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《礦山壓力與巖層控制 第12章ppt課件.ppt》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、第12章礦山巖層控制研究方法邵小平講師SaoXiaoping主講教師：Xi’anUniversityofScience&Technology礦山壓力與巖層控制MiningPressureandStrataControl第12章礦山巖層控制研究方法第一節(jié)長(zhǎng)壁工作面礦壓觀測(cè)第二節(jié)礦山壓力數(shù)值分析方法概述第三節(jié)相似材料模擬實(shí)驗(yàn)研究方法第1節(jié)長(zhǎng)壁工作面礦壓觀測(cè)一、采場(chǎng)礦壓觀測(cè)方法概述工作面礦壓顯現(xiàn)的指標(biāo)有兩類：一類是控頂區(qū)圍巖變形量和支架承載變形特征；另一類是控頂區(qū)圍巖破壞特征。前者有頂?shù)装逡平?、支架載荷量和支柱（活柱）下縮量
2、，一般稱為“三量”。后者有煤壁處切頂臺(tái)階數(shù)目與高度、煤壁片幫深度、端面頂板破碎度等，是對(duì)圍巖破壞的統(tǒng)計(jì)觀測(cè)，一般稱為“統(tǒng)計(jì)觀測(cè)”。二長(zhǎng)壁工作面“三量”觀測(cè)(一)“三量”及其測(cè)試方法圖12-1頂?shù)装逡平?1)頂?shù)装逡平?2)支架載荷是指實(shí)測(cè)的支架所承受的載荷，包括實(shí)測(cè)的初撐力和當(dāng)時(shí)支架載荷。圖12-2圓圖壓力自計(jì)儀(3)活柱下縮量是指支架架設(shè)后在控頂區(qū)范圍內(nèi)活柱下縮的值。按照支架的工作特性曲線，一定的下縮量對(duì)應(yīng)于一定的載荷。實(shí)際在井下支護(hù)過程中，支架還會(huì)壓入頂板、插入底板，與活柱下縮量一起都是頂?shù)装逡平康慕M成部分。(
3、二)工作面測(cè)站布置普遍采用沿工作面長(zhǎng)度方向設(shè)立上、中,下3個(gè)測(cè)站。一般中部測(cè)站應(yīng)選在工作面線的正中，上、下測(cè)站分別距回風(fēng)平巷和運(yùn)輸平巷10-15m。每個(gè)測(cè)站內(nèi)設(shè)3條測(cè)線，布置于相鄰的3架支架。(三)觀測(cè)方法常規(guī)礦壓觀測(cè)。一般按照規(guī)定的作業(yè)循環(huán)，在每一班固定的時(shí)間系統(tǒng)觀測(cè)1次。三、工作面控頂區(qū)圍巖破壞狀態(tài)觀測(cè)(一)控頂區(qū)圍巖破壞狀態(tài)的主要指標(biāo)及測(cè)試方法圖12-3端面頂板破碎度的量測(cè)方法端面頂板破碎(2)臺(tái)階數(shù)目和高度臺(tái)階是指在工作面前方無支護(hù)空間由于頂板切落形成的頂板錯(cuò)落圖12-4臺(tái)階數(shù)目和高度(3)片幫深度片幫是指在礦山
4、壓力作用下煤從煤壁處片落現(xiàn)象圖12-5片幫圖12-6鐵山南2111俯偽斜正臺(tái)階面上部測(cè)站礦壓顯現(xiàn)規(guī)律圖12-7上中下測(cè)站隨工作面推進(jìn)支柱載荷變化圖五、回采巷道礦壓觀測(cè)簡(jiǎn)述國內(nèi)外礦山巷道地壓觀測(cè)最常用的是巷道圍巖移近量觀測(cè)，其中最基本的移近量觀測(cè)方法是“十”字形觀測(cè)法，觀測(cè)巷道開挖后頂?shù)装逡平亢蛢蓭鸵平侩S時(shí)間的變化與發(fā)展。當(dāng)巷道斷面較大，需要研究分析變形的復(fù)雜受力過程時(shí)，也有采用周邊多測(cè)點(diǎn)變形觀測(cè)方法。圖12-8巷道圍巖移近量觀測(cè)方法a—“十”字形觀測(cè)法b—周邊多測(cè)點(diǎn)變形觀測(cè)法第2節(jié)礦山壓力數(shù)值分析方法概述一、數(shù)值分析
