【正文】 其基本工藝原理圖如下： 改進(jìn)開采工藝或充填技術(shù) 大條帶開采工藝 小煤柱開采 大條帶開采 充填開采 對于有條件的礦山進(jìn)行充填開采，減少地面沉陷 8 7 5 0 0 8 8 0 0 0 8 8 5 0 0 8 9 0 0 0 8 9 5 0 0 9 0 0 0 0 9 0 5 0 0 9 1 0 0 0 9 1 5 0 0 9 2 0 0 0382500383000383500384000384500385000385500386000386500387000387500沙河8000 7000 6000 5000 4000 3000 2022 1000 0 1000 383000 384000 385000 386000 387000 388000 坐標(biāo) x /m 下沉 /mm 沙河右壩總下沉 6000 5000 4000 3000 2022 1000 0 1000 382022 383000 384000 385000 386000 387000 坐標(biāo) x /m 下沉 /mm 沙河左壩總下沉 5煤、 7煤、 9煤、 12煤 開采后地表下沉等值線 重復(fù)采動(dòng)引起地表沉降的動(dòng)態(tài)概率積分計(jì)算結(jié)果 一邊固支兩邊簡支板撓度分布圖 一邊固支兩邊簡支板最大主應(yīng)力分布圖 一邊固支一邊簡支板撓度分布圖 一邊固支一邊簡支板最大主應(yīng)力布圖 三邊簡支薄板撓度分布圖 三邊簡支薄板最大主應(yīng)力分布圖 一邊固支兩邊簡支板撓度分布圖 一邊固支兩邊簡支板最大主應(yīng)力分布圖 巖土工程失穩(wěn)破壞的自組織原理 ? 巖石材料在一定應(yīng)力作用下變形破壞過程表現(xiàn)出強(qiáng)烈的非線性特征，最。 ? 地表下沉 ? 地表傾斜變形 ? 地表曲率變形 ? 地表水平移動(dòng) ? 地表水平變形 ?c os),(00mqWCCWyxW yxA??????? s i nc o s xyyx CTCTT??????? 2s i ns i nc os022WTTCKCKK yxxyyx????? s i nc o s xyyx CUCUU????????? c oss i ns i nc os022 W TUTUCC yxxyxyyx ???地層沉陷損害控制（一） ? 活動(dòng)基礎(chǔ)：隨意調(diào)整建筑物原基礎(chǔ)高度的一組構(gòu)件群，吸收采動(dòng)巖體向上傳遞非線性變形，達(dá)到保護(hù)建筑物安全使用的目的。 地層沉陷分區(qū)示意圖 地表沉陷特征 ? 沉陷盆地是在工作面推進(jìn)過程中逐漸形成的，它比采空區(qū)域大得多。 地下開采地層內(nèi)部沉陷特征 ? 礦體采空后，圍巖的原始應(yīng)力平衡狀態(tài)被破壞，應(yīng)力開始重新分布，使圍巖產(chǎn)生變形、移動(dòng)、破壞，顯然破壞的程度距離采空區(qū)的遠(yuǎn)近有關(guān)。計(jì)算結(jié)果較差，很少使用。它簡便易行，避開了巖體的本構(gòu)，對于層狀結(jié)構(gòu)計(jì)算誤差較小。 ? 基本特點(diǎn) （ 1）研究范圍大，采動(dòng)臨空面及其周圍巖體直至地表； （ 2）不僅研究應(yīng)力、應(yīng)變，更關(guān)心巖體及地表產(chǎn)生的大變形和大位移； （ 3）不僅研究本身巖體的損害，而且研究地層沉陷所波及的地層環(huán)境的破壞。 6 地層沉陷 ? 基本概念 ? 地層沉陷是指地層中巖體臨空或受力而發(fā)生垂直和水平方向上緩慢或突發(fā)性的變形、破壞和運(yùn)動(dòng)。 ? 理論分析：過去理論分析主要基于巖土力學(xué)、地質(zhì)學(xué)和土建工程學(xué)，目前把非線性科學(xué)理論應(yīng)用于巖土工程災(zāi)害分析。 ? 