1、2019/2/18,1,第一章 矿山压力与矿山压力显现,1.1 矿山压力及其在围岩中的分布,1.2 矿山压力显现,1.3 矿山压力与矿山压力显现间的关系,2019/2/18,2,1.1 矿山压力及其在围岩中的分布,矿山压力与矿山压力显现,基本概念,图1.1 采动空间与围岩,围岩：采动空间周围受采动影响的岩体，包括图1.1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”。,2019/2/18,3,煤及岩层采动前（处于三向受力的原始平衡状态）,矿山压
2、力与矿山压力显现,2019/2/18,4,（边界上及煤岩体内部各点的应力随之改变）,煤及岩层采动后,矿山压力与矿山压力显现,2019/2/18,5,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。,矿山压力与矿山压力显现,2019/2/18,6,1.1.2 矿山压力的来源,采动前原始岩层中已经存在的应力是矿山压力产生的根源。原岩中的应力来源于以下三个方面： 覆盖岩层的重力； 构造运动的作用力； 岩体膨胀的作用力，包括温度升高或遇水膨胀产生的力,矿山压力与矿山压力显现,2019/2/18,7,（1）重力,在未受构造运动影响的地区，处于某
3、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：,水平压应力为：,矿山压力与矿山压力显现,2019/2/18,8,矿压与矿压显现,2019/2/18,9,注意！矿山压力随采深增加而成比例增加吗？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。为了正确解决矿山压力控制问题，必须找出不同岩石水平应力迅速增长的临界深度。,矿山压力与矿山压力显现,2019/2/18,10,（2）构造应力,（a）垂直成因构造 （b）水平成因构造图 构造应力,在受构造运动作用力影响强
4、烈的地区，特别是背斜轴、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。,矿山压力与矿山压力显现,2019/2/18,11,在受构造运动作用力影响强烈的地区，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。,矿山压力与矿山压力显现,2019/2/18,12,（3）膨胀应力,温度引起的膨胀应力,矿山压力与矿山压力显现,2019/2/18,13,含有蒙脱石等吸水性很强成分的岩石，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。如：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
5、护巷道遇到较大的困难，主要是膨胀压力作用的结果。,岩体膨胀引起的应力,某矿软岩巷道变形图片（井下实地拍摄）,矿山压力与矿山压力显现,煤矿软岩（煤）、硬岩（煤）的辩证关系？,2019/2/18,14,1.2 矿山压力显现,矿山压力显现：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。,矿山压力显现的基本形式：围岩的明显运动与支架受力,1.2.1基本概念,矿山压力与矿山压力显现,2019/2/18,15,（1）围岩运动,（d）顶板下沉与支架承载,图1.5 矿山压力显现的基本形式,（a）冒落、片帮,（b）两帮鼓出,（c）顶底板移近,反映围岩运动的信息：顶底板、两帮的移近
6、量、移近速度，顶板压力（顶底板岩层相对移动过程中的压力显现）等。,矿山压力与矿山压力显现,2019/2/18,16,（2）支架受力,支架承受载荷的增减、支架变形（活柱下缩）以及支架压折等现象。,顶板下沉与支架承载,矿山压力与矿山压力显现,2019/2/18,17,1.2.2 矿山压力显现的条件,矿山压力显现是矿山压力作用下围岩运动的具体表现。由于围岩的明显运动是在满足一定力学条件后才会发生，所以矿山压力显现是有条件限制的。,矿山压力与矿山压力显现,2019/2/18,18,（1）两帮岩体破坏条件,若将巷道截面视为一个平面模型，通过架设支架，对两帮岩体提供一 侧向应力 ，,使两帮岩体由单向应力状
