金属矿床地下开采第十三章课件.ppt
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1、金属矿床地下开采第十三章第1页,此课件共38页哦第十三章第十三章第十三章第十三章 地压管理地压管理地压管理地压管理【目的要求目的要求】掌握采场地压管理的方法和概念;掌握采场地压管理的方法和概念;掌掌握握采采场场暴暴露露面面的的稳稳定定性性评评价价、矿矿柱柱强强度度计计算算及及尺尺寸寸确确定定及及各各种种支支护护方法的使用条件。方法的使用条件。【重重 点点】掌握采场地压管理的方法和概念;掌握采场地压管理的方法和概念;掌握各种支护方法的使用条件。掌握各种支护方法的使用条件。【难难 点点】掌握采场地压管理的方法和概念;掌握采场地压管理的方法和概念;掌握各种支护方法的使用条件。掌握各种支护方法的使用条
2、件。第2页,此课件共38页哦第一节第一节第一节第一节 概述概述概述概述一、概念一、概念1 1、原岩体、原岩体 未开挖的岩体或不受开挖影响的岩体部分称为原岩体。未开挖的岩体或不受开挖影响的岩体部分称为原岩体。2 2、原生应力场、原生应力场 原原岩岩体体中中的的岩岩石石在在上上覆覆岩岩层层重重量量以以及及其其它它力力的的作作用用下下,处处于于一一种种应应力力状状态态,一般把这种应力状态称为原生应力。一般把这种应力状态称为原生应力。3 3、地压显现、地压显现 岩岩体体被被开开挖挖以以后后,破破坏坏了了原原岩岩应应力力平平衡衡状状态态,岩岩体体中中的的应应力力重重新新分分布布,产产生生了了次次生生应应
3、力力场场,使使巷巷道道或或采采场场周周围围的的岩岩石石发发生生变变形形、移移动动和和破破坏坏,这这种现象称为地压显现。种现象称为地压显现。第3页,此课件共38页哦第一节第一节第一节第一节 概述概述概述概述4 4、地压、地压 使围岩变形、移动和破坏的力,称为地压或矿山压力。使围岩变形、移动和破坏的力,称为地压或矿山压力。5 5、地压管理、地压管理 为为保保证证正正常常回回采采,而而采采取取的的减减少少或或避避免免地地压压危危害害的的措措施施,或或积积极极利利用用地地压进行开采,这种工作就是地压管理。压进行开采,这种工作就是地压管理。6 6、地压管理方法、地压管理方法 为进行地压管理所采取的各种措
4、施。为进行地压管理所采取的各种措施。第4页,此课件共38页哦第一节第一节第一节第一节 概述概述概述概述二、采场地压管理的基本方法二、采场地压管理的基本方法 1、利用矿岩本身的强度和留必要的支撑矿柱,以保持采场的稳定性。、利用矿岩本身的强度和留必要的支撑矿柱,以保持采场的稳定性。2、采取各种支护方法,支撑回采工作面,以维持其稳定性。、采取各种支护方法,支撑回采工作面,以维持其稳定性。3、充填采空区,支撑围岩并保持其稳定性。、充填采空区,支撑围岩并保持其稳定性。4、崩落围岩,使采场围岩应力降低,并使其重新分布达到新的应力平衡。、崩落围岩,使采场围岩应力降低,并使其重新分布达到新的应力平衡。第5页,
