井巷工程课件——第二章 井巷地压
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井巷工程课件——第二章 井巷地压
2020/6/21
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第二节 围岩的变形和应力分布
一、巷道围岩的变形移动
地下岩体处在复杂的自重应力及构造应力场中。巷道开挖以后，改变 了原岩的三向应力平衡状态，必然导致其体积与形状发生变化，很快产生弹 性变形。随着时间的变化，围岩发生蠕变，变形继续增加。如果是稳定的蠕 变，在经过一段时间以后，变形结束，不影响巷道的使用；如果是不稳定的 蠕变或者是巷道周边应力超过了弹性极限，就会在巷道周边首先产生塑性变 形甚至于发生破裂。如果立即采取有力的支护措施，非弹性变形发展到一定 范围，也能稳定下来；如果不采取支护措施或措施不力，破裂带则会继续发 展，围岩的非弹性变形也逐渐增大，巷道周边破裂的岩石将会冒落。冒落以 后，相当于扩大了巷道，围岩变形破裂必然继续扩大。因此，围岩的变形是 由于开挖巷道时外力作用的结果。
围岩的变形移动较大时，往往会引起巷道顶部的岩石冒落， 最后趋于稳定的边界都形成拱形，称为冒落拱或自然平衡拱。自然 平衡拱的形成过程，就是顶板破碎岩石的冒落过程。
2020/6/21
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第二节 围岩的变形和应力分布
岩石一般沿破裂面滑落，如果冒落高度小于破裂范围，冒落拱 如图2-3所示。软岩的内摩擦角较小，拱顶较尖。如果冒落拱高度达 到破裂带边缘，冒落拱就由破裂范围与破裂面组成，成为马蹄形， 如图2-4所示。
单位面积上的内力，就是自重应力。
在地表取一个水平的直角坐标x、y，以深度方向为z轴，在岩体中任意取 一个与坐标方向相一致的微小的单元立方体，它的垂直方向自重应力σz就是 单位面积上的岩柱重量，岩柱体积为1×1×z，岩体的容重为γ，如图2-(a)所 示，在上覆岩层重量作用下，这个单元体上所受的垂直应力
态处于三向应力平衡状态，它们沿着垂直方向和水平方向传递。在岩体内开 挖巷道以后，围岩中原有的应力方向、大小发生显著变化，使巷道周围岩体 中出现应力重新分布。
井巷工程(02)
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。
－、围岩压力
巷道产生的侧压得到新的平衡后，新的自然平衡 拱仍会将上部的压力传给巷道两帮，再传给底板。 当巷道底板结构为软弱岩层时，底板在水平集中压 力的作用下产生底鼓变形，即底压。此时围岩控制 的重点是底鼓。有时底板岩层具有遇水膨胀的特性 （如粘土、页岩），当巷道积水，也会由于岩石膨 胀而产生底压。底压严重时，可使巷道严重变形， 因此，对底压严重的地方，常使用特殊形状断面的 巷道，如圆形断面巷道。 根据上述三种围岩压力产生的原因可以知道， 侧压和底压其实都是由顶压所引起，而顶压与巷道 的掘进及支护关系更为密切，因此，对顶压所引起 的围岩变形移动现象应特别注意。
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、围岩变形的影响因素
变形的大小首先取决于原岩应力，而原岩应力的 大小与深度成正比，所以深度越大，变形越大。在同 样深度的情况下构造应力较大的地区，变形也较大。 不同方向、不同断面形状的巷道，原岩应力不相同， 变形也不相同，如平行于岩层走向的运输巷道比垂直 岩层走向的石门的变形要大，梯形断面比圆形断面要 大。巷道围岩由几种不同力学性质的岩石组成时，强 度指标较弱的岩石，变形较大。层理发育的围岩，由 于层理面强度较弱，产生的变形也较大。由此可以看 出，围岩的变形与原岩应力、巷道位置及形状尺寸、 围岩的力学性质有密切的关系。
【采矿课件】河北能源职院：井巷工程
本节内容
㈠炸药爆炸可能引爆瓦斯煤尘的因素有 三：空气冲击波，炽热的固体微粒和爆 炸生成的高温气体。
