礦山壓力與礦山壓力顯現(xiàn)課件.ppt

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1、礦山壓力與礦山壓力顯現(xiàn)山東科技大學(xué)資源工程系2008年4月第二章本章提要2.1礦山壓力及其在圍巖中的分布2.2礦山壓力顯現(xiàn)2.3礦山壓力與礦山壓力顯現(xiàn)之間的關(guān)系第二章第1頁(yè)本章特點(diǎn)有較多的基本概念礦山壓力;礦山壓力顯現(xiàn)礦山壓力及其顯現(xiàn)的分布與形式掌握礦山壓力顯現(xiàn)的相對(duì)性學(xué)習(xí)難點(diǎn)第二章第2頁(yè)§2.1礦山壓力及其在圍巖中的分布開掘巷道和進(jìn)行回采工作在煤或巖層中形成的空間采動(dòng)空間周圍的巖體促使圍巖運(yùn)動(dòng)的力第二章第3頁(yè)礦山壓力的概念采動(dòng)采動(dòng)空間圍巖礦山壓力采動(dòng)后(a)開采前(b)開采后圖2.1開采前后應(yīng)力分布第二章第4頁(yè)§2.1礦山壓力及其在圍巖中的分布礦山

2、壓力的來(lái)源第二章第5頁(yè)§2.1礦山壓力及其在圍巖中的分布礦山壓力根源？采動(dòng)前的原巖應(yīng)力隨采深的增加而增加是不確切的來(lái)源？1.巖層重力2.構(gòu)造運(yùn)動(dòng)作用力3巖體膨脹作用力各點(diǎn)主應(yīng)力的大小、方向、垂直應(yīng)力與水平應(yīng)力之間的比值等決定了采動(dòng)后圍巖應(yīng)力重新分布的規(guī)律礦山壓力的分布第二章第6頁(yè)礦山壓力的分布彈性狀態(tài)的分布塑性狀態(tài)的分布分布的穩(wěn)定條件詳細(xì)內(nèi)容參考巖石力學(xué)§2.1礦山壓力及其在圍巖中的分布§2.2礦山壓力顯現(xiàn)礦山壓力顯現(xiàn)的概念第二章第7頁(yè)礦山壓力顯現(xiàn)圍巖運(yùn)動(dòng)支架受力兩幫運(yùn)動(dòng)頂板運(yùn)動(dòng)底板運(yùn)動(dòng)載荷增減支架壓折支架變形概念？采動(dòng)后表現(xiàn)出的礦山壓力現(xiàn)象2.1礦

3、山壓力及其在圍巖中的分布2.2礦山壓力顯現(xiàn)2.3礦山壓力與礦山壓力顯現(xiàn)之間的關(guān)系?第二章第8頁(yè)圖2.2礦山壓力顯現(xiàn)的基本形式第二章第9頁(yè)§2.2礦山壓力顯現(xiàn)頂板下沉與支架承載頂?shù)装逡平鼉蓭凸某雒绊?、片幫礦山壓力顯現(xiàn)的條件(1)兩幫煤體破壞條件兩幫巖體不發(fā)生剪切破壞的條件：兩幫巖體處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的采深：圖2.2摩爾應(yīng)力圓第二章第10頁(yè)(2.1)(2.2)§2.2礦山壓力顯現(xiàn)不支護(hù)例:假如，巷道兩幫巖體力學(xué)參數(shù)為：ψ=25°，C=3MPa，k=2.5，γ=25kN/m3，則：即：在采深小于150m時(shí)，不支護(hù)巷道兩幫不會(huì)破壞。當(dāng)巷道所處采深大于150m后，

4、兩幫巖體會(huì)產(chǎn)生剪切破壞，應(yīng)力將重新分配。若沒有外界約束，破壞繼續(xù)向深部發(fā)展。第二章第11頁(yè)§2.2礦山壓力顯現(xiàn)若將巷道截面視為一個(gè)平面模型，通過(guò)架設(shè)支架，對(duì)兩幫巖體提供一側(cè)向應(yīng)力，使兩幫巖體由單向應(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)化為雙向應(yīng)力狀態(tài)，可以阻止破壞的發(fā)展。反映在圖2.2中是莫爾應(yīng)力圓由位置Ⅰ轉(zhuǎn)移到位置Ⅱ，巖體處于穩(wěn)定狀態(tài)。這時(shí)的條件為：第二章第12頁(yè)(2.3)§2.2礦山壓力顯現(xiàn)（2）頂板巖層破壞條件圖2.3巷道頂板巖層受力狀況第二章第13頁(yè)§2.2礦山壓力顯現(xiàn)自重軸向推力頂板巖層彎曲下沉嵌固端產(chǎn)生的最大彎矩為:如果巷道寬度l超過(guò)頂板巖層維持平衡時(shí)的極限，兩端拉