科學(xué)實(shí)驗(yàn)：巖土物理力學(xué)參數(shù)、現(xiàn)場和室內(nèi)模型實(shí)驗(yàn)、水文實(shí)驗(yàn)，主要評價(jià)巖土工程的穩(wěn)定性。 ? 失穩(wěn)破壞：滑坡、巖爆、崩塌 ? 破壞瞬間完成，范圍相對較小，對人類的生產(chǎn)和生命危害極大，可防治性差。 ? 開挖斜坡：斜坡失穩(wěn) ? 開采地下固體礦物：地表移動(dòng)、地應(yīng)力重分布 ? 開采石油、天然氣、地下水：地面沉降、塌落、地震 ? 河流水系的改道和破壞：河床變形、邊岸再造、水庫地震 ? 灌溉：巖土鹽堿化和濕化 ? 土木工程建造：地基失穩(wěn)、地層變形 巖土工程災(zāi)害的分類 ? 漸進(jìn)破壞：地層緩慢沉降、風(fēng)化、剝蝕 ? 危害也是漸進(jìn)，破壞范圍較大，暫時(shí)危害不大，但總體危害也特別大。通過巖體內(nèi)的原生裂隙對具有巖爆危險(xiǎn)的地段進(jìn)行注水濕潤巖體，起到降低高脆性巖石強(qiáng)度、增加塑性性能。 利用爆破的方法誘發(fā)產(chǎn)生巖爆 ， 使巖爆發(fā)生在規(guī)定的時(shí)間和位置范圍內(nèi) ， 從而避免更大的損害 。 它是消除高應(yīng)力區(qū)巖爆的主要措施 。 鉆孔卸壓 。 二 、 直接防治 卸壓爆破 。 大量實(shí)踐證明：許多巖爆的發(fā)生是在不合理的開挖技術(shù)條件下形成的 ， 一經(jīng)形成就難于改變 ， 往往會(huì)形成長時(shí)期的被動(dòng)局面 ， 此時(shí)為了防治巖爆 ，只能采取某些臨時(shí)性的局部措施 ， 因此 ， 就防治巖爆措施而言 ，開挖技術(shù)措施是根本性和先導(dǎo)性的措施 。 間接防治 ? 巖爆大多數(shù)發(fā)生在巷道的開挖過程中 ， 而回采時(shí)一般很少發(fā)生 。 巖爆的防治措施 ? 在采掘過程中采取一定的措施防治巖爆的發(fā)生是完全可能的 。通過對巖體變形的連續(xù)成像可以確定事件區(qū)域和速度結(jié)構(gòu)，從而預(yù)測預(yù)報(bào)巖爆的發(fā)生。地質(zhì)層析 X線成像法在巖爆和采礦誘發(fā)巖爆研究中有三方面的應(yīng)用。 ? 一般以鉆屑量和正常排粉量之比作為衡量沖擊傾向指標(biāo) ， 它稱為鉆粉率指數(shù) 。一般在鉆孔時(shí)產(chǎn)生類似巖爆的沖擊效應(yīng)，這也是鉆屑得以鑒定巖爆危險(xiǎn)程度的物理基礎(chǔ)，這種效應(yīng)也可稱為鉆孔沖擊。圖 顯示三個(gè)月內(nèi)在同一個(gè)礦內(nèi)所發(fā)生的四次巖爆的聲發(fā)射記錄，由于成功地預(yù)測了巖爆發(fā)生時(shí)間和地點(diǎn)，因而這四次巖爆均未造成任何人員傷亡。 預(yù)測實(shí)例 ? 美國愛達(dá)荷州北部的 Coeur d’Alene地區(qū)是生產(chǎn)鉛、鋅、銀等有色金屬的重要礦區(qū)。顯然聲發(fā)射的強(qiáng)弱和時(shí)空分布反映了巖體的破裂進(jìn)程。巖爆發(fā)生的判據(jù)表達(dá)式為： ??? ?? ????002?? ??????? is v iepsv dvEdvE ),(),( 21 ??U W U Ud v p? ? ? ?? 0巖爆烈度分級 ?107 巖爆級別 巖爆釋放的能量 （ J） 巖爆的烈度 (級 ) 造成的損害程度 微爆 10 1 巖體的表面或深部局部破壞 弱巖爆 1~2 拋出少量的巖塊 ， 有聲響和地震效應(yīng) ， 設(shè)備不受破壞 中等巖爆 2~ 拋出大量的帶粉塵巖塊 ，形成氣浪 ， 造成巷道支護(hù)破壞 強(qiáng)烈?guī)r爆 ~5 造成幾十米巷道破壞 災(zāi)害性巖爆 5 整個(gè)采區(qū)或整個(gè)水平范圍內(nèi)受破壞 10~102 102~104 104~107 107 巖爆預(yù)測方法 —— 聲發(fā)射 ? 