㈡瓦斯矿井安全爆破掘进工作面不得有 阻塞断面1/3以上的物体，以免造成冲 击波的反射；并且不能使用秒延期雷管， 以防止先爆炮眼对瓦斯预热；煤矿炸药 必须爆轰稳定可靠，含铝镁等金属粉末 的炸药因增温作用 大，绝对不能使用。 不得在装药时任意加入金属丝或金属片； 煤矿炸药的氧平衡特别重要，变质炸药， 起爆能不足的雷管都会因爆 炸作用 不完全而产生上述不良气体产物，所以 禁止使用。此外，炮眼 必须进行良好 的充填后才准放炮。
矿建系采煤 教研室
井巷工程
提问讨论
概述
河北能源技术学院
一、煤尘爆炸的爆炸原理是什 么？
二、煤尘爆炸的触发条件是什 么？
三、为什么说事故案例中的事 故是爆炸引起的？
矿建系采煤 教研室
井巷工程
答案提示
概述
河北能源技术学院
一、本身具有爆炸性、浓度、
引火源
现已查明，这起事故的直接原因
是放炮二人、员爆使轰用波、非高专温用气炸体药、炽违热章 作业处颗理粒煤仓堵塞，导致煤尘飞
岩石性质与分级 井巷地压 钻眼机具 爆破材料与爆破原理 巷道断面设计 矿用工程材料 巷道掘进爆破技术 掘进通风和防尘 装岩与调车 巷道支护 巷道施工组织与管理 采区巷道和采区煤仓施工 硐室及交叉点 特殊条件下的巷道施工 立井施工 立井井筒延伸
课时分配
十十十十十
章 次
一
二
三
四
五
六
七
八
九
十
十 一
二
三
四
五
校内
地面
开滦集团 各生产单位
井下
第2讲井巷工程
大小的重要因素，许多围岩压力较大的巷道，常常是由它引起的。
第一节 巷道围岩压力的概念
(3)岩体结构
• 当结构面强度远小于结构体强度时，结构对围岩压力的影响极大。通常岩体 破坏首先从弱面开始，这是围岩压力在节理和层理等弱面发育区、破坏带、 断层和褶皱区显现强烈的重要原因。由于层状岩体具有定向弱面，所以层状 岩体的走向和倾角也与围岩压力密切相关。如果岩层走向与巷道轴向平行或 夹角很小，则岩体结构容易与巷道轴线形成不稳定的松动体，因而围岩压力 大。水平岩层沿巷道侧帮的稳定性较好，因而帮压较小，而顶压较大。
第一节 巷道围岩压力的概念
二、影响巷道围岩压力的地质因素
影响围岩压力的因素很多，通常可分为地质、开采和支护等类，影响围岩压力的 地质因素有：原岩应力状态、围岩力学性质及岩体结构等。 (1)原岩应力状态
• 原岩应力是引起围岩变形、破坏的基本作用力。原岩应力随开采深度的增加而增长。
所以，随采深的增加，巷道围岩压力会明显增长。原岩体中主应力的大小和方向不同， 对巷道的影响作用不同，也直接影响到围岩压力。
不同最小抵抗线时的集中药包爆破现象
第三节 爆破工作
掏槽眼：首先爆炸的炮眼，其作用在于增 加自由面。 辅助眼：在掏槽眼的外围，除崩落岩石外， 还能扩大所掏的槽，提高周边眼的爆破效 果。 周边眼：靠近巷道的周边，其作用在于使 巷道获得一定的形状和规格。 炮采工作面常用的炮眼布置图 （演示）
第三节 爆破工作
15
III
坚固的岩石
10
IIIa IV IVa V
坚固的岩石 相当坚固的岩石 相当坚固的岩石 坚固性中等的岩石
8 6 5 4
Va
坚固性中等的岩石
第01章岩石的性质与分级
表1—3 煤矿中常见岩石的碎胀系数和残余碎胀系数
岩石名称
碎胀系数
残余碎胀系数
砂
1.06~1.15
1.01~1.03
粘土
＜1．20
1.03~1.07
碎煤
＜1．20
1.05
泥质页岩
1.40
1.10
砂质页岩
1.60~1.80
1.10~1.15
硬砂岩
1.50~1.80
1/9/2020
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§1.1 岩石的物理性质
Rg——岩石试件在干燥状态下的单向抗压强度，MPa。
岩石浸水后的软化程度，与岩石中亲水性矿物和易溶性矿物的含量、空隙发育情况、水的化学成分以及岩石浸水时
间的长短等因素有关，亲水矿物和易溶矿物含量越多，开口空隙越发育，岩石浸水时间越长，则岩石浸水后强度降
低程度越大。
研究岩石的软化系数对用高压注水软化方法控制坚硬难冒顶板有着重要意义。煤矿中常见岩石的软化系数见表1—4。