5、此课件共38页哦第二节第二节第二节第二节 采场暴露面和矿柱采场暴露面和矿柱采场暴露面和矿柱采场暴露面和矿柱 一、采场暴露面的稳定性评价一、采场暴露面的稳定性评价 1 1)影响采场暴露面积大小的主要因素:)影响采场暴露面积大小的主要因素:矿石和围岩的力学性质;矿石和围岩的力学性质;开采深度;开采深度;施加在开采空间顶板的上覆岩层高度;施加在开采空间顶板的上覆岩层高度;暴露面维持的时间;暴露面维持的时间;暴露面的几何形状等。暴露面的几何形状等。第6页,此课件共38页哦2)覆覆岩岩总总重重假假说说认认为为,在在水水平平或或缓缓倾倾斜斜矿矿体体中中,开开采采空空间间承承受受的的载载荷荷P,是开采空间上
6、部直达地表全部覆岩重量的总和。是开采空间上部直达地表全部覆岩重量的总和。第二节第二节第二节第二节 采场暴露面和矿柱采场暴露面和矿柱采场暴露面和矿柱采场暴露面和矿柱 第7页,此课件共38页哦第二节第二节第二节第二节 采场暴露面和矿柱采场暴露面和矿柱采场暴露面和矿柱采场暴露面和矿柱 3 3)拱拱形形假假说说以以松松散散体体力力学学为为理理论论基基础础,认认为为在在上上部部覆覆岩岩的的压压力力作作用用下下,松松散散的的岩岩体体从从开开采采的的顶顶板板向向下下冒冒落落,形形成成自自然然平平衡衡拱拱。作作用用在在矿矿柱柱上上或或支支架架上上的的载载荷荷,仅仅是是冒冒落落拱拱内内岩岩块块的的重重量量,于于
7、开开采采空空间间埋埋藏藏深深度度无无关关。其其方方程程式式为:为:式中:式中:aa平衡拱跨度之半平衡拱跨度之半 ff岩石坚固性系数,岩石坚固性系数,f=tanf=tan第8页,此课件共38页哦第二节第二节第二节第二节 采场暴露面和矿柱采场暴露面和矿柱采场暴露面和矿柱采场暴露面和矿柱4 4)开开采采空空间间上上部部岩岩体体所所承承受受的的载载荷荷,不不是是其其上上部部整整个个覆覆岩岩的的重重量量,而而仅仅使使其其中的一部分。如果施加在开采空间顶板上面的岩层高度:中的一部分。如果施加在开采空间顶板上面的岩层高度:式中:式中:HH开采深度;开采深度;kk载荷系数。载荷系数。第9页,此课件共38页哦5
8、)实实践践证证明明:开开采采暴暴露露面面的的稳稳定定性性,不不仅仅决决定定于于面面积积大大小小,而而且且决决定定于暴露面的形状。于暴露面的形状。l 暴暴露露面面长长宽宽尺尺寸寸接接近近时时(长长度度小小于于其其2倍倍宽宽度度),稳稳固固性性决决定定于于面面积大小;积大小;l 暴露面长度远大于宽度(大于暴露面长度远大于宽度(大于2倍以上)时,稳固性决定于宽度。倍以上)时,稳固性决定于宽度。为为保保持持暴暴露露面面的的稳稳固固性性,开开采采空空间间跨跨度度不不得得超超过过极极限限跨跨度度或或面面积不得超过其极限暴露面积。积不得超过其极限暴露面积。第二节第二节第二节第二节 采场暴露面和矿柱采场暴露面
9、和矿柱采场暴露面和矿柱采场暴露面和矿柱第10页,此课件共38页哦 6)暴露面保持的时间,对稳定性有很重要的影响。)暴露面保持的时间,对稳定性有很重要的影响。尽尽管管载载荷荷不不增增加加,但但长长期期静静载载荷荷作作用用下下,岩岩石石由由于于蠕蠕变变,变变形形迅迅速速增增加加,使使岩岩石石破破坏坏。因因此此相相同同条条件件下下,提提高高开开采采强强度度,缩缩短短开开采空间的暴露时间,往往能够获得良好的开采效果。采空间的暴露时间,往往能够获得良好的开采效果。第二节第二节第二节第二节 采场暴露面和矿柱采场暴露面和矿柱采场暴露面和矿柱采场暴露面和矿柱 第11页,此课件共38页哦第二节第二节第二节第二节
