7 巷道矿压显现规律.ppt

第六章巷道矿压显现规律,巷道围岩体应力及变形规律,受采动影响的原岩应力相邻巷道的应力分布及巷道间距的确定构造应力对巷道稳定性的影响受采动影响的围岩变形,受采动影响的原岩应力,原岩体内掘进巷道引起的原岩应力回采工作面周围支撑压力分布采动引起的底板岩层应力分布,原岩体内掘进巷道引起的原岩应力,巷道周边塑性带的形成及其分布,,注意破碎的岩石仍然具有一定的强度，在估算岩体强度时要注意岩体塑性区物理参数的变化。,塑性区半径和巷道周边位移,,回采工作面周围支撑压力分布,,工作面前方超前支撑压力,工作面倾斜、仰斜方向残余支撑压力,工作面后方采空区支撑压力,工作面前方应力变化区,工作面控顶区,,垮落岩石逐渐压缩区,垮落岩石压实区,垮落岩石松散区,,,,,,,,应力支撑影响区超前支撑压力距离煤壁4-8m，2-3.5倍回采高度影响范围40-60m，少数60-80m移动支撑压力固定支撑压力工作面倾斜支撑压力影响范围15-30m，少数达到35-40m，支撑压力峰值距离煤壁15-20m，应力增高系数2-3。采空区支撑压力通常应力增高系数小于1，个别情况1.3，但是在某些地方会相互叠合，如上区段采空区和下区段工作面的超前支撑压力叠加，形成很高的叠合压力，应力增高系数达到5-7。,,Ⅰ,a,b,c,d,e,采动引起底板岩层的应力分布,规律,a为一侧采空煤柱，应力abc分布呈近似三角形分布,应力增高系数为3；b，c均为两侧采空煤柱，煤柱宽度分别为B和2B，应力分布abc分别呈钟形和马鞍形，应力增高系数分别为5和3.5；不同截面上的应力分布如图所示。底板岩层内任一点σz的应力，取决于上部煤柱的载荷、该点与煤柱的垂直距离及该点与上部煤柱边缘或中心线的水平距离。,,一侧采空及两侧采空、宽度较大的煤柱载荷的最大传递深度约为1.5～2B两侧采空、宽度较小的煤柱载荷的最大传递深度约达3～4B。在底板岩层位于同一深度处，如z＝B处，前者应力集中系数约为1.3，上部煤柱的影响已不太明显，而后者却约高达3.2，受到上部煤柱强烈影响。这是布置在两侧采空，宽度较小煤柱下的底板岩巷和邻近煤层巷道维护十分困难的主要原因。,两侧已采，宽度较小的煤柱下，在同一水平截面上的底板岩层应力以煤柱中心线处为最大，并随着与煤柱中心线的水平距离的增加呈正态分布衰减。一侧已采煤柱下，在同一水平截面上的底板岩层应力的最大值不是在煤柱边缘处，而是在煤柱下方，距采空区边缘数米处，随着与该处之间的水平距离的增加也近似呈正态分布衰减。两侧已采，宽度较大的煤柱下，在同一水平截面上的底板岩层应力以煤柱中心线处较小，靠近煤柱边缘处出现两个峰值。因此，布置在煤柱下方的巷道，为了减轻煤柱影响，不仅需正确选择z值，还应注意选择x值。,无论何种煤柱载荷下，底板岩层内的应力分布都呈扩展状态。σz/γH为1的曲线为煤柱在底板岩层内的影响范围，该线与煤柱边缘铅垂线之间的夹角即为煤柱载荷在底板岩层内的影响角ψ，通常为30～40。,虽然上述应力分布规律与实际有一定的差异，但是理论计算对实际分析问题仍有一定的指导意义。,因此，布置在采空区下方的底板岩巷或邻近煤层巷道，务必与煤柱边缘保持一定的水平距离，否则巷道仍然位于高应力区内。