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§1.1 岩石的物理性质
二、岩石的密度和表观密度
岩石的密度是指在绝对密实状态下，单位体
积内岩石的质量。岩石的密度按下式计算：
ρ＝m/V
(1—1)
ρ——岩石的密度，g/m3； m——岩石在干燥状态下的质量，g； V——岩石在绝对密实状态下的体积，指不包 含岩石内部孔隙的实体积，cm3。
岩石的软化性是指岩石浸水后的强度明显降低的特征，用软化系数来表示。即用吸水饱和状态下岩石试件的单向抗
压强度与干燥岩石试件单向抗压强度的比值来表示水分对岩石强度的影响程度。岩石的软化系数按下式计算：
KR＝Rb/Rg
(1—5)
式中 KR——岩石的软化系数；
井巷工程PPT课件
2024/3/12
内蒙古科技大学矿业学院
井巷工程 概念
1.井巷：为进行采掘工作，在煤层或岩层内 所开凿的一切空硐，统称为井巷；
2. 巷道顶(底)板：构成巷道顶(底)部的岩石 面，叫巷道顶(底)板，两侧的岩石面叫两帮；
3. 工作面：正在施工的井巷，其末端随掘进 工作不断向前移动的岩石面称为工作面；
4. 横断面：垂直于巷道长轴线的断面称为井
2024/3/12
内蒙古科技大学矿业学院
三、课程教学的基本要求
在课程讲解之前应安排实习，通过参观劳动使 学生熟悉巷道施工的主要工序及其衔接，了解常用 的施工机械、设备、器材的类型和性能。
掌握巷道断面设计，交岔点设计的方法。
四、本课程与其他课程的联系与分工
本课程应在学完下列课程的基础上进行教学，
《工程力学》、《电工学》、《机械设计基础》、 《矿山机械》、《煤矿地质》、《岩石力学》等， 并且应与《采矿学》、《矿井通风与安全》课同时 进行。
巷的横断面。
2024/3/12
Байду номын сангаас
内蒙古科技大学矿业学院
井巷工程 课程介绍
一、课程的性质和目的 二、课程教学内容 三、课程教学的基本要求 四、本课程与其他课程的联系与分工
2024/3/12
内蒙古科技大学矿业学院
一、课程的性质
《井巷工程》是采矿工程、安全通风等专业主 要专业课之一，是研究井巷施工方法和施工技术的 综合性课程。
二、课程教学内容
主要讲授岩石性质与工程分级；爆破原理与 爆破技术；巷道断面设计；水平岩石巷道施工；巷 道支护；巷道施工组织与管理；上下山及采区煤仓 施工；松软岩石巷道施工及巷道修复；硐室与交岔 点设计与施工；立井施工；立井井筒延深等内容。
井巷工程课件
井巷工程课件井巷工程（地下工程施工）第一章岩石的性质及其工程分级基本要求：掌握岩石的物理性质和力学性质；了解岩石的工程分级；破岩与井巷维护是井巷工程的主要问题，为了有效、合理地进行破岩与井巷维护，就要对岩石与岩体的物理力学性能有所了解，并在此基础上制定出岩石的工程分级方法，以便为设计、施工和成本计算提供依据。
第一节概述一、岩石的概念岩石是组成地壳的基本物资，它是由一种或多种矿物在地质作用下按一定规律组合而成。
1、岩石的性质与组成岩石的矿物成分有关。
2、岩石的结构与构造结构—决定岩石组织的各种特征的总和。
说明岩石微观的组织特征，如岩石中矿物的结晶程度、颗粒大小、形状及颗粒之间的联结方式。
构造—说明岩石宏观的组织特征。
如岩浆岩的流纹构造、沉积岩的层理构造和变质岩的片理构造。
二、岩石、岩体、岩块岩石—不分岩块与岩体的泛称。
岩块—指从地壳岩层中切取出来的小块体，有时也指实验室用来作力学试验的小块岩石。
岩体—是指一定工程范围内的自然地质体。
注意：1、由于各种地质作用，岩体中往往具有明显的地质作用遗迹，如层理、节理、断层等，称为弱面。
2、岩体具有非均质性、各向异性和不连续性。
三、表土与基岩建井工作者把覆盖在地壳上部的第四纪沉积物如黄土、粘土、流沙、淤泥、砾石等统称为表土；表土以下的固结性岩石统称为基岩。
第二节岩石的物理性质一、岩石的相对密度和密度1、相对密度（比重）岩石的相对密度，是指岩石固体实体积的质量与同体积水的质量之比值。
所谓岩石固体实体积，就是指不包括孔隙体积在内的实在体积。