10、 采场暴露面和矿柱采场暴露面和矿柱采场暴露面和矿柱采场暴露面和矿柱 二、矿柱二、矿柱 1)矿柱的形状对其强度的影响)矿柱的形状对其强度的影响 矿矿柱柱的的强强度度与与其其形形状状有有关关。矿矿柱柱的的宽宽度度越越大大,高高度度越越小小,矿矿柱柱处于三向压缩状态的部分越大,则矿柱的强度越高。处于三向压缩状态的部分越大,则矿柱的强度越高。2 2)水平和缓倾斜矿体矿柱计算:)水平和缓倾斜矿体矿柱计算:保证矿柱强度必需的截面,按许用承载强度计算:保证矿柱强度必需的截面,按许用承载强度计算:式中:式中:SS矿柱支撑的上部覆岩面积;矿柱支撑的上部覆岩面积;HH开采深度开采深度 KK载荷系数,与岩石性质有关
11、载荷系数,与岩石性质有关 SS矿柱的截面积;矿柱的截面积;nn安全系数。安全系数。第12页,此课件共38页哦第二节第二节第二节第二节 采场暴露面和矿柱采场暴露面和矿柱采场暴露面和矿柱采场暴露面和矿柱最终选定的矿柱尺寸,必须大于下列条件所限定的矿柱最小宽度:最终选定的矿柱尺寸,必须大于下列条件所限定的矿柱最小宽度:1)为为防防止止矿矿柱柱被被爆爆破破崩崩坏坏,应应使使矿柱宽度矿柱宽度c2w;2)为为防防止止矿矿柱柱纵纵向向弯弯曲曲,要要求求c 0.25h0.75矿矿柱柱h;3)采采用用爆爆破破崩崩矿矿时时,要要求求c35m,以以保保持矿柱中心部位稳固;持矿柱中心部位稳固;4)如如果果顶顶板板岩岩
12、石石强强度度低低于于矿矿石石强强度度,为为防防止止矿矿柱柱压压入入顶顶板板,应加大矿柱面积。应加大矿柱面积。第13页,此课件共38页哦第二节第二节第二节第二节 采场暴露面和矿柱采场暴露面和矿柱采场暴露面和矿柱采场暴露面和矿柱3 3)急倾斜矿体矿柱计算)急倾斜矿体矿柱计算 开开采采急急倾倾斜斜矿矿体体时时,一一般般留留有有顶顶柱柱,底底柱柱和和间间柱柱。底底柱柱因因受受放放矿矿巷巷道道切切割割严严重重,对对围围岩岩的的支支撑撑能能力力很很差差;顶顶柱柱因因受受剪剪应应力力和和弯弯曲曲应应力力,只只能能承承受受部部分分载载荷荷,因因此此顶顶柱柱和和底底柱柱的的支支撑撑能能力力仅仅按按安安全全系系数
13、数考考虑虑;间间柱柱厚厚大大且且连连续续,呈呈三三向向受受力力状状态态,是是支支撑撑围围岩岩的的主体部分。主体部分。第14页,此课件共38页哦第三节第三节第三节第三节 支护支护支护支护一、木材支护一、木材支护 1、横撑支柱和立柱、横撑支柱和立柱 开开采采急急倾倾斜斜薄薄矿矿脉脉时时,用用横横撑撑支支柱柱支支护护两两帮帮围围岩岩,并并在在其其上上架架设木板或圆木,作为凿岩爆破的工作台。设木板或圆木,作为凿岩爆破的工作台。开开采采缓缓倾倾斜斜薄薄矿矿体体时时,可可用用立立柱柱支支护护不不稳稳固固的的顶顶板板,采采幅幅高高度度一一般般不不大大于于2.53m。根据顶板稳固程度,采用带帽立柱或立柱加背板
14、。根据顶板稳固程度,采用带帽立柱或立柱加背板。第15页,此课件共38页哦第三节第三节第三节第三节 支护支护支护支护、木垛支护、木垛支护 用用于于跨跨度度不不大大而而地地压压较较大大的的缓缓倾倾斜斜矿矿体体或或在在充充填填体体上上面面支支护护顶顶板板(图图13-813-8)。木木垛垛常常用用的的木木材材长长度度为为1.5-2.5m1.5-2.5m,直直径径120-200mm120-200mm。水水平平矿体所用木垛中木料最小长度不得小于高度的矿体所用木垛中木料最小长度不得小于高度的1/41/4,以保证其稳定性。,以保证其稳定性。第16页,此课件共38页哦第三节第三节第三节第三节 支护支护支护支护、
