矿山压力与岩层控制7

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1、矿山压力与岩层控制7巷道矿压显现规律7.1巷道围岩应力及变形规律7.2受采动影响巷道矿压显现规律7.3巷道围岩控制原理7.4本章小结7.1巷道围岩应力及变形规律7.1.1受采动影响巷道的围岩应力（1）原岩体内掘进巷道引起的围岩应力巷道开掘后原岩应力重新分布，巷道围岩内出现应力集中。如果围岩应力小于岩体强度，围岩仍处于弹性状态，围岩应力可用弹性力学方法按平面应变问题计算。双向等压原岩应力场内圆形巷道围岩应力分布如图7-1所示。图7-1圆形巷道围岩弹性变形应力分布如果围岩应力大于岩体强度，巷道围岩会产生塑性变形，从巷道周边向围岩深处扩展到一定范围，出现塑性变形区，为弹塑性介质，巷

2、道围岩应力分布如图7-2所示。在塑性区内圈（A）围岩强度明显削弱，低于原始应力γH，围岩发生破裂和位移称为破裂区，也叫卸载和应力降低区。塑性区外圈（B）的应力高于原始应力，它与弹性区内应力增高部分均为承载区，也称应力增高区。再向围岩深部即为处于稳定状态的原始应力区。图7-2圆形巷道围岩塑性变形区及应力分布A—破裂区；B—塑性区；C—弹性区；D—原始应力区巷道的稳定性和周边位移主要取决于岩层原岩应力P，反映岩石强度性质的内摩擦角φ和粘聚力C等。它们之间的关系为：①巷道的周边位移u随巷道所在位置原岩应力的增大，呈指数函数关系迅速增长；指数的大小取决于φ的变化，φ值越小，指数越大，

3、u值增长愈迅速。②巷道的塑性区半径R和周边位移u随内摩擦角φ和粘聚力C的减小，即围岩强度降低，显著增大。（2）回采工作面周围支承压力分布煤层开采过程破坏原岩应力场的平衡状态，引起应力重新分布。对于受到采动影响的巷道，它的维护状况除了受巷道所处位置的自然因素影响以外，主要取决于采动影响。煤层开采以后，采空区上部岩层重量将向采空区周围新的支承点转移，从而在采空区四周形成支承压力带（图7-3）。图7-3采空区应力重新分布概貌1—工作面前方超前支承压力2、3—工作面倾斜、仰斜方向残余支承压力4—工作面后方采空区支承压力支承压力的显现特征通过支承压力分布范围、分布形式和应力峰值表示。应

4、力增高系数K是支承压力峰值与原岩铅直应力的比值。支承压力分布参数有：煤体边缘的破裂区宽度，塑性区宽度（支承压力峰值距离）x0，支承压力的影响距离x1。目前，上述参数主要由现场实测取得。工作面超前支承压力峰值位置距煤壁一般为4～8m，相当于2～3.5倍回采高度。影响范围为40～60m，少数可达60～80m，应力增高系数为2.5～3。工作面倾斜方向固定性支承压力影响范围一般为15～30m，少数可达35～40m，支承压力峰值位置距煤壁一般为15～20m，应力增高系数为2～3。采空区支承压力应力增高系数通常小于1，个别情况下达到1.3。相邻的采空区所形成的支承压力会在某些地点发生相互

5、叠加，称为叠合支承压力。例如，在上下区段之间，上区段采空区形成的残余支承压力与下区段工作面超前支承压力叠加，在煤层向采空区凸出的拐角，形成很高的叠合支承压力，应力增高系数可达5～7，有时甚至更高(图7-4)。图7-4煤层凸出角处叠加支承压力（3）采动引起的底板岩层应力分布煤层开采引起回采空间周围岩层应力重新分布，不仅在回采空间周围煤体（柱）上造成应力集中，还会向底板深部传递，在底板岩层一定范围内重新分布应力，成为影响底板巷道布置和维护的重要因素。沿工作面推进方向或沿工作面倾斜方向取纵向剖面，煤层底板岩层仍然相当于一个半无限体。按平面应变问题处理，计算覆岩在煤体上和已压实的冒落

6、矸石上的支承压力引起的底板岩层应力，其最大主应力σmax的应力增高系数等值线分布见图7-5。图7-5a表示上部煤层单侧采动引起底板岩层内应力分布，图7-5b表示上部煤层两侧采动遗留保护煤柱引起底板岩层内应力分布。如图所示，除了在煤柱下方底板岩层一定范围内形成应力增高区外，位于煤柱附近的采空区下方底板岩层一定范围内形成应力降低区。伴生出水平方向的压缩和膨胀，出现水平应力升高区和卸压区。采空区下方底板浅部卸压甚至出现拉应力，岩层强度已大为减弱。位于应力降低区内的底板巷道，与上部采空区及煤柱边缘之间应保持一定距离。(a)(b)图7-5遗留保护煤柱引起底板岩层内应力分布a—上部煤层一

7、侧采动b—上部煤层两侧采动7.1.2相邻巷道的应力分布及巷道间距的确定（1）巷道围岩应力影响带巷道开掘以后，巷道周围岩体内的应力重新分布。巷道围岩应力受扰乱的区域称为影响带，一般以超过原岩应力值的5％作为影响带的边界。如果相邻巷道的应力影响带彼此不重叠，可以忽略巷道间的相互影响。如果相邻巷道的应力影响带彼此重叠，但没有到达相邻巷道，可进行巷道围岩应力值的叠加。在静水压应力场中，弹性变形巷道的应力影响区域形状为半径等于6r的圆（r为巷道断面半径）。在非静水压应力场中，巷道的应力影响区域形状不再是圆形，一般