5、應(yīng)力超限發(fā)生斷裂，以至于垮落。另一方面，由于自重作用下頂板巖層彎曲下沉，這時(shí)軸向力N將加劇頂板巖層的彎曲，當(dāng)N超過(guò)某一界限，頂板巖層會(huì)因屈曲而失穩(wěn)、垮落。顯然，頂板巖層破壞形式是以相應(yīng)的破壞條件為前提。第二章第14頁(yè)§2.2礦山壓力顯現(xiàn)頂板破壞形式受拉破壞屈曲破壞在自重作用下兩嵌固端產(chǎn)生拉破壞的條件為:式中l(wèi)—巷道寬度，m；m1—頂板巖層分層厚度，m；[σ]拉—頂板巖層抗拉強(qiáng)度，Pa；γ—頂板巖層容重，25kN/m3左右。第二章第15頁(yè)(2.5)§2.2礦山壓力顯現(xiàn)①受拉破壞(2.4)圖2.4l0與m1的關(guān)系第二章第16頁(yè)§2.2礦山壓力顯現(xiàn)圖2.4

6、所示不同[σ]拉時(shí)，m1與極限跨度l0間的關(guān)系曲線：當(dāng)受拉相同時(shí)，分層厚度越小，受拉破壞時(shí)的極限跨度越小。②屈曲破壞圖2.5頂板巖層受力示意圖由于巷道頂板巖層不僅受到自身重量的作用，還受到軸推力N的作用。這時(shí)，只考慮自重作用就不全面，頂板巖層的穩(wěn)定性問(wèn)題應(yīng)當(dāng)轉(zhuǎn)化成頂板巖層在自重q及軸推力N共同作用下復(fù)合彎曲時(shí)的失穩(wěn)問(wèn)題。第二章第17頁(yè)§2.2礦山壓力顯現(xiàn)如圖2.5所示，梁AB在自重作用下彎曲變形，軸向壓力N在梁的各個(gè)截面上又產(chǎn)生一個(gè)分布彎矩Nω。由于這一彎矩作用，將使梁的彎曲在原有基礎(chǔ)上進(jìn)一步加劇。而且梁變形后N又將產(chǎn)生新的變曲變形，……。如果N不大

7、，彎曲變形很小，影響不大。當(dāng)軸向壓力N達(dá)到一定限度后，由N產(chǎn)生的彎曲變形將是一個(gè)惡性循環(huán)，梁將無(wú)法達(dá)到新的平衡狀態(tài)而導(dǎo)致破壞，這就是頂板巖層的屈曲破壞。（關(guān)于屈曲破壞詳見課本41~45頁(yè)）第二章第18頁(yè)§2.2礦山壓力顯現(xiàn)礦壓顯現(xiàn)的相對(duì)性礦山壓力顯現(xiàn)是礦山壓力作用下圍巖運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。由于圍巖運(yùn)動(dòng)是由其受力大小、邊界約束條件、自身強(qiáng)度極限等因素所決定。而且，圍巖運(yùn)動(dòng)過(guò)程中引起支架承受載荷的變化，不僅取決于圍巖運(yùn)動(dòng)的發(fā)展情況，還與支架對(duì)圍巖運(yùn)動(dòng)的抵抗程度密切相關(guān)。由此可見，礦山壓力顯現(xiàn)是相對(duì)的。礦山壓力顯現(xiàn)的相對(duì)性巷道圍巖運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性支架受力的相對(duì)性第二章

8、第19頁(yè)§2.2礦山壓力顯現(xiàn)（1）巷道圍巖運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性①開采深度越淺，與采深有關(guān)的支承壓力越大煤巷巖體出現(xiàn)明