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1、矿山压力与矿山压力显现,第二章,本章提要,2.1矿山压力及其在围岩中的分布 2.2矿山压力显现 2.3矿山压力与矿山压力显现之间的关系,第二章 第1页,本章特点,有较多的基本概念 矿山压力;矿山压力显现,矿山压力及其显现的分布与形式 掌握矿山压力显现的相对性,学习难点,第二章 第2页, 2.1 矿山压力及其在围岩中的分布,开掘巷道和进行回采工作,在煤或岩层中形成的空间,采动空间周围的岩体,促使围岩运动的力,第二章 第3页,矿山压力的概念,采动,采动空间,围岩,矿山压力,采动后,(a)开采前,(b)开采后,图2.1 开采前后应力分布,第二章 第4页, 2.1 矿山压力及其在围岩中的分布,矿山压力
2、的来源,第二章 第5页, 2.1 矿山压力及其在围岩中的分布,矿山压力,根源？,采动前的原岩应力,随采深的增加而 增加是不确切的,来源？,1.岩层重力 2.构造运动作用力 3岩体膨胀作用力,各点主应力的大小、方向、垂直应力与水平应力之间的比值等决定了采动后围岩应力重新分布的规律,矿山压力的分布,第二章 第6页,矿山压力的分布,弹性状态的分布,塑性状态的分布,分布的稳定条件,详细内容参考岩石力学, 2.1 矿山压力及其在围岩中的分布,2.2 矿山压力显现,矿山压力显现的概念,第二章 第7页,矿山压力显现,围 岩 运 动,支 架 受 力,两 帮 运 动,顶 板 运 动,底 板 运 动,载 荷 增
3、减,支 架 压 折,支 架 变 形,概念？,采动后表现出的矿山压力现象,2.1矿山压力及其在围岩中的分布 2.2矿山压力显现 2.3矿山压力与矿山压力显现之间的关系,第二章 第8页,图2.2 矿山压力显现的基本形式,第二章 第9页,2.2 矿山压力显现,顶板下沉与支架承载,顶底板移近,两帮鼓出,冒顶、片帮,矿山压力显现的条件,(1)两帮煤体破坏条件,两帮岩体不发生剪切破坏的条件：,两帮岩体处于稳定状态时的采深：,图2.2 摩尔应力圆,第二章 第10页,(2.1),(2.2),2.2 矿山压力显现,不支护,例: 假如，巷道两帮岩体力学参数为：=25，C=3MPa，k=2.5 ，=25kN/m3，
4、则：,即：在采深小于150m时，不支护巷道两帮不会破坏。当巷道所处采深大于150m后，两帮岩体会产生剪切破坏，应力将重新分配。若没有外界约束，破坏继续向深部发展。,第二章 第11页,2.2 矿山压力显现,若将巷道截面视为一个平面模型，通过架设支架，对两帮岩体提供一侧向应力，使两帮岩体由单向应力状态转化为双向应力状态，可以阻止破坏的发展。反映在图2.2中是莫尔应力圆由位置转移到位置，岩体处于稳定状态。这时的条件为：,第二章 第12页,(2.3),2.2 矿山压力显现,（2）顶板岩层破坏条件,图2.3 巷道顶板岩层受力状况,第二章 第13页,2.2 矿山压力显现,自重,轴向推力,顶板岩层弯曲下沉,
5、嵌固端产生的最大弯矩为:,如果巷道宽度l超过顶板岩层维持平衡时的极限，两端拉应力超限发生断裂，以至于垮落。另一方面，由于自重作用下顶板岩层弯曲下沉，这时轴向力N将加剧顶板岩层的弯曲，当N超过某一界限，顶板岩层会因屈曲而失稳、垮落。显然，顶板岩层破坏形式是以相应的破坏条件为前提。,第二章 第14页,2.2 矿山压力显现,顶板破坏形式,受拉破坏,屈曲破坏,在自重作用下两嵌固端产生拉破坏的条件为:,式中 l巷道宽度，m； m1顶板岩层分层厚度，m； 拉顶板岩层抗拉强度，Pa； 顶板岩层容重，25kN/m3左右。,第二章 第15页,(2.5),2.2 矿山压力显现,受拉破坏,(2.4),图2.4 l0