其计算公式为：wc V Gd ρ=式中 d —岩石的相对密度；G —绝对干燥时体积为V C 的岩石质量，g ； V C —岩石固体实在体积，㎝3 ρW —水的密度，g/㎝3（4‵）。
岩石的相对密度取决于组成岩石的矿物的相对密度。
2、密度（容重）岩石单位体积（包括岩石内孔隙体积在内）的质量，称为岩石的密度（又称质量密度）。
可分为干密度和湿密度干密度—单位体积岩石绝对干燥后的密度。
第二章 井巷地压概述
图2-1 岩体单元体所在位置及其应力状态第二章 井巷地压概述第一节 地压概述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。
天然存在于原岩内与人为因素无关的应力场称为原岩应力场。
原岩处于复杂的受力状态，承受着上部岩石自重引起的应力、地质构造引起的应力、遇水后因物理化学反应引起的应力以及温度引起的应力等等。
其中，岩石自重引起的应力是原岩应力场的主要组成部分之一。
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（图2-1），其上作用的应力为z σ，y σ，x σ，形成岩体单元的自重应力状态。
单元体上的铅直应力z σ等于单元体上覆岩层的重量：H z γσ= （2-1）式中，γ为上覆岩层的容重，H 为岩体单元的埋藏深度。
在均匀岩体内，岩体的自重应力状态为：⎪⎭⎪⎬⎫====0xy z y x z Hτλσσσγσ （2-2）式中λ为常数，称为侧压系数。
在岩体自重应力场内，铅直应力z σ和水平应力y σ、x σ都是主应力。
假设岩体为各向同性的弹性体，由于单元体在水平方向受到相邻岩体的位移约束，不可能产生横向变形。
根据广义胡克定律，单元体各方向的应变为：[][][]⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎬⎫+-=+-=+-=)(1)(1)(1z x y y z y x x y x z z E E Eσσμσεσσμσεσσμσε （2-3）由于0=x ε，0=y ε，y x σσ=，z σ与y σ、x σ之间的关系为：H z y x γμμσμμσσ-=-==11 （2-4）因此 μμλ-=1 （2-5）岩石的泊松比μ一般为0.2~0.3，侧压系数λ等于0.25~0.43，岩体自重应力场内水平应力约等于铅直应力的25%~40%。
如果岩体由多层不同体积力的岩层组成。
井巷工程PPT课件_巷道断面设计 共35页
满足行人、通风要求 运输设备顶部距顶部（支护）和管线下缘距离不
小于0.6m 并满足安全间隙对高度要求
三、巷道净断面面积计算
S (B1 B2)H 2
SBh3
3.14B2 8
B(0.3925Bh3)
圆弧拱为SB(0.24Bh3)
《煤炭工业矿建设计规范》规定
采区巷道断面尺寸，应根据回采和掘进工作面的 装备、运输、通风、行人、管线安装及采后断面 压缩率复用要求等确定。
（2）按管道装设要求； （3）按人行高度要求； （4）按1.6 m高度人行道宽度要求； （5）按设备上缘至拱壁最小安全间隙要求 通常架线式运输巷按（1）计算即能满足设计要求；其它
巷道，一般只按（3）计算即能满足设计要求，但人行道 范围1.8 m以下不得架设管、线和电缆。
（三）无轨运输巷道净高度
拱形断面的主要运输巷净宽综采矿井不小于3.2m，其它不 小于3.0，矩形3.0，梯形上顶1.8
运输方式 1t、0.5t矿车
直线部分/mm 1200
曲线部分/mm 1300
1.5t矿车 3t矿车 600 mm轨距电机车
1300 1600 1300
1600 1800 1600
900 mm轨距电机车
1600
锚喷、锚杆、架棚 （二）道床参数 钢轨：钢轨型号是根据巷道类型、运输方式及矿车容积来
选取。 轨枕：轨枕的类型和规格应与选用的钢轨型号相适应。 道床：一股采用坚硬的碎石或不易自燃的矸石或卵石做道
碴，颗粒度以20~40mm为宜。
（三）巷道设计掘进断面积
