第2章矿山岩体的原岩应力及其重新分布.pptx

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1、第二章矿山岩体的原岩应力及其重新分布第一节第二节第三节第四节1第一节第二节第三节第四节主要研究内容：本章介绍开采后回采工作空间的应力再分布，支承压力概念及围岩分区。2本章的重点:1、原岩应力的概念2、岩体中弹性能的作用3、回采空间周围支承压力分布难点：圆孔周围应力分布规律第一节第二节第三节第四节3第一节岩体中的原岩应力第二节岩体中的弹性变形能第三节孔周围的应力分布第四节围岩极限平衡与支承压力分布本章内容第一节第二节第三节第四节4第一节岩体中的原岩应力第一节第二节第三节第四节5矿山开采前,首先要研究巷道所在岩体区域的原岩应力场自重应力:岩体自重引起构造应力:地质构造运动.(地震,火

2、山,海啸)膨胀（收缩）应力:矿物质遇水膨胀原岩应力场:天然存在于原岩内而与任何人为因素无关的应力场.原岩:地壳中没有受到人类工程活动影响的岩体.地温应力第一节第二节第三节第四节自重应力构造应力6在距地表深度为H处,任意取一单元立方体,这个单元体上所受的垂直应力σ1（σz），侧向应力为σ2（σx），σ3(σy)，形成岩体单元上的自重应力。一自重应力第一节第二节第三节第四节垂直应力侧向应力7自重应力第一节第二节第三节第四节8金尼克认为，仍处于弹性状态，符合虎克定律，一般，μ=0.2—0.3，最大μ=0.5，λ=0.25—0.43，最大为0.5。关于侧压系数λ：（静水压力理论）（弹性侧压

3、理论）海姆认为，因长时蠕变及应力均化作用,实际应用中：浅部坚硬岩体用金尼克公式，深部塑性大岩体用海姆公式。第一节第二节第三节第四节9理论上自重原岩应立场的水平应力是被动的，水平应力<垂直应力。实践上,在地质褶曲带,断层附近,背向斜部位有剧烈应力变化,实际测定中,水平应力>垂直应力。原因:1)地壳中的地质构造运动使局部岩层处于构造应力场中,如地震,为现代构造应力2)地质构造运动后,遗留下一部分应力，为地质残余构造应力构造运动+残余应力二构造应力第一节第二节第三节第四节10地震区带划分图第一节第二节第三节第四节11唐山大地震使工矿企业遭受严重毁坏，开滦煤矿因断电瘫痪，井下积水1.5亿吨

4、，38万米巷道被淹机电设备三万多台，350万平方米的建筑几乎全部倒塌。北方瓷都唐山，2千台设备只剩下300余台，40多万平方米的建筑只有1万平方米没倒。唐山钢厂工业建筑遭到严重破坏，民用建筑几乎全部震毁。1万多吨机电设备受到不同程度的损坏……唐山市的直接经济损失约30亿元，唐山地区的损失达54亿元。第一节第二节第三节第四节12构造应力目前无法用数学力学方法计算,但它有以下特点:(1)主要是水平应力，以压应力占绝对优势。(地壳运动是水平,挤压运动)(2)构造应力分布不均匀，主应力的大小与方向往往变化很大(3)σ2、σ3，构造应力具有明显的方向性(4)根据测定，浅部开采时,构造应力比自

5、重应力影响更大(5)构造应力在坚硬岩石层中出现比较普遍第一节第二节第三节第四节水平方向为主浅部坚硬岩层13原始应力分布特点：通过理论研究、现场测量，受构造应力影响，原始应力分布具有明显的特点：1）测铅直应力基本等于上覆岩层重量；2）水平应力普遍大于铅直应力；3）平均水平应力与铅直应力比值随深度增加而减小；4）最大主应力与最小主应力一般相差较大。铅直应力/水平应力14第二节岩体中的弹性变形能第一节第二节第三节第四节15由材料力学知识，物体受外力作用而产生弹性变形，在物体内部将积蓄有应变能。地下岩体处在复杂的和强大的自重应力和构造应力场中，会发生体积改变与形状改变，储存大量的弹性能U，

6、弹性能包括两个部分：体积改变能Uv体积畸变能Ud地下岩体中，集聚的弹性能与应力状态有关，随开采深度的增加，与深度平方成正比增大，这对深部开采有重要作用。第一节第二节第三节第四节16采矿工程中，开挖可使岩体中大量能量释放，带来的影响:有利的方面：工作面落煤时可节省动力不利的方面：形成有害的冲击矿压第一节第二节第三节第四节17第三节孔周围的应力分布第一节第二节第三节第四节18第一节第二节第三节第四节原因：(1)岩体及岩石的力学性质及原岩应力场的特征未完全掌握(2)几何形状复杂(3)巷道和回采空间周围岩体是非均质，各向异性的复杂介质目前尚无法用数学力学的方法精确地求解出巷道周围岩体内各处

7、的应力分布状态。19第一节第二节第三节第四节目前，研究巷道周围岩体的应力状态，是对复杂条件简化，粗略地求解巷道变形的机理，还是十分有益的。简化：(1)回采空间视为各种理想的单一形状的孔(圆形，矩形)。(2)岩体视为完全均质的连续弹性体。(3)岩体是无限或半无限体，可为平面应变问题进行分析。平面应力问题:设很薄的等厚薄板，外力平行于面板（墙壁、薄板粮、砂轮）平面应变问题:设柱形体，横截面不沿长度变化，外力与约束平行于横截面(不沿长度变)（挡土墙、水坝、巷道围岩）20巷道