7、态转化为双向应力状态，可以,阻止破坏的发展。,矿山压力与矿山压力显现,2019/2/18,19,（2）顶板岩层破坏条件,（a）巷道结构,（b）顶板简化模型,矿山压力与矿山压力显现,2019/2/18,20,若巷道宽度超过顶板岩层维持平衡时的极限，两端拉应力超限发生断裂。自重作用下顶板岩层弯曲下沉，这时轴向力N将加剧顶板岩层的弯曲，当N超过某一界限，顶板岩层会因屈曲而失稳、垮落。,矿山压力与矿山压力显现,2019/2/18,21,（1）支架受力的相对性,支架上的压力显现大小主要取决于三方面因素：,支架对围岩运动的抵抗程度,工作面：支架对围岩抵抗程度越高，承受的荷载越大，围岩变形越小。相反，如果支
8、架不能对围岩的运动进行抵抗，而是在运动过程中逐步“退让”，则支架承受的荷载较小，而围岩变形则相应增大 。,1.2.3 矿山压力显现的相对性,矿山压力与矿山压力显现,2019/2/18,22,巷道：同一种巷道是采用砌碹支护，还是采用可缩性支 架支护，巷道变形及支架上受力大小差别很大：前者碹体受 力大，巷道变形小（因为支架对围岩运动起到了限制作用）； 后者支架受力相对减小，巷道变形相应增加。,矿山压力与矿山压力显现,2019/2/18,23,采用巷道采用增阻支柱支护时，随着顶板下沉，支柱受力随活柱下缩而逐渐增大，顶板下沉到不同位置，支柱上压力显现是不同的。, 支架的力学特征,矿山压力与矿山压力显现
9、,2019/2/18,24,如果采用恒阻支柱支护，只要支柱受力超过安全阀开启压力，则支柱下缩，并保持压力恒定，即支柱上的压力显现在顶板下沉过程中基本不变。,矿山压力与矿山压力显现,2019/2/18,25, 矿压显现时空观,在A处开掘巷道，巷道侧帮处于弹性状态，产生弹性压缩变形，巷道支柱受力较小。在B处（原始应力区）开掘巷道，只产生弹性变形，但变形量要小于A处，支柱受力会更小。,煤体处于弹性状态,矿山压力与矿山压力显现,2019/2/18,26,煤体处于塑性状态,矿山压力与矿山压力显现,煤体产生塑性破坏，支承压力高峰向深部转移，基本顶岩梁超前煤壁前方断裂。c图中C处掘巷最难维护。,2019/2
10、/18,27,（2）巷道围岩运动的相对性,围岩变形能力不仅取决于所承受的压力大小，还与围岩强度有关，低强度岩体的变形能力要高于高强度岩体。,（a） （b） （c）图 巷道围岩稳定与破坏,矿山压力与矿山压力显现,2019/2/18,28,1.3 矿山压力与矿山压力显现间的关系,矿山压力与矿山压力显现间的辩证关系,矿山压力的存在是客观的、绝对的，它存在于采动空间的周围岩体中。矿山压力显现则是相对的、有条件的，它是矿山压力作用的结果。,矿山压力与矿山压力显现,2019/2/18,29,围岩的明显运动本身就是有条件的，只有当应力达到围岩强度后才会发生。支架受力也是如此，不仅取决于围岩的明显运动，还取决
11、于支架对围岩运动的抵抗程度和支架本身特性。,注意：有矿山压力存在却不一定有明显矿山压力显现,矿山压力与矿山压力显现,2019/2/18,30,注意：矿山压力显现强烈的部位不一定是压力高峰的位置。 在A处顶板下沉量比B处大，但支承压力高峰却是在B处。,矿山压力与矿山压力显现,2019/2/18,31,在岩层运动发展过程中，矿山压力与矿山压力显现之间存在一定的对应关系，根据两者之间的关系，可以通过矿山压力的显现来推断压力高峰的位置，为巷道布置提供依据。,矿山压力与矿山压力显现,2019/2/18,32,砌碹支护,矿山压力与矿山压力显现,2019/2/18,33,U型钢支护,矿山压力与矿山压力显现,2019/2/18,34,U型钢支护,矿山压力与矿山压力显现,2019/2/18,35,锚喷支护,矿山压力与矿山压力显现,2019/2/18,36,矿山压力与矿山压力显现,2019/2/18,37,矿山压力与矿山压力显现,2019/2/18,38,矿山压力与矿山压力显现,2019/2/18,39,矿山压力与矿山压力显现,2019/2/18,40,矿山压力与矿山压力显现,2019/2/18,41,矿山压力与矿山压力显现,