巷道净尺寸加上支架、道床参数可得到巷道的设 计掘进尺寸，从而求得巷道设计掘进断面积。 半圆拱巷道：S1=B1（0.39B1+h3）；
小于0.6m 并满足安全间隙对高度要求
三、巷道净断面面积计算
S (B1 B2)H 2
SBh3
3.14B2 8
B(0.3925Bh3)
圆弧拱为SB(0.24Bh3)
《煤炭工业矿建设计规范》规定
采区巷道断面尺寸，应根据回采和掘进工作面的 装备、运输、通风、行人、管线安装及采后断面 压缩率复用要求等确定。
（2）按管道装设要求； （3）按人行高度要求； （4）按1.6 m高度人行道宽度要求； （5）按设备上缘至拱壁最小安全间隙要求 通常架线式运输巷按（1）计算即能满足设计要求；其它
巷道，一般只按（3）计算即能满足设计要求，但人行道 范围1.8 m以下不得架设管、线和电缆。
（三）无轨运输巷道净高度
拱形断面的主要运输巷净宽综采矿井不小于3.2m，其它不 小于3.0，矩形3.0，梯形上顶1.8
运输方式 1t、0.5t矿车
直线部分/mm 1200
曲线部分/mm 1300
1.5t矿车 3t矿车 600 mm轨距电机车
1300 1600 1300
1600 1800 1600
900 mm轨距电机车
1600
锚喷、锚杆、架棚 （二）道床参数 钢轨：钢轨型号是根据巷道类型、运输方式及矿车容积来
选取。 轨枕：轨枕的类型和规格应与选用的钢轨型号相适应。 道床：一股采用坚硬的碎石或不易自燃的矸石或卵石做道
碴，颗粒度以20~40mm为宜。
（三）巷道设计掘进断面积
巷道净尺寸加上支架、道床参数可得到巷道的设 计掘进尺寸，从而求得巷道设计掘进断面积。 半圆拱巷道：S1=B1（0.39B1+h3）；
井巷地压
a 1 q
bm p
(c)
1 aq
mb p
(c)
由（c) 可得：
长轴 长轴方向原岩应力 短轴 短轴方向原岩应力
(5－9)
满足上式的轴比叫等应力轴比。在等应力轴比 的条件下，椭圆形坑道顶底板中点和两帮中点的切向 应力相等，周边应力分布比较均匀。
可见，在原岩应力(p,λp）一定的条件下，σθ随 轴比m而变化。为了获得合理的应力分布，可通过调整 轴比m来实现。
a2 r2
)
1 2
p(1
)(1
3
a4 r4
)
cos
2
r
1 2
p(1
)(1
2
a2 r2
3
a4 r4
)
s
in
2
上式即为极坐标中的原岩应力。
(1-1) (1-2)
r
1 2
p(1 )(1
a2 r2
)
1 2
p(1
)(1
4
a2 r2
3
a4 r4
)
cos
2
松散软弱的岩体中，出现顶板冒落、片帮，形成对支架的压 力；
岩体沿结构面发生破坏，形成冒落块体产生压力。
4
1.1 概述 1.1.1地压的分类
三、冲击地压
冲击底压又称岩爆，它是在围岩积累了大量的弹性变形能力 之后，突然释放出来所产生的压力。因此冲击地压是一种类似 爆炸的地压现象。冲击地压产生的原因是围岩应力超过其弹性 极限，在岩体内积聚的弹性变形能突然猛烈的释放造成的。 冲击地压多发生在深部坚硬、完整的岩体中。
课程名称《井巷工程2》
2）密度ρ
• 岩石单位体积〈包括岩石内孔隙体积在内〉的质量 ， 又称质量密度ρ ，具有干密度与湿密度之分。 • a 干密度： • b 湿密度：
Gc c 是单位体积岩石绝对干燥后的质量。 V
G 是天然含水或饱和水状态下的密度。 V 三种密度的关系：
3）重度（容重）γ ：
指单位体积岩石所受的重力，又称重力密度。
（2）同一种岩石的强度并非常数。
（3）不同受力状态下岩石的各种强度极限相差悬 殊。 a、从荷载性质来看： 单向抗压强度>单向抗剪强度>单向抗弯强度>单 向抗拉强度； b、从应力状态来看： 三向抗压强度>双向抗压强度> 单向抗压强度；
*部分岩石强度试验结果列于表1－4
吸水、透水、软化、溶蚀、膨胀、崩解。
1）岩石的吸水率w：
—岩石试件在大气压力下吸入水的质量Gw与试件 烘干质量Gc之比。
Gw w Gc
*表1-1列出一些岩石的比重、密度、孔隙比和吸水 率等指标
煤：1.2-2.2t/m3
一般粘性土：1.8~2.0；砂土：1.6~2.0.
