礦壓課件(1礦山壓力與礦山壓力顯現(xiàn))山科

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1、第一章礦山壓力與礦山壓力顯現(xiàn)1.1礦山壓力及其在圍巖中的分布1.2礦山壓力顯現(xiàn)1.3礦山壓力與礦山壓力顯現(xiàn)間的關系9/9/202111.1礦山壓力及其在圍巖中的分布礦山壓力與礦山壓力顯現(xiàn)基本概念圖1.1采動空間與圍巖圍巖：采動空間周圍受采動影響的巖體，包括圖1.1中所示的頂板（T），底板（D）及兩幫（B）巖層，統(tǒng)稱為“圍巖”。采動：在煤或巖層中開掘巷道和進行回采工作稱為對煤（或巖）層的“采動”。采動空間：采動后，在煤（或巖）層中形成的空間稱為“采動空間”。9/9/20212煤及巖層采動前（處于三向受力的原始平衡狀態(tài)）礦山壓力與礦山壓力顯現(xiàn)9/9/20213（邊界上及煤

2、巖體內部各點的應力隨之改變）煤及巖層采動后礦山壓力與礦山壓力顯現(xiàn)9/9/20214礦山壓力：采動后作用于巖層邊界上或存在于巖層之中，促使圍巖向已采空間的運動的力，即采動后促使圍巖運動的力。礦山壓力與礦山壓力顯現(xiàn)9/9/202151.1.2礦山壓力的來源采動前原始巖層中已經(jīng)存在的應力是礦山壓力產(chǎn)生的根源。原巖中的應力來源于以下三個方面：①覆蓋巖層的重力；②構造運動的作用力；③巖體膨脹的作用力，包括溫度升高或遇水膨脹產(chǎn)生的力礦山壓力與礦山壓力顯現(xiàn)9/9/20216（1）重力在未受構造運動影響的地區(qū)，處于某一深度的巖層中，覆蓋巖層重量所引起的垂直壓應力可表示為：水平壓應力為

3、：礦山壓力與礦山壓力顯現(xiàn)9/9/20217礦壓與礦壓顯現(xiàn)9/9/20218注意?。。〉V山壓力隨采深增加而成比例增加嗎？垂直壓應力隨深度的增加呈正比例的增加，但水平壓應力在深度超過某數(shù)值后，隨深度增加是非線性的，增加的比例隨圍巖性質的不同而不同。因此，礦山壓力隨采深增加而成比例增加的說法是不確切的。為了正確解決礦山壓力控制問題，必須找出不同巖石水平應力迅速增長的臨界深度。礦山壓力與礦山壓力顯現(xiàn)9/9/20219（2）構造應力（a）垂直成因構造（b）水平成因構造圖構造應力在受構造運動作用力影響強烈的地區(qū)，特別是背斜軸、向斜軸等構造線的部位，構造運動形成的應力場往往是重要的

4、。礦山壓力與礦山壓力顯現(xiàn)9/9/202110在受構造運動作用力影響強烈的地區(qū)，深部巖層中各點的應力將是自重應力場和構造應力場在該點應力的疊加，其最大主應力的大小和方向，多數(shù)情況下是由構造運動形成的應力所決定的。礦山壓力與礦山壓力顯現(xiàn)9/9/202111（3）膨脹應力溫度引起的膨脹應力礦山壓力與礦山壓力顯現(xiàn)9/9/202112含有蒙脫石等吸水性很強成分的巖石，遇水膨脹可以產(chǎn)生很高的膨脹應力，是巷道礦山壓力的一個重要來源。如：龍口礦區(qū)、吉林省梅河、舒蘭等礦務局的一些礦井中，在軟巖中開掘和維護巷道遇到較大的困難，主要是膨脹壓力作用的結果。巖體膨脹引起的應力某礦軟巖巷道變形圖

5、片（井下實地拍攝）礦山壓力與礦山壓力顯現(xiàn)煤礦軟巖（煤）、硬巖（煤）的辯證關系？？？9/9/2021131.2礦山壓力顯現(xiàn)礦山壓力顯現(xiàn)：采動后，在礦山壓力作用下通過圍巖運動與支架受力等形式所表現(xiàn)出來的礦山壓力現(xiàn)象。礦山壓力顯現(xiàn)的基本形式：圍巖的明顯運動與支架受力1.2.1基本概念礦山壓力與礦山壓力顯現(xiàn)9/9/202114（1）圍巖運動（d）頂板下沉與支架承載圖1.5礦山壓力顯現(xiàn)的基本形式（a）冒落、片幫（b）兩幫鼓出（c）頂?shù)装逡平从硣鷰r運動的信息：頂?shù)装?、兩幫的移近量、移近速度，頂板壓力（頂?shù)装鍘r層相對移動過程中的壓力顯現(xiàn)）等。礦山壓力與礦山壓力顯現(xiàn)9/9/2021

6、15（2）支架受力支架承受載荷的增減、支架變形（活柱下縮）以及支架壓折等現(xiàn)象。頂板下沉與支架承載礦山壓力與礦山壓力顯現(xiàn)9/9/2021161.2.2礦山壓力顯現(xiàn)的條件礦山壓力顯現(xiàn)是礦山壓力作用下圍巖運動的具體表現(xiàn)。由于圍巖的明顯運動是在滿足一定力學條件后才會發(fā)生，所以礦山壓力顯現(xiàn)是有條件限制的。礦山壓力與礦山壓力顯現(xiàn)9/9/202117（1）兩幫巖體破壞條件若將巷道截面視為一個平面模型，通過架設支架，對兩幫巖體提供一側向應力，使兩幫巖體由單向應力狀態(tài)轉化為雙向應力狀態(tài)，可以阻止破壞的發(fā)展。礦山壓力與礦山壓力顯現(xiàn)9/9/202118（2）頂板巖層破壞條件（a）巷道結構（

7、b）頂板簡化模型礦山壓力與礦山壓力顯現(xiàn)9/9/202119若巷道寬度超過頂板巖層維持平衡時的極限，兩端拉應力超限發(fā)生斷裂。自重作用下頂板巖層彎曲下沉，這時軸向力N將加劇頂板巖層的彎曲，當N超過某一界限，頂板巖層會因屈曲而失穩(wěn)、垮落。礦山壓力與礦山壓力顯現(xiàn)9/9/202120（1）支架受力的相對性支架上的壓力顯現(xiàn)大小主要取決于三方面因素：①支架對圍巖運動的抵抗程度工作面：支架對圍巖抵抗程度越高，承受的荷載越大，圍巖變形越小。相反，如果支架不能對圍巖的運動進行抵抗，而是在運動過程中逐步“退讓”，則支架承受的荷載較小，而圍巖變形則相應增大。1.2.3礦山壓