巖石在壓力作用下發(fā)生變形和斷裂破壞，巖石內(nèi)部微裂紋的擴(kuò)展和摩擦都能引起彈性能的突然釋放并以應(yīng)力波向外傳播，這種現(xiàn)象稱為巖石的聲發(fā)射。該理論認(rèn)為巖爆發(fā)生前是一個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)過程，而巖爆是一個(gè)平衡狀態(tài)失穩(wěn)轉(zhuǎn)化為另一個(gè)平衡狀態(tài)的動(dòng)力失穩(wěn)過程。 KK * ? 1變形失穩(wěn)理論 ? 失穩(wěn)理論是近年來才被應(yīng)用于巖爆研究。 這些沖擊傾向的指標(biāo)包括：彈性變形指數(shù) 、 有效沖擊能指數(shù) 、 極限剛度比 、破壞速度指數(shù)等 。 ? ?dWdtdWdtdWdtR ED?? 1沖擊傾向理論 ? 一般容易發(fā)生巖爆的巖體具有同樣的物理力學(xué)特征 ，這種產(chǎn)生沖擊破壞的能力稱為沖擊傾向 ， 它是巖爆產(chǎn)生的必要條件 。 ? ? ?? *能量理論 ? 能量理論從能量轉(zhuǎn)化的角度來分析巖爆的成因，該理論認(rèn)為巖體 圍巖系統(tǒng)在力學(xué)平衡狀態(tài)下破壞所釋放的能量大于所消耗的能量時(shí)，即形成巖爆。現(xiàn)場資料表明：許多地下工程巖體承受的應(yīng)力超過它強(qiáng)度時(shí) ， 雖然已進(jìn)入了軟化階段 ， 但多數(shù)并未發(fā)生巖爆現(xiàn)象 。 ? 近代的強(qiáng)度理論引入系統(tǒng)的觀點(diǎn)，以巖體 圍巖系統(tǒng)作為研究對象，認(rèn)為巖體的承載能力應(yīng)該是巖體和圍巖系統(tǒng)的綜合強(qiáng)度，當(dāng)巖體承受的應(yīng)力大于或等于巖體 圍巖系統(tǒng)強(qiáng)度時(shí)，就發(fā)生巖爆。 ? 目前的研究多集中在巖爆發(fā)生的準(zhǔn)則方面 ， 相繼形成了強(qiáng)度理論 、 能量理論 、失穩(wěn)理論 、 沖擊傾向理論等 ， 巖爆發(fā)生以后巖塊的動(dòng)力行為 ， 完全按照運(yùn)動(dòng)學(xué)的方程來分析 。 采礦開挖引起的礦山壓力災(zāi)害 液壓支架立柱缸體爆裂、鼓肚、彎曲、損壞。它是煤炭、冶金、水電及鐵道等地下工程中重大災(zāi)害之一。 （二）改變煤層的物理力學(xué)性能 這方面的方法主要有：高壓注水，放震動(dòng)炮和孔槽卸壓等 巖爆和沖擊地壓 ? 基本定義 ? 巖爆是地下工程中的一種特殊現(xiàn)象，一般定義為在應(yīng)力集中作用下，脆性煤巖體內(nèi)積聚的彈性應(yīng)變能在外界的擾動(dòng)觸發(fā)下突然釋放，致使煤巖向自由空間產(chǎn)生位移的動(dòng)力現(xiàn)象。國內(nèi)外常使用的有鉆屑法與地音探測和地質(zhì)及開采技術(shù)條件分析的綜合方法，是實(shí)用、簡易的有效方法，在我國已得到應(yīng)用。 （六）工程地震探測法 :用人工方法造成地震，觀測這種地震波的傳播速度，編制出波速與時(shí)間的關(guān)系圖，波速增大段表示有較大的應(yīng)力作用，結(jié)合地質(zhì)和開采技術(shù)條件分析，判斷發(fā)生沖擊地壓的傾向度。這樣 ,地音監(jiān)測法的原理是 ,用微震儀或拾震器連續(xù)或間斷地監(jiān)測巖體的地音現(xiàn)象。這種聲發(fā)射亦稱地音。在鉆進(jìn)過程中，在規(guī)定的防范深度范圍內(nèi)，出現(xiàn)危險(xiǎn)煤粉量的測值或鉆桿被卡死的現(xiàn)象，則認(rèn)為具有沖擊危險(xiǎn)，應(yīng)采取相應(yīng)的解危措施。 （四）鉆屑法 :又稱為鉆粉率指數(shù)法或鉆孔檢驗(yàn)法。這種方較為簡單，經(jīng)常用作輔助指標(biāo)。