1.2.3 岩石的水理性质
1.3 岩石的力学性质
外载作用下： “变形”、“破坏”、 “运动”。
• 1.3.1 岩石的变形特征 • 1.3.2 岩石的强度特征
• 1.3.3 岩石的硬度
• 1.3.4 岩石的可钻性与可爆性
1.3.1 岩石的变形特征
*荷载（力）与应力： σ P S *变形与应变： ε ＝ △d l
σ *应力与应变： ε E
⑶波的反射和透射
表面波(勒夫波) ：沿介质边界传播c； 体积波：在介质内部传播，分为横波和纵波 横波：介质振动方向和波的传播方向垂直，产生剪切变形b； 纵波：质点振动方向和波的传播方向一致，产生压缩、拉伸 变形a； 瑞利波：质点运动轨迹为椭圆的波，为地震波的主要形式 d
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井巷地压就是指在地下岩体中进行采掘活动，而引起的 作用在井巷、硐室等周围岩体中或支撑物上的压力，简称地 压。
2020/8/15
2
第一节 地压概念
一、井巷地压概念 在井巷地压作用下，会引起各种力学现象，如顶板下沉、
底板鼓起、巷道变形后断面缩小、岩体破坏甚至产生大面积冒落 片帮、支架严重变形或损坏，以及大量岩层移动及地表发生塌陷 等。这种由于井巷地压作用，使巷道围岩和各种人工支撑物产生 的变形、移动和破碎等现象，统称为地压现象。
地质构造的形态虽然是多种多样的，地质构造力也是复杂
多变的，但对于每一个具体构造来说，不外乎是由压应力、拉 应力或剪应力形成的，故地质构造可以分成压应力构造、拉应 力构造和剪应力构造。大量研究表明，地质构造基本上是水平 方向挤压力作用的结果，可以作为平面问题研究。
2020/8/15
9
第一节 地压概念
2020/8/15
3
第一节 地压概念
二、原岩应力状态 井巷地压是因井巷掘进后岩体中应力的重新分布引起的，研究掘
进后巷道周围的应力，首先必须研究巷道所在的岩体区域内的原岩应 力。
地下岩体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。天然存在于原岩内而与任何人为因素无 关的应力称为原岩应力。原岩应力按产生的原因分为自重应力和构造 应力。由于岩体的自身重力作用而产生的应力，称为自重应力；由于 地质构造运动而引起的应力，称为构造应力。另外还有岩体中包含水 和瓦斯所引起的应力，也能影响岩体内的应力大小与分布。
表2—1列出了昆明水电勘测设计院对原岩应力的实测资料，水平应力 均接近或大于垂直应力。
实测地点 岩石试验硐 1号高压平硐
2号斜井 总岔管
垂直应力/MPa 2.22 0.954 2.38 7.92
水平应力/MPa 1.98 0.816 1.99 8.87
侧应力系数λ 0.89 0.86 0.84 1.12
单位面积上的内力，就是自重应力。
在地表取一个水平的直角坐标x、y，以深度方向为z轴，在岩体中任意取 一个与坐标方向相一致的微小的单元立方体，它的垂直方向自重应力σz就是 单位面积上的岩柱重量，岩柱体积为1×1×z，岩体的容重为γ，如图2-(a)所 示，在上覆岩层重量作用下，这个单元体上所受的垂直应力
于垂直应力的25％~40％。
[例2—1] 求深度为800m处岩体的原岩应力状态。 解 令岩层的平均容重
为25kN／m3，侧应力系数λ取0.25，则
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第一节 地压概念
(二)构造应力 根据原岩自重应力的分布规律，侧应力系数不大于1，而应力
测量资料表明：一部分应力符合自重应力分布规律；另一部分却 是水平应力大于垂直应力，侧应力系数甚至可高达20，二个方向的 水平主应力不相等，它的方向、大小与地质构造有关。可见，存 在着地质构造应力。
如图2—1(a)所示，地表内取任意的岩块处于半无限空间的状态下，假定岩体为
各向同性的弹性体，由于岩体自重所引起的侧向应力σx、σy，因其侧向条件是一致
的，因而σx=σy。且σx、σy与σz成比例关系。令侧应力系数为λ，则
σx=σy =λσz
(2—3)
式中 λ——原岩体侧应力系数，一般取λ＝0.25~0.43，即原岩体中任意地方的水平应力 约等
所有上述因素中，显然自重引起的应力是普遍存在的，构造应力
则决定于该地区的地壳运动形态，有时影响面也较大。在井巷掘进之 后，掘进空间周围岩体的应力重新分布。
了解原岩应力是分析掘进后空间的周围应力重新分布的基础。
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பைடு நூலகம்
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第一节 地压概念
