矿山压力与矿山压力显现.ppt

* Ground Pressure and Strata Control *资源与环境工程学院-资源工程1系 矿山压力与岩层控制电子教案 2.1 矿山压力及其在围岩中的分布 2.2 矿山压力显现 2.3 矿山压力与矿山压力显现间的关系 2.1 矿山压力及其在围岩中的分布 矿压与矿压显现 2.1.1 矿山压力的概念 图2.1 采动空间与围岩 围岩：采动空间周围岩体，包括图2.1中所示的顶板（T），底板（D）及两帮（B）岩层，统称为“围岩”。 采动：在煤或岩层中开掘巷道和进行回采工作称为对煤（或岩）层的“采动”。 采动空间：采动后，在煤（或岩）层中形成的空间称为“采动空间”。 矿压与矿压显现 （a）开采前 （b）开采后 图2.2 开采前后应力分布 煤及岩层采动前，一般在覆盖层重力、构造运动作用力等地质力的作用之下，处于三向受力的原始平衡状态。煤及岩层采动后，由于支承条件的改变，其原始平衡状态遭到破坏，边界上的作用力、分布在各点的应力（包括大小及方向）随之改变。 矿山压力：采动后作用于岩层边界上或存在于岩层之中，促使围岩向已采空间的运动的力。 （即采动后促使围岩运动的力） 矿压与矿压显现 2.1.2 矿山压力的来源 采动前原岩中各点的应力，就其来源主要有以下三个方面： ①覆盖岩层的重力； ②构造运动的作用力； ③岩体膨胀的作用力，包括岩体因温度升高或遇水膨胀而产生的力等。 （1）重力 在未受构造运动影响的地区，处于某一深度的岩层中，覆盖岩层重量所引起的垂直压应力可表示为： 图2.3 单元体受力状态 矿压与矿压显现 单元体受力平衡条件为： 可得出该点在垂直压力的作用下产生的水平压应力为： 矿压与矿压显现 ①垂直应力、水平应力都是压应力，且水平应力由垂直应力引起。 重力原始应力场的特点： ④应力场中各点最大、最小主应力的方向基本不变，同一深度水平、同一岩层中的应力值基本上相同，且与时间无关。 ②垂直压应力随深度的增加呈正比例的增加。但水平压应力在深度超过某数值后，随深度增加是非线性的，增加的比例随围岩性质的不同而不同。因此，矿山压力随采深增加而成比例增加的说法是不确切的。 ③采动前，岩层中任何点的垂直平面和水平面上不存在剪应力分量。（两平面上的应力都是主应力）。 矿压与矿压显现 （2）构造应力 深部岩层中各点的应力将是自重应力场和构造应力场在该点应力的叠加，其最大主应力的大小和方向，多数情况下是由构造运动形成的应力所决定的。 （a）垂直成因构造 （b）水平成因构造 图 2.4 构造应力 在受构造运动作用力影响强烈的地区，特别是临近背斜轴、向斜轴等构造线的部位，构造运动形成的应力场往往是重要的。 矿压与矿压显现 （3）膨胀应力 泥质岩石特别是含有蒙脱石等吸水很强的成分情况下，遇水膨胀可以产生很高的膨胀应力，是巷道矿山压力的一个重要来源。龙口矿区、吉林省梅河、舒兰等矿务局的一些矿井中，在软岩中开掘和维护巷道遇到较大的困难，主要是膨胀压力作用的结果。 矿压与矿压显现 2.2 矿山压力显现 煤及岩层采动后，应力重新分布，处于采动边界的部位承受较高压力作用，约束条件、受力状况都发生明显改变。当该部位承受的压力值没有超出其允许的限度时，围岩处于稳定状态。当采动边界部位的煤（岩）体所承受的压力值超出其允许极限后，围岩运动将明显表现出来，即产生煤（岩）体扩容后的塑性破坏、煤（岩）帮片塌、顶板下沉与底板鼓起等一系列矿压现象。 采动后，在矿山压力作用下通过围岩运动与支架受力等形式所表现出来的矿山压力现象，称为“矿山压力显现”。 矿山压力显现的基本形式包括围岩的明显运动与支架受力等两个方面。 2.2.1基本概念 矿压与矿压显现 （1）围岩运动 （d）顶板下沉与支架承载 图2.14 矿山压力显现的基本形式 ①两帮运动：巷道两帮的弹性变形、裂隙扩展、两帮岩体扩容后产生的塑性破坏与塑性流动，两帮岩体向着采动空间内的移动 ②顶板运动：指巷道及工作面顶板的弯曲下沉、裂断破坏及破碎岩石冒落。 ③底板运动：指巷道及工作面底板岩层的鼓起、隆起及裂断破坏等。 （a）冒落、片帮 （b）两帮鼓出 （c）顶底板移近 矿压与矿压显现 反映围岩运动的动态信息：顶底板、两帮的移近量、移近速度，以及顶板压力（顶底板岩层相对移动过程中的压力显现）等。 （2）支架受力 支架承受载荷的增