當(dāng) K≥，有發(fā)生沖擊地壓的危險(xiǎn)。 （二）彈性變形法 : 它是全蘇礦山測量研究院提出的。波蘭采礦研究總院規(guī)定：WET≥ ５為強(qiáng)沖擊傾向； 2≤WET ＜５為弱沖擊傾向； WET＜２為無沖擊傾向。 （ 5）沖擊地壓預(yù)測 （一） WET法 ： 該方法是波蘭采礦研究總院提出的，用于測定煤層沖擊傾向。從防治沖擊地壓的角度而言，壁式開采優(yōu)于柱式開采，旱采優(yōu)于水采，直線工作面優(yōu)于曲線工作面。 上述三種理論提出了發(fā)生沖擊地壓的三個(gè)準(zhǔn)則，即強(qiáng)度準(zhǔn)則、能量準(zhǔn)則和沖擊傾向度準(zhǔn)則。 （ 2）能量理論 ：當(dāng)?shù)V體與圍巖系統(tǒng)的力學(xué)平衡狀態(tài)破壞后所釋放的能量大于其破壞所消耗能量時(shí)，就會(huì)發(fā)生沖擊地壓。一旦高應(yīng)力突然加大或系統(tǒng)阻力突然減小時(shí)，煤體可產(chǎn)生突然破壞和運(yùn)動(dòng)，拋向已采空間，形成沖擊地壓 （ 3） 沖擊傾向理論 ：介質(zhì)實(shí)際的沖擊傾向度大于規(guī)定的極限值 。由于平行于層面的摩擦阻力和側(cè)向阻力阻礙了煤體沿層面的移動(dòng)，使煤體更加壓實(shí)，承受更高的壓力，積蓄較多的彈性能。 （ 3）沖擊地壓成因和機(jī)理 （ 1）強(qiáng)度理論 ： 發(fā)生的條件是礦山壓力大于煤體 — 圍巖力學(xué)系統(tǒng)的綜合強(qiáng)度。 ? 圍巖沖擊 : 發(fā)生在頂?shù)装鍘r層內(nèi)，根據(jù)位置有頂板沖擊和底板沖擊。 ? 中等沖擊 :拋出煤量在 10~50t，震級在 1~2級的沖擊地壓。 ? 弱沖擊 : 煤或巖石向已采空間拋出，但破壞性不很大，對支架、機(jī)器和設(shè)備基本上沒有損壞，圍巖產(chǎn)生震動(dòng)，一般震級在 下，伴有很大聲響，產(chǎn)生煤塵，在瓦斯煤層中可能有大量瓦斯涌出。較弱的礦震稱為微震，也稱為“煤炮’ 。 （二）根據(jù)沖擊的顯現(xiàn)強(qiáng)度分類 ? 彈射 : 一些單個(gè)碎塊從處于高應(yīng)力狀態(tài)下的煤或巖體上射落，并伴有強(qiáng)烈聲響，屬于微沖擊現(xiàn)象。 ?重力應(yīng)力型沖擊地壓 : 主要受重力作用，沒有或只有極小構(gòu)造應(yīng)力影響的條件下引起的沖擊地壓，如棗莊、撫順、開灤等局發(fā)生的沖擊地壓。 （ 2） 沖擊地壓分類 沖擊地壓一般可根據(jù)應(yīng)力狀態(tài)、顯現(xiàn)強(qiáng)度和發(fā)生的地點(diǎn)和位置的不同進(jìn)行分類。以后，隨著采深的增加和開采范圍的不斷擴(kuò)大，北京、撫順、棗莊、開灤、大同、北票、南桐等礦區(qū)的許多礦井，都先后發(fā)生和記錄了沖擊地壓。常導(dǎo)致巷道支架破壞，設(shè)備移動(dòng)和空間被堵塞，危害程度比一般礦山壓力顯現(xiàn)程度更為嚴(yán)重，在地下開采中易造成嚴(yán)重的自然災(zāi)害。 防治工程 減滑工程 抗滑工程 擋土墻、抗滑樁、錨固工程、豎井樁 削坡減重 地表水排除工程 地下水排除工程 排氣工程 河道構(gòu)筑物 地表水溝 防滲工程 水平鉆孔 集水井 泄水隧道 立體排水工程 沖擊地壓的系統(tǒng)科學(xué) （ 1） 概述 沖擊地壓 :井巷或采場周圍巖體在其力學(xué)平衡狀態(tài)破壞時(shí)，由于彈性變形能突然釋放而產(chǎn)生的突然、急劇、猛烈的動(dòng)力現(xiàn)象。 滑坡的防治措施 防治措施大致分為減滑工程和抗滑工程，減滑工程在于改變滑坡的地形、土質(zhì)、地下水等狀態(tài)。 ? 楔形體滑動(dòng)模型及其穩(wěn)定性計(jì)算 A D C B H ? ? ? B D A C 面 A 面 C G N N1 N2 ?1