礦山壓力與巖層控制第七章巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律課件.ppt

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1、礦山壓力與巖層控制第七章巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律第一節(jié)巷道圍巖應力及變形規(guī)律第二節(jié)受采動影響巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律第三節(jié)巷道圍巖控制原理第一節(jié)巷道圍巖應力及變形規(guī)律一、受采動影響巷道的圍巖應力（一）原巖體內(nèi)掘進巷道引起的圍巖應力巷道開掘后原巖應力重新分布，巷道圍巖內(nèi)出現(xiàn)應力集中。如果圍巖應力小于巖體強度，圍巖仍處于彈性狀態(tài)，圍巖應力可用彈性力學方法按平面應變問題計算。雙向等壓原巖應力場內(nèi)圓形巷道圍巖應力分布如圖7-1所示。圖7-1圓形巷道圍巖彈性變形應力分布如果圍巖應力大于巖體強度，巷道圍巖會產(chǎn)生塑性變形，從巷道周邊向圍巖深處擴展到一定范圍，出現(xiàn)塑性變形區(qū)，成

2、為彈塑性介質(zhì)。在塑性區(qū)內(nèi)圈（A）圍巖強度明顯削弱，低于原始應力γH，圍巖發(fā)生破裂和位移稱為破裂區(qū)，也叫卸載和應力降低區(qū)。塑性區(qū)外圈（B）的應力高于原始應力，它與彈性區(qū)內(nèi)應力增高部分均為承載區(qū)，也稱應力增高區(qū)。再向圍巖深部即為處于穩(wěn)定狀態(tài)的原始應力區(qū)。圖7-2圓形巷道圍巖塑性變形區(qū)及應力分布A—破裂區(qū)；B—塑性區(qū)；C—彈性區(qū)；D—原始應力區(qū)（二）回采工作面周圍支承壓力分布煤層開采過程破壞原巖應力場的平衡狀態(tài)，引起應力重新分布。對于受到采動影響的巷道，它的維護狀況除了受巷道所處位置的自然因素影響以外，主要取決于采動影響。煤層開采以后，采空區(qū)上部巖層重

3、量將向采空區(qū)周圍新的支承點轉(zhuǎn)移，從而在采空區(qū)四周形成支承壓力帶（圖7-3）。圖7-3采空區(qū)應力重新分布概貌1—工作面前方超前支承壓力2、3—工作面傾斜方向殘余支承壓力4—工作面后方采空區(qū)支承壓力工作面超前支承壓力影響范圍為40～80m，支承壓力峰值位置距煤壁一般為4～8m應力增高系數(shù)為2～4。工作面傾斜方向固定性支承壓力影響范圍一般為15～40m，支承壓力峰值位置距煤壁一般為15～20m，應力增高系數(shù)為2～3。相鄰的采空區(qū)所形成的支承壓力會在某些地點發(fā)生相互疊加，稱為疊合支承壓力。例如，在上下區(qū)段之間，上區(qū)段采空區(qū)形成的殘余支承壓力與下區(qū)段工作面

4、超前支承壓力疊加，在煤層向采空區(qū)凸出的拐角，形成很高的疊合支承壓力，應力增高系數(shù)可達5～7，有時甚至更高(圖7-4)。圖7-4煤層凸出角處疊加支承壓力（三）采動引起的底板巖層應力分布煤層開采引起回采空間周圍巖層應力重新分布，不僅在回采空間周圍煤體（柱）上造成應力集中，還會在頂板與底板巖層內(nèi)形成應力的重新分布。在底板巖層一定范圍內(nèi)應力的重新分布，成為影響底板巷道布置和維護的重要因素。煤層頂?shù)装逯兄С袎毫谐潭入S距開采煤層距離的增加而降低。（a）一側(cè)采空圖7-5三種典型的煤柱載荷作用下底板巖層的應力分布（b）兩側(cè)采空，煤柱寬B圖7-5三種典型的煤柱

5、載荷作用下底板巖層的應力分布（c）兩側(cè)采空，煤柱寬2B圖7-5三種典型的煤柱載荷作用下底板巖層的應力分布圖7-6上部煤層采動遺留保護煤柱引起底板巖層內(nèi)應力分布二、相鄰巷道的應力分布及巷道間距的確定（一）巷道圍巖應力影響帶巷道開掘以后，巷道周圍巖體內(nèi)的應力重新分布。巷道圍巖應力受擾亂的區(qū)域稱為影響帶，一般以超過原巖應力值的5％作為影響帶的邊界。如果相鄰巷道的應力影響帶彼此不重疊，可以忽略巷道間的相互影響。如果相鄰巷道的應力影響帶彼此重疊，但沒有到達相鄰巷道，可進行巷道圍巖應力值的疊加。在靜水壓應力場中，巷道的應力影響區(qū)域形狀為半徑等于6r的圓（r為

6、巷道斷面半徑）。在非靜水壓應力場中，巷道的應力影響區(qū)域形狀不再是圓形，一般為長軸不大于12r的橢圓。因此，斷面相同兩圓形巷道的間距D為6r＜D＜12r半徑不同兩圓形巷道的間距D為6R＜D＜6（R＋R）如果巷道周邊形成塑性變形區(qū)，相鄰巷道的應力影響帶不宜超過塑性變形區(qū)與彈性變形區(qū)的交界面。（二）巷間巖柱的穩(wěn)定性巖柱的穩(wěn)定性主要取決于巖柱的載荷和巖柱強度。當巖柱所承受的載荷超過巖柱的承載能力時，巖柱是不穩(wěn)定的。（三）相鄰巷道間合理距離我國煤礦目前采深條件下，大巷間的距離以20～40m為宜，圍巖較穩(wěn)定時取小值，不穩(wěn)定時取大值；在淺部和堅硬圍巖以及在急傾

7、斜煤層條件下，大巷間距可減小至10m；在深部和松軟圍巖條件下，大巷間距可增大至50m。上下山及集中巷間距以15～30m為宜，圍巖較穩(wěn)定時取小值，不穩(wěn)定時取大值；在淺部和堅硬圍巖以及在急傾斜煤層條件下，上述距離可減小到10m，在深部和松軟圍巖以及厚煤層內(nèi)，間距應擴大到40～50m。表7-2巷道相互影響系數(shù)前《蘇聯(lián)煤礦巷道合理布置保護和支護規(guī)程》規(guī)定：D＝（a1＋a2）K1a1＋a2—相互影響的巷道總寬度，mK1—巷道相互影響系數(shù)三、構造應力對巷道穩(wěn)定性的影響（一）構造應力構造應力的基本特點是以水平應力為主，具有明顯的方向性和區(qū)域性。(二）水平應力對

8、巷道穩(wěn)定性的影響水平應力是影響巷道頂板冒落、底板臌起、兩幫內(nèi)擠的主要因素。頂板巖層在水平應力作用下可能出現(xiàn)兩種破壞形式：一是薄層頁巖類巖