15、方框支架和木棚、方框支架和木棚 方方框框支支架架是是一一个个矩矩形形平平行行六六面面体体的的木木结结构构,随随回回采采工工作作面面推推移移,由由下下盘盘向向上上盘盘逐逐个个架架设设,由由下下向向上上逐逐层层建建造造(图图13-913-9)。在在不不稳稳定定的的围围岩岩和和矿矿石石中中,采采用用回回采采巷巷道道回回采采时时,常常用用间间隔隔的的或或密密集集的的木木棚棚支支护。护。第17页,此课件共38页哦第三节第三节第三节第三节 支护支护支护支护二、锚杆和锚杆架支护二、锚杆和锚杆架支护 、锚杆支护、锚杆支护 综合国内外应用的锚杆结构型式,其分类为:综合国内外应用的锚杆结构型式,其分类为:点锚固型
16、式点锚固型式 全长锚固型式全长锚固型式机械锚固机械锚固粘结锚固粘结锚固楔缝式楔缝式涨壳式涨壳式倒楔式倒楔式树脂树脂粘结锚固粘结锚固树脂树脂砂浆砂浆摩擦锚固摩擦锚固管缝式管缝式液压涨壳式液压涨壳式第18页,此课件共38页哦第三节第三节第三节第三节 支护支护支护支护 1 1)点锚固式锚杆)点锚固式锚杆 在在工工作作之之初初,先先要要拧拧紧紧螺螺帽帽,使使其其受受到到预预加加拉拉力力,因因此此,也也称为预应力锚杆,称为预应力锚杆,2 2)全长锚固式锚杆)全长锚固式锚杆 荷载沿锚杆全长作用,属无预应力型。荷载沿锚杆全长作用,属无预应力型。与与点点锚锚固固式式锚锚杆杆相相比比,全全长长锚锚固固式式锚锚杆
17、杆具具有有锚锚固固力力大大、变变形形小小、适适应应范范围围广广等等优优点点,松松软软性性岩岩层层中中应应用用,效效果果更更好好;在在需需要要用用预预应应力力锚杆时,使用预应力锚杆为好。锚杆时,使用预应力锚杆为好。【注注】锚杆支护区别于木材支护的主要特点:锚杆支护区别于木材支护的主要特点:锚杆和围岩结合为一整体,共同作用,因此也称为主动支护。锚杆和围岩结合为一整体,共同作用,因此也称为主动支护。第19页,此课件共38页哦第三节第三节第三节第三节 支护支护支护支护2、锚杆的力学作用锚杆的力学作用 1)悬悬吊吊作作用用:在在块块状状结结构构或或碎碎裂裂结结构构的的岩岩层层中中,锚锚杆杆将将不不稳稳固
18、固的的岩岩块块或或岩层,悬吊在松动区以外的稳固的岩层上,组织岩块或岩层塌落。岩层,悬吊在松动区以外的稳固的岩层上,组织岩块或岩层塌落。)组组合合作作用用:在在层层状状结结构构的的岩岩层层中中,锚锚杆杆如如同同连连接接螺螺栓栓,将将薄薄层层组组合合成成厚厚梁,使围岩承载能力大大提高梁,使围岩承载能力大大提高 )挤挤压压作作用用:在在松松软软的的岩岩层层中中,以以某某种种参参数数系系统统布布置置预预应应力力锚锚杆杆群群,在围岩内形成一个承载拱,以提高围岩的承载能力在围岩内形成一个承载拱,以提高围岩的承载能力第20页,此课件共38页哦第三节第三节第三节第三节 支护支护支护支护2、锚杆桁架支护、锚杆桁
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