5、方法在礦山壓力研究中的應(yīng)用數(shù)值分析方法的實(shí)質(zhì)是把連續(xù)體的基本原理進(jìn)一步推廣到處理巖體的非均質(zhì)、不連續(xù)性、巖石的各種復(fù)雜的非線性狀態(tài)，以及在不同應(yīng)力狀態(tài)下液體、氣體在巖體中的流動(dòng)等復(fù)雜問題。近三十年來，巖石力學(xué)數(shù)值計(jì)算方法在我國得到了迅速發(fā)展，出現(xiàn)了有限差分法（FDM）、有限元法（FEM）、邊界元法（BEM）、離散元法（DEM）、拉格朗日元法、不連續(xù)變形分析法（DDA）、流行元法（MEM）、無單元法及其混合應(yīng)用等各種數(shù)值模擬技術(shù)。二、數(shù)值分析方法的應(yīng)用舉例㈠有限差分法（FDM，finiteDifferenceMethod）
6、從物理現(xiàn)象出發(fā)引出相應(yīng)的微分方程，經(jīng)離散化而得到的差分方程再行求解的方法。這是一種比較古老的計(jì)算方法，差分方程在電子計(jì)算機(jī)出現(xiàn)以前用手搖計(jì)算機(jī)也可求解。有限差分法曾一度受到冷遇，但近年來又有發(fā)展的趨勢(shì)。圖12-9大傾角煤層放頂煤開采三維數(shù)值模型網(wǎng)格圖圖12-10沿傾斜剖面的水平應(yīng)力場(chǎng)圖12-11沿傾斜剖面的破壞場(chǎng)㈡有限單元法（FEM，F(xiàn)initeElementMethod）有限單元法的實(shí)質(zhì)是把一個(gè)實(shí)際的結(jié)構(gòu)物（如某種開采裝備）或力學(xué)模型（如根據(jù)研究原型建立的采場(chǎng)某一時(shí)刻的連續(xù)體整體力學(xué)模型），用一種多個(gè)彼此相聯(lián)系的單元體
7、所組成的近似等價(jià)物理模型來代替。通過結(jié)構(gòu)物或力學(xué)模型的力學(xué)基本原理、以及單元體的物理特性，建立起表征力和位移的方程組。圖12-12最大主應(yīng)力分布圖a-無斷層；b-有斷層圖12-13塑性區(qū)分布圖a-無斷層；b-有斷層㈢離散元方法簡(jiǎn)介離散元法的基本思想可以經(jīng)典力學(xué)的超靜定結(jié)構(gòu)的分析方法來說明，任何一個(gè)塊體作為一個(gè)脫離體來分析，總會(huì)受到相鄰單元力和力矩的作用，正是在其合力和合力矩的作用下，產(chǎn)生脫離體本身的變形和運(yùn)動(dòng)。從離散化的角度出發(fā)，巖體本質(zhì)上是節(jié)理介質(zhì)，可以作為離散體來處理，而且塊體間存在著力的聯(lián)系，因而離散元法在礦山巖體
8、力學(xué)和礦山壓力研究中得到較廣泛的應(yīng)用。圖12-14不同支護(hù)阻力時(shí)的端面頂板冒落狀況第3節(jié)相似材料模擬實(shí)驗(yàn)研究方法一、相似材料模擬實(shí)驗(yàn)的原理與方法㈠相似材料模擬實(shí)驗(yàn)概述相似材料模擬實(shí)驗(yàn)方法的實(shí)質(zhì)是：用與原型（巖體、大壩或其它工程構(gòu)筑物）力學(xué)性質(zhì)相似的材料按照幾何相似的一定的比例縮制成實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀Ｔ谀Ｐ蜕祥_挖成各類工程，如
