井巷工程(02)

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1、知识点：1、应力的类型及特点；2、巷道围岩应力；第二章:巷道地压第一节　概　述一、几个概念1、原岩与围岩没有受到人类活动影响（如掘进和回采）的岩体称做原始岩体，简称原岩。由于井巷掘进而使岩体应力发生显著变化的区域叫做井巷影响圈，其直径一般为井巷断面最大直线尺寸的3－5倍，习惯上将此范围内的岩体称为围岩，既井巷工程周围的岩石。2、井巷地压地下岩体在未开掘巷道之前是处于静止状态的，既此时的岩体是三向应力处于平衡状态。开掘巷道以后，平衡的应力状态遭到破坏，使得岩体内部的应力重新分布。表现为巷道周围的岩体产生变形、位移甚至破坏，直到岩体内的应力重新达

2、到平衡。在这一过程中，巷道本身及架设在其中的支撑物会受到各种力的作用。3、地压现象与地压由于井巷地压的作用，而引起各种力学现象，如顶板下沉、底鼓、巷道变形、岩体破坏甚至冒顶片帮，支架严重变形、折断甚至损坏、大量岩层移动及地表发生塌陷。这种由于地压的作用，使巷道围岩和各种人工支撑物产生的变形、移动和破坏等现象，统称地压现象。由于围岩的变形或破坏而作用在支架上的压力称为地压。二、原岩应力井巷地压是由井巷掘进后，岩体中的应力重新分布引起的，要研究掘进后巷道周围的应力，必须先了解巷道所在的岩体区域内的原岩应力。原岩是指没有受到人类活动影响的岩体，天然

3、存在原岩内的与人类活动无关的应力，称原岩应力。原岩应力按产生的原因，可分为自重应力、构造应力和膨胀应力。膨胀应力就是岩体中水、温度或瓦斯等气体压力所引起的应力，也能影响岩体内的应力大小与分布。如；煤（岩）与瓦斯突出、底鼓、岩浆喷发等。在这些因素中，自重应力普遍存在，而构造应力取决于该地区的地壳运动形态，往往与大的地质构造、岩石性质有关。（一）自重应力位于一定深度的原岩体，承受着上部岩体的重量及自重，由这个重量所引起的单位面积上的内应力，叫自重应力。其计算公式为：在自重应力的作用下，在бz的作用方向就会出现压缩变形，而在与бz成垂直方向则会产生

4、侧向变形，但侧向由于相互挤压受到相邻岩体的限制，其横向变形值只能为零，应变也为零，既ε2=ε3=0，因而会形成岩石的侧向应力。侧应力бｘ＝бｙ＝λбz（λ侧向应力系数0.25－0.43）（二）构造应力一般情况下，侧向应力系数不大于1，但许多实测资料表明：一部分应力符合自重应力分布规律，但也有一部分却是水平应力大于垂直应力，甚至大很多，其值可达20，且两个方向的水平应力也不相等，其方向、大小与地质构造有关。详见P13表2-1注意：在无构造区域，侧向应力系数是不会大于1的，其值与岩石性质有关，岩石越坚硬其值越小，反之则越大。如水的双向侧向应力系数

5、为0.5。这里的值大于1，甚至达20是因为其构造应力所引起的。构造应力是由地壳运动所引起，是一种非常复杂的自然现象，目前还没有办法对其进行准确计算，但它所产生的后果，我们经常见到，如断层、褶曲等。应力具有以下几个方面的基本特点：地壳构造运动在岩体中引起的内应力，此力是构造运动后还遗留在岩体中的残余应力。特点：1、以水平应力为主，水平应力以压应力为主。地壳构造运动往往是以水平方向挤压运动为主。2、变化较大。在构造应力场中，主应力的大小和方向可能有很大变化；两个方向的水平应力值（σ2、σ3）通常不相等；3、测定表明，水平应力大于垂直应力，即σma

6、x＞σmin＞σv式中：σmax—最大水平应力；σmin—最小水平应力；σv——垂直应力；4、岩层越坚硬越明显。构造应力在坚硬岩层中出现一般比较普遍。为什么？三、围岩应力的重新分布1、应力重新分布的原因围岩应力就是自重应力与构造应力的叠加，在井巷掘进之前，原岩应力处于三向应力平衡状态，它们沿水平方向和垂直方向传递。在岩体内开挖巷道以后，靠近巷道周围的岩石有了变形和位移的自由面，破坏了原岩三向应力平衡状态，使巷道周围岩体中出现应力重新分布，巷道附近的应力显著增加。1、应力重新分布的原因当巷道围岩周边的应力值小于岩体强度极限时，围岩周边只产生不大

7、的弹性变形或位移，巷道处于稳定状态。在这种情况下巷道不需进行支护，为了防止围岩风化，可采用喷浆。反之，巷道周边岩石将产生非弹性变形或位移。在脆性岩体中，常发生冒顶、片帮（图a）；在塑性岩体中，往往出现顶板下沉、两帮外凸或底板膨胀（图b）；架设支架的巷道，如果支架选型不当、或强度不够，也会使支架变形或破坏（图c）。2、围岩应力的重新分布的结果巷道开挖后，围岩应力会出现重新分布，围岩应力由三向应力状态转变为二向应力状态，促使岩体力学性质改变，使弹性极限和强度降低。如果变化以后的应力仍没超过弹性极限，那围岩应力仍可相对稳定下来——如裸体巷道。如果应

8、力超过弹性极限，产生塑性变形，应力就会发生改变。巷道周边处于二向应力状态，与单向受力状态一样，岩体呈脆性，容易发生破裂。不过离巷道周边一定距离后，围岩应力逐渐减小，