巷道围岩控制与监测课件.ppt

《巷道围岩控制与监测课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、巷道围岩控制与监测原岩应力及巷道周围应力分布开采对巷道围岩应力的影响巷道顶板事故的影响因素（棚式及锚杆支护的事故分析）棚式及锚杆支护质量监测第一章原岩应力及巷道周围应力分布开采对巷道围岩应力的影响第一节岩体中的原岩应力地壳中没有受到人类工程活动（如矿井中开掘巷道等）影响的岩体称为原岩体，简称原岩。存在于地层中未受工程扰动的天然应力称为原岩应力，也称为岩体初始应力、绝对应力或地应力。天然存在于原岩内而与人为因素无关的应力场称为原岩应力场。由地心引力引起的应力场称为自重应力场，地壳中任一点的自重应力等于单位面积的上覆岩层的重量。由于地

2、质构造运动而引起的应力场称为构造应力场。图2-1岩体单元体所在位置及其应力状态一、自重应力一、自重应力假定岩体为均匀连续介质，应用连续介质力学原理计算岩体自重应力。设岩体为半无限体，地面为水平面，在距地表深度为H处，任意取一单元体。其上作用的应力为σz，σy，σx，形成岩体单元的自重应力状态。单元体上所受的垂直应力σz等于单元体上覆岩层的重量：在均匀岩体内，岩体的自重应力状态为如果岩体由多层不同重力密度的岩层组成。各层岩层的厚度和重力密度分别依次为h1，h2，…，hi，…，hn；γ1，γ2，…，γi，…，γn。则岩体的自重初始应力为

3、岩体初始应力状态的静水压力理论认为，在埋藏较深条件下，垂直压应力相当大，岩石呈现明显的塑性。泊松比μ近似等于0.5，侧压系数λ为1.0，此时如果把岩体看作任何一种弹粘性体（本质是粘性流体），把地质历史看作应力作用时间无限长，则深部的岩体自重应力场都将达到静水应力状态。二、构造应力构造应力是由于地壳构造运动在岩体中引起的应力，岩体构造应力可以分为现代构造应力和地质构造残余应力。前者是指正在经受地质构造运动的作用，在地质构造发生过程中，岩体内产生的应力。后者是指已经结束的地质构造运动残留于岩体内部的应力。构造应力以水平力为主，具有明显的

4、区域性和方向性。有以下基本特点：①一般情况下地壳运动以水平运动为主，构造应力主要是水平应力；而且地壳总的运动趋势是相互挤压，所以水平应力以压应力占绝对优势。②构造应力分布不均匀，在地质构造变化比较剧烈的地区，最大主应力的大小和方向往往有很大变化。③岩体中的构造应力具有明显的方向性，最大水平主应力和最小水平主应力之值一般相差较大。④构造应力在坚硬岩层中出现一般比较普遍，在软岩中贮存构造应力很少。图2-3由地质特征推断构造应力方向的平面图a—正断层；b—逆断层；c—平推断层；d—岩脉；e—摺皱三、原岩应力分布的基本规律原岩应力的分布的主

5、要规律如下：(1)实测垂直应力基本上等于上覆岩层重量。水平应力普遍大于垂直应力。(3)平均水平应力与垂直应力的比值随深度增加而减小。(4)最大水平主应力和最小水平主应力一般比值相差较大。表2-1部分矿井原岩应力实测结果图2-4世界各国垂直应力σv与深度H变化规律图第二节原岩体内掘进巷道引起的围岩应力第二节原岩体内掘进巷道引起的围岩应力在巷道两侧周边的围岩上就将承受(2～3)σ1或(4～5)σ1的垂直压应力。由于处于周边的岩块侧向应力为零，为单向压缩状态。随着向深部发展，岩块逐渐变为三向应力状态。若巷道两侧是松软岩层，如煤，页岩等，则

6、在此压力下就可能处于破坏状态。随着向岩体内部发展，岩块的抗压强度逐渐增加，直到某一半径R处岩块又处于弹性状态。第二节原岩体内掘进巷道引起的围岩应力围岩的残余强度。注意围岩强度弱化过程中塑性区物性参数的变化。巷道的稳定性和周边位移主要取决于：它们之间的关系为：①巷道的周边位移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ψ的变化，ψ值越小，指数越大，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ψ和粘聚力c的减小，即围岩强度降低，显著增大。岩层原岩应力P、岩石的内摩擦角ψ岩石的粘聚力c等。第三节相邻

7、巷道的应力分布及巷道间距的确定巷道应力影响带、巷道间岩柱的稳定性。一、巷道应力影响带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。各向同性弹性岩体中单一圆形巷道应力影响区域形状：在静水压应力场中，为半径等于6r的圆；在非静水压应力场中，一般为长轴不大于12r的椭圆。因此，断面相同两圆形巷道的间距D为：6r

8、节相邻巷道的应力分布及巷道间距的确定二、巷间岩柱的稳定性岩柱的稳定性主要取决于岩柱的载荷和岩柱强度。岩柱的强度主要由以下因素决定：经验公式：实验结果表明，当岩柱的宽高比B/h大于5时，岩柱强度将随B/h的增加而显著增大；当B/h大于1