6、与m1 的关系,第二章 第16页,2.2 矿山压力显现,图2.4所示不同拉时，m1与极限跨度l0间的关系曲线：,屈曲破坏,图2.5 顶板岩层受力示意图,由于巷道顶板岩层不仅受到自身重量的作用，还受到轴推力N的作用。这时，只考虑自重作用就不全面，顶板岩层的稳定性问题应当转化成顶板岩层在自重q及轴推力N共同作用下复合弯曲时的失稳问题。,第二章 第17页,2.2 矿山压力显现,如图2.5所示，梁AB在自重作用下弯曲变形，轴向压力N在梁的各个截面上又产生一个分布弯矩N。由于这一弯矩作用，将使梁的弯曲在原有基础上进一步加剧。而且梁变形后N又将产生新的变曲变形，。如果N不大，弯曲变形很小，影响不大。当轴向
7、压力N达到一定限度后，由N产生的弯曲变形将是一个恶性循环，梁将无法达到新的平衡状态而导致破坏，这就是顶板岩层的屈曲破坏。,（关于屈曲破坏详见课本4145页）,第二章 第18页,2.2 矿山压力显现,矿压显现的相对性,矿山压力显现是矿山压力作用下围岩运动的结果。,由于围岩运动是由其受力大小、边界约束条件、自身强度极限等因素所决定。而且，围岩运动过程中引起支架承受载荷的变化，不仅取决于围岩运动的发展情况，还与支架对围岩运动的抵抗程度密切相关。由此可见，矿山压力显现是相对的。,矿山压力显现的相对性,第二章 第19页,2.2 矿山压力显现,（1）巷道围岩运动的相对性, 开采深度越浅，与采深有关的支承压
8、力越大,煤巷岩体出现明显的塑性破坏与变形,岩体处于弹性状态，变形比较小, 围岩的变形能力还与围岩强度有关,低强度高强度, 架设支架使两帮变为三向应力状态，阻止破坏发展，维持围岩稳定。,第二章 第20页,2.2 矿山压力显现,150m200 m以后,100m150 m以上,（a） (b) (c),图2.6 巷道围岩稳定与破坏,第二章 第21页,2.2 矿山压力显现,(2)支架受力的相对性,支架上压力显现因素,承受的荷载越大,围岩变形越小,不同类型的支架（柱），由于工作特性不同，围岩运动过程中则有不同的压力显现。,第二章 第22页,2.2 矿山压力显现,支架的抵抗程度,支架的力学特征,矿压显现时空
9、观,图2.9,图2.7 木支柱折断与压力显现,(a) (b) (c),木支柱压折,木支柱钻底,图2.8 可缩性支柱压力显现,第二章 第23页,2.2 矿山压力显现,图2.9 支承压力分布,第二章 第24页,2.2 矿山压力显现,2.1矿山压力及其在围岩中的分布 2.2矿山压力显现 2.3矿山压力与矿山压力显现之间的关系,第二章 第25页,2.3 矿山压力与矿山压力显现间的关系,矿山压力与矿山压力显现间的辩证关系,矿山压力的存在是绝对的，而显现是相对的,压力显现强烈的部位不一定是压力高峰的位置，但对某一点是相关的（例:煤壁前方值承压力与下沉两关系）,关于支护的作用问题,支架的作用就在于帮助围岩稳定，把矿山压力显现控制在要求的范围内。,维护围岩稳定的支护基本类型:,第二章 第26页,本章小结,本章主要介绍矿山压力、矿山压力显现基本概念以及二者之间的辩证关系，本部分内容是最为基础的部分，因为正确地建立“矿山压力”及“矿山压力显现”的基本概念，弄清它们之间的联系及区别，是正确进行矿山压力控制研究和实践的基础。,第二章 第27页,2.3 矿山压力与矿山压力显现间的关系,
