第二章矿山岩体的原岩应力及其重新分布.doc

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1、1、什么是原岩应力？其分布的基本规律是什么？研究原岩应力分布对采矿工程的意义有哪些？（1）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。地壳中没有受到人类工程活动（如矿井中开掘巷道）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。（2）原岩应力分布的基本规律是：原岩应力是非稳定应力场，原岩应力是三向不等压的空间应力场，三个主应力的大小和方向是随着空间和时间而变化的，它是一个非稳定应力场。②实测铅直应力基本等于上覆岩层重力。③水平应力普遍大于铅直

2、应力。④平均水平应力与铅直应力的比值一般随着深度的增加而减小。⑤最大水平主应力和最小水平主应力一般相差较大。（3）研究意义：①原岩应力场时分析开采时围岩应力重新分布的基础，为分析开挖岩体过程中岩体内部应力变化合理设计巷硐支护提供依据，利于了解巷道变形机理。②在矿井建设阶段，有利于采矿工程的设计施工，可以更合理的布置井筒和巷道的位置，减少施工中的困难。③在采矿过程中，可以指导巷道和采场的支护，使其更加合理，减少成本，降低顶底板事故的发生。④对不同埋深的煤矿开采有重要的意义，特别是煤炭进入深部开采以后高地应力的条件下，

3、研究清楚深部应力的分布，可以更大限度额减少冲击矿压等严重事故的发生。2、绘图说明双向等压应力作用下，圆形巷道围岩应力分布状况1、在弹性条件下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，则围岩仍处于弹性状态，围岩应力分布如图1所示，则巷道围岩中距巷道中轴线为r的任意一点的应力为其中：为巷道半径；由自重应力引起（）由上述关系式可得以下几个主要结论：①在双向等压应力场中，巷道周边全处于压缩应力状态。②应力大小与弹性常数E、u无关。③的分布和角度无关，皆为主应力，即切向和径向平面均为主平面

4、。④双向等压应力场中孔周边的切向应力为最大应力，其最大应力集中系数,且与孔径的大小无关。当超过孔周边围岩的弹性极限时，围岩将进入塑性状态。⑤其他各点的应力大小与孔径有关。⑥圆孔周围任意点的切向应力与径向应力之和为常数，且等于。2、塑性变形区及应力分如果巷道开挖后的围岩应力大于岩体轻度，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。运用极限平衡理论，巷道围岩应力分布如图2所示，在塑性内圈（A）围岩强度明显削弱，低于原始应力，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

5、区外圈（B）的应力高于原岩应力，它与弹性区内应力增高部分均为承载区，也叫应力增高区，再向围岩深部即为处于稳定状态的原始应力区。径向压力与弹性条件下一致，但切向应力由于塑性变形使其在巷道边缘不为0，并在巷道边缘到塑性圈逐渐增大，过了塑性圈，规律与弹性条件下一致。3、绘图说明工作面前方支承压力分布的基本规律及其分区煤层开采后，采空区上部岩层重量将向采空区周围新的支撑点转移，从而形成支承压力带，工作面前方形成超前支承压力，它随工作面推进向前移动，称为移动支承压力或临时支承压力。采煤工作面前方支承压力分布与采空区处理方法有

6、关，对于采用全部垮落法管理顶板的采煤工作面，其前后方支承压力分布如图所示。由于煤壁处为自由面，抗压强度小，煤壁附近煤层产生压缩变形，顶板压力向前方煤壁深处煤体和后方采空区已冒落矸石上转移，形成采煤工作面前方支承压力。支承压力的显现特征可用支承压力分布范围、峰值的位置及应力集中系数表示。支承压力分布范围是指沿指定截面（通常是指沿垂直或平行于煤壁的截面）支承压力连续分布的长度；支承压力峰值的位置是指支承压力的最大值所在的位置范围；应力集中系数是指支承压力峰值与原岩应力的比值大小。常将采场前方的切向应力分布按其大小进行分

7、区，如上图所示，按切向应力的大小可以分为减压区，增压区和稳压区，比原岩应力小的压力区是减压区，原岩应力大的压力区是增压区，增压区即通常所说的支承压力区，支撑压力区的边界一般可以取高于原岩应力的5%处作为分界处。再向内部发展即处于稳压状态的原岩应力区。另一种分类方法是将其分为极限平衡区和弹性区。在巷道两侧或工作面煤壁某处，岩体内的应力等于或大于该处岩体强度的区域，即支承压力以外的区域为极限平衡区，在这个区域内，岩体产生塑性变形和破坏，再向岩体深处，岩体内的应力小于其强度极限，岩体处于弹性状态，即最高支撑压力以里的区域

8、为弹性区，弹性区包括一部分支承压力区和原始应力区。3、4、试述近水平工作面推进过程中矿山压力显现的一般规律（=工作面顶板来压过程=回采工作面矿压显现规律）1、首先开切眼，随着工作面的推进，直接顶冒落；2、工作面再推进，直接顶大面积冒落，老顶产生裂隙，并形成三铰拱式的平衡；3、工作面再推进，老顶平衡失稳，老顶垮落，并对工作面产生冲击，这次冲击叫初次来压，此时工