,相邻巷道的应力分布及巷道间距的确定,影响井下巷道或硐室群稳定的因素,,巷道应力影响带,巷间岩柱的稳定性,影响井下巷道或硐室群稳定的因素,关键因素是围岩应力、围岩强度及边界条件，但是巷道或硐室之间距离不同时，降直接影响到巷道或硐室群的围岩应力大小和分布。,影响巷道或硐室群稳定性的主要因素,巷硐所处的深度,同一水平上，相邻巷硐的数目,巷硐间支承岩柱的宽度和高度；,巷硐的形状和尺寸；,巷硐的围岩及其支承岩柱的强度；,巷硐支架的支承能力及与围岩的相互作用,巷道围岩应力影响带,不重叠重叠但没有达到相邻巷道，应力可相互叠加。静水压力应力场，巷道的应力影响区为半径等于6a的圆。非静水压应力场中，巷道的影响区域为长轴不大于12a的椭圆。断面相同的两圆形巷道的间距为,,应力影响带，一般以不超过应力值的5％作为影响带的边界。,,半径不同的两圆形巷道的间距为,,确定相邻非圆形巷道间距时，应根据巷道断面的形状进行具体的计算，上述公式可以借鉴。,由于解析界的局限性，对于非圆形巷道的弹塑性解可以采用数值计算方法,岩柱的稳定性,影响因素岩柱的载荷和岩柱强度。理论压力拱理论有限区域理论（经典公式、king公式）Wilson理论。岩柱的强度岩体强度、岩柱的宽度和高度以及构造特征。实验结果表明岩柱的宽高比B/h5时，其强度将随B/h的增大，显著增大。一般情况下B/h10时，岩柱不易破坏。,相邻巷道间合理距离,我国在目前采深条件下大巷的间距20-40m，根据围岩的情况进行取值；在浅部和坚硬围岩的以及急倾斜煤层情况下可减小到10m；在深部和松软围岩条件下，大巷间距可增大致50m；,构造应力对巷道稳定性的影响,概念种类地质构造发生过程中，在地下岩体内所产生的应力；已结束的地质构造运动残留于岩体内部的应力；工程角度古构造应力、新构造应力和在岩石生成过程中形成的结构内应力都属于构造应力。发生部位集中在地质构造变动比较剧烈的地区，如褶曲带中曲率半径比较小的区域，岩层发生扭转的地点，断层附近，特别是断层端部和两断层交汇处，以及岩层厚度发生剧变的地方。分布规律因为拉应力构造通常有利于构造应力的释放，构造应力主要集中在压应力构造带和剪应力构造带,基本特点以水平应力为主，具有明显的方向性和区域性。测量方法应力恢复法、应力解除法、水压致裂法，煤矿中常用应力解除法。,水平应力对巷道稳定性的影响,水平应力是影响巷道顶板冒落、底板鼓起、两帮内挤的主要因素。顶板岩层在水平应力作用下可能出现两种破坏形式软岩和厚煤层中，底板岩层在水平应力作用下，形成底鼓。引起较大的拉应力，两帮破裂、鼓出和塌落，破坏深度较大。,薄层页岩类岩层沿层面滑移,厚层的砂岩类岩层以小角度或沿小断层产生剪切,合理的巷道布置方向,巷道轴向与构造应力平行时,巷道轴向与构造应力垂直时,巷道布置方向与构造应力的方向有很大的关系，只有正确的布置巷道的方向，才能削弱构造应力对巷道稳定性的影响。,,,受采动影响巷道的变形,变形量的构成巷道顶板下沉量、底板鼓起量、巷帮移近量、深部围岩移近量及巷道剩余断面积等。,巷道顶底板移近量,巷道围岩变形量分掘进引起的变形，回采引起的变形，以及采掘影响趋于稳定后的围岩流变。,,采准巷道围岩变形规律,采准巷道开掘→报废巷道掘进影响阶段掘进影响稳定阶段采动影响阶段采动影响稳定阶段二次采动影响阶段,,掘巷影响区,掘巷影响稳定区,回采影响区,回采影响稳定区,下区段回采影响区,与回采工作面的距离或时间,上区段工作面（A）,下区段工作面（B）,围岩变形速度,