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)之間的關系第二章第1頁本章特點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)的相對性學習難點第二章第2頁§2.1礦山壓力及其在圍巖中的分布開掘巷道和進行回采工作在煤或巖層中形成的空間采動空間周圍的巖體促使圍巖運動的力第二章第3頁礦山壓力的概念采動采動空間圍巖礦山壓力采動后(a)開采前(b)開采后圖2.1開采前后應力分布第二章第4頁§2.1礦山壓力及其在圍巖中的分布礦山

2、壓力的來源第二章第5頁§2.1礦山壓力及其在圍巖中的分布礦山壓力根源？采動前的原巖應力隨采深的增加而增加是不確切的來源？1.巖層重力2.構造運動作用力3巖體膨脹作用力各點主應力的大小、方向、垂直應力與水平應力之間的比值等決定了采動后圍巖應力重新分布的規(guī)律礦山壓力的分布第二章第6頁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)定條件詳細內(nèi)容參考巖石力學§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頁礦山壓力顯現(xiàn)圍巖運動支架受力兩幫運動頂板運動底板運動載荷增減支架壓折支架變形概念？采動后表現(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)之間的關系?第二章第8頁圖2.2礦山壓力顯現(xiàn)的基本形式第二章第9頁§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)時的采深：圖2.2摩爾應力圓第二章第10頁(2.1)(2.2)§2.2礦山壓力顯現(xiàn)不支護例:假如，巷道兩幫巖體力學參數(shù)為：ψ=25°，C=3MPa，k=2.5，γ=25kN/m3，則：即：在采深小于150m時，不支護巷道兩幫不會破壞。當巷道所處采深大于150m后，

4、兩幫巖體會產(chǎn)生剪切破壞，應力將重新分配。若沒有外界約束，破壞繼續(xù)向深部發(fā)展。第二章第11頁§2.2礦山壓力顯現(xiàn)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(cè)向應力，使兩幫巖體由單向應力狀態(tài)轉(zhuǎn)化為雙向應力狀態(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)。這時的條件為：第二章第12頁(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§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超過頂板巖層維持平衡時的極限，兩端拉

5、應力超限發(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。顯然，頂板巖層破壞形式是以相應的破壞條件為前提。第二章第14頁§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—頂板巖層抗拉強度，Pa；γ—頂板巖層容重，25kN/m3左右。第二章第15頁(2.5)§2.2礦山壓力顯現(xiàn)①受拉破壞(2.4)圖2.4l0與m1的關系第二章第16頁§2.2礦山壓力顯現(xiàn)圖2.4

6、所示不同[σ]拉時，m1與極限跨度l0間的關系曲線：當受拉相同時，分層厚度越小，受拉破壞時的極限跨度越小。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，只考慮自重作用就不全面，頂板巖層的穩(wěn)定性問題應當轉(zhuǎn)化成頂板巖層在自重q及軸推力N共同作用下復合彎曲時的失穩(wěn)問題。第二章第17頁§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在梁的各個截面上又產(chǎn)生一個分布彎矩Nω。由于這一彎矩作用，將使梁的彎曲在原有基礎上進一步加劇。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。當軸向壓力N達到一定限度后，由N產(chǎn)生的彎曲變形將是一個惡性循環(huán)，梁將無法達到新的平衡狀態(tài)而導致破壞，這就是頂板巖層的屈曲破壞。（關于屈曲破壞詳見課本41~45頁）第二章第18頁§2.2礦山壓力顯現(xiàn)礦壓顯現(xiàn)的相對性礦山壓力顯現(xiàn)是礦山壓力作用下圍巖運動的結果。由于圍巖運動是由其受力大小、邊界約束條件、自身強度極限等因素所決定。而且，圍巖運動過程中引起支架承受載荷的變化，不僅取決于圍巖運動的發(fā)展情況，還與支架對圍巖運動的抵抗程度密切相關。由此可見，礦山壓力顯現(xiàn)是相對的。礦山壓力顯現(xiàn)的相對性巷道圍巖運動的相對性支架受力的相對性第二章

8、第19頁§2.2礦山壓力顯現(xiàn)（1）巷道圍巖運動的相對性①開采深度越淺，與采深有關的支承壓力越大煤巷巖體出現(xiàn)明