及软弱岩体常具有这种变形特征。

（三）岩体的稳定性分析

1、区域稳定性的主要控制因素，也制约岩体的稳定性。

1）地壳板块的相对运动的强弱导致构造变动和产生高构造应力，从大范围控制了区域地层和岩体变形、位移或失稳。

2）活动性深大断裂活动（水平或垂直位移）引起区域地壳及其表层发生水平或升降运动，可引起位于断裂带的岩体变位或失稳。

3）地震活动在我国有些地区十分强烈，常引起大范围的构筑物的失稳和破坏。

2、岩体破坏类型分析

1）岩体失稳的主要影响因素

①受区域地壳稳定性控制。

②受岩体的结构特征、变形特征、强度特性、水稳性等控制。

③失稳的边界条件：

岩体失稳要有一定的边界条件，即存在临空面和结构面组成的分离体。

④荷载的类型、大小和方向决定了岩体的受力状态。

⑤工程类别对岩体失稳方式有重要影响。

2）岩体破坏类型分析

①当区域稳定性为相对稳定，工程岩体条件较好时，岩体失稳破坏的类型取决于边界条件、工程类型及工程荷载性质的组合特点，岩体失稳破坏的方式往往以剪切滑移方式为主。

②当区域稳定性为相对活动，工程的场地条件较好时

③区域环境和工程场地均处于突出的高水平构造应力状态时

④当区域相对稳定，岩体抗压强度较高，不具备滑移的边界条件，地面建筑物承受强大的风荷载时，可能发生张拉破坏导致建筑物倾倒。

⑤区域相对稳定，工程场地为河流之滨，岩体本身条件较差，在建筑物荷载的作用下，建筑持力层将发生过大的压缩沉陷变形，与其侧向膨胀变形相对应的侧向压力将使岸坡前持力层发生压缩破坏，导致建筑物向河中倾覆，或沿可能的滑动面滑动。

3）岩体稳定分析

国内外应用于岩体稳定性分析的方法有：

地质分析类比法

岩体结构分析与计算法

岩体稳定性分类法

数值模拟计算法

地质模拟试验法等。