第一章岩石性质.ppt

处于一定深度的原岩体，承受着上部岩体的重量，由于这个重量所引起的单位面积上的内力，就是自重应力。 岩体的自重应力随着深度呈线性增长，在一定深度范围内岩体的自重应力数值不大，岩体基本上处于弹性状态。当埋深较大且超过某一极限深度时，岩体的自重应力就会超过岩体的弹性限度，岩体将处于塑性状态。 岩体自重应力的方向是指向地心的。但巷道开挖后，自重应力不但能产生顶板压力，同样可产生侧压，并且根据岩性不同而产生的水平压力约等于垂直压力的25%~40%。 地质构造作用在岩体内积存着的应力称为构造应力。 构造应力产生的原因是岩体中储存的弹性变形能很大。岩体的弹性变形能越大，若岩体中的应力达到强度极限，岩体就破坏，产生地质构造。 常见的是：向、背斜、逆断层，他们的共同特点是构造应力的方向与构造走向垂直，若巷道穿越压应力构造带，巷道围岩不产生拉应力。 最明显常见的是张性断层（正断层），构造应力的方向与走向一致，若在构造应力场内布置巷道，巷道围岩将遭受拉应力作用，支护非常困难。 常见的是平推断层和剪切缝，构造应力的方向是剪切缝锐角平分线方向。构造应力值的主要获取手段是实测，并辅以麦克库钦理论加以验证。 在岩体内开掘巷道后，巷道上方悬露岩层的质（重）量将要转移到两帮的煤（岩）体上，在巷道两侧形成应力升高区，而在巷道底板出现应力降低区，在应力升高区以外，仍保持原始应力状态 。 开掘后，巷道周边岩石的受力状态由三向压缩转为双向压缩，岩石强度有很大减弱。在集中应力的作用下，巷道两侧边缘的围岩就要被压裂甚至压碎，此处应力也随之降低。由于这种破碎区的产生，从而导致应力再一次重新分布，支承压力向岩体深部发展，巷道周围即被应力降低区（即破碎区）所包围 。 井巷地压包括变形地压和松动地压两类。变形地压又分为弹性变形压力和塑性变形压力。弹性变形压力，不是支护的对象。 塑性变形压力。如果能及时地进行支护,不会造成巷道失稳。 减小应力集中和避免采动影响是控制变形压力的首要措施。 围岩压力松动压力按成因划分为巷道的顶压、侧压和底压三种类型。 巷道开掘以后，暴露出来的顶板岩石，类似双支梁一样支承上部岩石的压力。受力后的顶板梁将向下弯曲，靠近巷道顶板线的岩石承受拉力而裂开 。 随着裂隙的增多、扩大，岩石就开始冒落，它的压力也将逐渐降低，而作用在巷道两帮岩石上的压力却逐渐增加 当顶板破碎岩石冒落到一定范围而形成自然平衡拱时，就停止冒落。这时顶板又处于新的平衡状态，巷道上部的压力，通过拱顶传到巷道两帮岩石上。顶板下沉变形和顶板冒落的岩石作用在支承物上的压力称为顶压。 （a）顶板下沉两帮挤进 （b）顶板起尖两帮挤进 （c）顶底板移近两帮挤进 巷道侧压引起的两帮挤进图 巷道产生的侧压得到新的平衡之后，新的自然平衡拱仍将上部的压力传给巷道两帮，再传给底板。当巷道底板结构为软弱岩层时，底板在水平集中压力作用下的底鼓变形十分明显，围岩控制的重点将是底鼓。 根据上述三种围岩松动压力产生的原因可知，侧压和底压都是由顶压引起的，而顶压与巷道的掘进及支护关系更为密切。因此，在生产实践中，对于顶压所引起的围岩变形移动现象，应特别注意。 （1）巷道掘进后，围岩首先产生弹性变形。 （2）随掘进时间的延长，围岩变形速度将日趋缓和。 （3）当巷道周边岩石为较软岩层时，围岩变形从位移扩大到松软破裂带直至岩石冒落，此时围岩压力显著增大。 （4）围岩开始冒落到完成，围岩压力将从高峰值逐渐降低并趋于稳定。 * * 第一章 岩石的性质与分级 第一节 岩石的物理性质 第三节 岩石分级和围岩分类 第二节 岩石的力学变形和强度特性 第四节 井巷地压理论 2 1 3 1．岩石 2．地下水 3．瓦斯 岩石按其生成原因不同，可分为岩浆岩，沉积岩和变质岩等三大类。 沉积岩是由沉积物经过压紧、胶结等作用而形成的岩石，是一种经过一系列地质作用的产物。 随着地壳不断地沉降，沉积物由下而上，逐层逐层地堆积起来而不断增厚，经过压实、脱水、脱结等固结成岩作用，松散的沉积物就形成了坚硬的沉积岩。 指粒径大于2mm的岩石碎屑胶结而成的碎屑结构类型，如砾岩； 指粒径变化在2～0.05mm之间的碎屑结构类型，如砂岩； 指粒径变化在0.05～0.005mm之间的碎屑结构类型，如粉砂岩、页岩等； 指粒径小于0.005mm的碎屑结构类型，如泥岩、粘土岩等。 1）岩石的结构 岩石的构造是指岩石中矿物颗粒集合体之间，以及它与其他组成部分之间的排列方式和充填方式。 岩石的颗粒互相严密地紧贴在一起，没有固定的排列方向 岩石颗粒彼此相接并不严密，颗粒之间有许多小空隙(微孔) 岩石颗粒互相交替，表现出层次叠置现象(层理) 2）岩石的构造 岩石的密度是指在绝对密实状态下，单位体积内