(一)自重应力 处于一定深度的原岩体，承受着上部岩体的重量，由这个重量所引起的
地壳运动过程中，在地应力的作用下，岩体发生了体积与
形状的变化。由于岩体的弹性变形，能使岩体内贮存巨大的弹 性应变能。但这种应变能不可能在岩体中无限制地积累下去， 随着能量的增加，应力达到岩体的强度极限时，它就要发生破 坏(如形成断层或裂隙等)。这时除在岩体中保存残余变形外， 贮存的能量将部分或全部释放出来，构造应力也就随之部分或 全部消失。例如，地震时绝大部分应变能得到了释放。
＝11 zγ z 11
＝z
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第一节 地压概念
＝11 zγ z 11
＝z
＝11 zγ z 11
＝z
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第一节 地压概念
上述单元立方体在垂直应力的作用下，在σz的作用方向产生压缩变形，而在与 σz成垂直的方向产生侧向膨胀变形。但侧向由于相互挤压受到无限相邻岩体的限 制，其横向变形值，只能为零，应变也为零，即ε2＝ε3＝0，因而形成了岩块的侧 向应力σx、σy(即水平自重应力，就是阻止水平方向变形的挤压应力)。
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第一节 地压概念
国外一些原岩应力测量结果，还说明构造应力也与深度成
正比。现在发生的频繁的地壳活动，也证明有地质构造力在起 作用。
地壳中的地质构造运动使局部岩层处于构造应力场中。显
然，任何一种构造痕迹都必然反映着一定性质的构造应力的作 用。地质构造不断在变化，地质构造应力又是看不到的，但地 质构造应力所造成的痕迹，如断层、褶曲等却保留在岩体中， 它的走向与形成它的方向有着一定的关系，可以根据各种构造 的力学性质判断构造应力的方向。
I. 地压概念 II. 围岩的变形和应力分布 III. 围岩压力及其影响因素
第一节 地压概念
一、井巷地压概念 地下岩体在未开掘巷道之前，由于自重引起的应力(称为
原岩应力)是处于平衡状态的。当在岩层中开掘巷道后，破坏 了岩石的原始应力状态，引起岩体内部的应力重新分布。
它表现为巷道周围的岩体产生变形、移动甚至破坏，直 到岩体内部重新形成一个新的应力平衡状态为止。在此过程 中，巷道本身或架设在其中的支撑物会受到各种力的作用。
在大多数情况下，井巷地压会给地下掘进工作造成不同程度
的危害。为了不影响井巷掘进工作和保证生产安全，必须采取各 种技术措施加以控制，包括对巷道的工作空间进行维护，对软弱 或破碎的岩石进行加固，用各种方法使巷道工作空间得到卸压。 其基本目的就是保证生产安全和取得良好的经济效益。
因此，了解井巷地压的发生、发展规律对井巷工程的破岩 和支护有着重要的意义。
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第一节 地压概念
一、井巷地压概念 在井巷地压作用下，会引起各种力学现象，如顶板下沉、
底板鼓起、巷道变形后断面缩小、岩体破坏甚至产生大面积冒落 片帮、支架严重变形或损坏，以及大量岩层移动及地表发生塌陷 等。这种由于井巷地压作用，使巷道围岩和各种人工支撑物产生 的变形、移动和破碎等现象，统称为地压现象。
地质构造的形态虽然是多种多样的，地质构造力也是复杂
多变的，但对于每一个具体构造来说，不外乎是由压应力、拉 应力或剪应力形成的，故地质构造可以分成压应力构造、拉应 力构造和剪应力构造。大量研究表明，地质构造基本上是水平 方向挤压力作用的结果，可以作为平面问题研究。
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第一节 地压概念
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第一节 地压概念
二、原岩应力状态 井巷地压是因井巷掘进后岩体中应力的重新分布引起的，研究掘
进后巷道周围的应力，首先必须研究巷道所在的岩体区域内的原岩应 力。
地下岩体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。天然存在于原岩内而与任何人为因素无 关的应力称为原岩应力。原岩应力按产生的原因分为自重应力和构造 应力。由于岩体的自身重力作用而产生的应力，称为自重应力；由于 地质构造运动而引起的应力，称为构造应力。另外还有岩体中包含水 和瓦斯所引起的应力，也能影响岩体内的应力大小与分布。
表2—1列出了昆明水电勘测设计院对原岩应力的实测资料，水平应力 均接近或大于垂直应力。
实测地点 岩石试验硐 1号高压平硐
2号斜井 总岔管
垂直应力/MPa 2.22 0.954 2.38 7.92
水平应力/MPa 1.98 0.816 1.99 8.87
侧应力系数λ 0.89 0.86 0.84 1.12
单位面积上的内力，就是自重应力。
在地表取一个水平的直角坐标x、y，以深度方向为z轴，在岩体中任意取 一个与坐标方向相一致的微小的单元立方体，它的垂直方向自重应力σz就是 单位面积上的岩柱重量，岩柱体积为1×1×z，岩体的容重为γ，如图2-(a)所 示，在上覆岩层重量作用下，这个单元体上所受的垂直应力
于垂直应力的25％~40％。
[例2—1] 求深度为800m处岩体的原岩应力状态。 解 令岩层的平均容重
为25kN／m3，侧应力系数λ取0.25，则
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第一节 地压概念
(二)构造应力 根据原岩自重应力的分布规律，侧应力系数不大于1，而应力
测量资料表明：一部分应力符合自重应力分布规律；另一部分却 是水平应力大于垂直应力，侧应力系数甚至可高达20，二个方向的 水平主应力不相等，它的方向、大小与地质构造有关。可见，存 在着地质构造应力。
如图2—1(a)所示，地表内取任意的岩块处于半无限空间的状态下，假定岩体为
各向同性的弹性体，由于岩体自重所引起的侧向应力σx、σy，因其侧向条件是一致
的，因而σx=σy。且σx、σy与σz成比例关系。令侧应力系数为λ，则
σx=σy =λσz
(2—3)
式中 λ——原岩体侧应力系数，一般取λ＝0.25~0.43，即原岩体中任意地方的水平应力 约等
所有上述因素中，显然自重引起的应力是普遍存在的，构造应力
则决定于该地区的地壳运动形态，有时影响面也较大。在井巷掘进之 后，掘进空间周围岩体的应力重新分布。
了解原岩应力是分析掘进后空间的周围应力重新分布的基础。
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第一节 地压概念
(一)自重应力 处于一定深度的原岩体，承受着上部岩体的重量，由这个重量所引起的
地壳运动过程中，在地应力的作用下，岩体发生了体积与
形状的变化。由于岩体的弹性变形，能使岩体内贮存巨大的弹 性应变能。但这种应变能不可能在岩体中无限制地积累下去， 随着能量的增加，应力达到岩体的强度极限时，它就要发生破 坏(如形成断层或裂隙等)。这时除在岩体中保存残余变形外， 贮存的能量将部分或全部释放出来，构造应力也就随之部分或 全部消失。例如，地震时绝大部分应变能得到了释放。
＝11 zγ z 11
＝z
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＝11 zγ z 11
＝z
＝11 zγ z 11
＝z
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上述单元立方体在垂直应力的作用下，在σz的作用方向产生压缩变形，而在与 σz成垂直的方向产生侧向膨胀变形。但侧向由于相互挤压受到无限相邻岩体的限 制，其横向变形值，只能为零，应变也为零，即ε2＝ε3＝0，因而形成了岩块的侧 向应力σx、σy(即水平自重应力，就是阻止水平方向变形的挤压应力)。
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第一节 地压概念
国外一些原岩应力测量结果，还说明构造应力也与深度成
正比。现在发生的频繁的地壳活动，也证明有地质构造力在起 作用。
地壳中的地质构造运动使局部岩层处于构造应力场中。显
然，任何一种构造痕迹都必然反映着一定性质的构造应力的作 用。地质构造不断在变化，地质构造应力又是看不到的，但地 质构造应力所造成的痕迹，如断层、褶曲等却保留在岩体中， 它的走向与形成它的方向有着一定的关系，可以根据各种构造 的力学性质判断构造应力的方向。
I. 地压概念 II. 围岩的变形和应力分布 III. 围岩压力及其影响因素
第一节 地压概念
一、井巷地压概念 地下岩体在未开掘巷道之前，由于自重引起的应力(称为
原岩应力)是处于平衡状态的。当在岩层中开掘巷道后，破坏 了岩石的原始应力状态，引起岩体内部的应力重新分布。
它表现为巷道周围的岩体产生变形、移动甚至破坏，直 到岩体内部重新形成一个新的应力平衡状态为止。在此过程 中，巷道本身或架设在其中的支撑物会受到各种力的作用。
在大多数情况下，井巷地压会给地下掘进工作造成不同程度
的危害。为了不影响井巷掘进工作和保证生产安全，必须采取各 种技术措施加以控制，包括对巷道的工作空间进行维护，对软弱 或破碎的岩石进行加固，用各种方法使巷道工作空间得到卸压。 其基本目的就是保证生产安全和取得良好的经济效益。
因此，了解井巷地压的发生、发展规律对井巷工程的破岩 和支护有着重要的意义。