构造应力场

z i hi
i 1 n
H σz σy σx σx σy
二、水平应力估算
1、静水应力学说（海姆假说）
x y z H
2、线弹性学说（金尼克假说）
σz 原岩体内应力状态
x y

1
z
原岩应力的分布规律
六、岩体中的弹性变形能
地下赋存的煤或岩体在应力作用下，必产生其体积和形状的变化。当煤岩体 尚处于弹性状态，且变形不能解除时，外力（压力）做的功将以能量的形式贮存 于岩体内，即岩体内贮存有弹性变形能。
1.
2. 3. 4. 5.
保证矿井安全正常生产。减少或杜绝顶板事故，必有的技术知识。
减少资源损失和贫化。例如，缩小或取消矿柱，采用合理采矿方法 ，降低混矸，提高资源的回收率。 改善开采技术。提高机械化水平，减轻工人劳动强度。 保护生态环境。减轻地表沉降，防止建筑物破坏，保护地下水资源 ，有效抽放煤层气等。 提高经济和社会效益。给方案设计、设备选型、生产技术管理提供 理论依据，从而降低采矿费用。同时，提高矿工的社会地位。
•
矿山压力与岩层控制是研究矿山岩体力学现象的机理、控制理论，以及控制 所采用的人工构筑物的学科，属于岩石力学的分支，是矿山采掘工程的基础 学科。
概述
分类
概述
学习矿压的意义
矿山压力及其岩层控制是岩石力学在矿山上的应用学科，有人称之为矿山岩 石力学。它既课。在采矿中作用如下：
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矿山压力显现：指在矿山压力作用下引起的一系列力学现象。简称“矿压
显现”或“地压现象”等。例如巷道围岩变形和破裂，顶板下沉、冒落，煤 岩帮片落，底板鼓胀，支架载荷、变形与损坏，顶板来压等等。
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矿山压力控制：指人为地减轻、调节、改变和利用矿山压力作用的各种方
法。简称“矿压控制”、“岩层控制”或“地压控制”。例如：在巷道位置 上避开高应力区，处于高应力区巷道选择合理支护或钻孔（或切槽）卸压， 掘前预采等。
4 、天然应力的比值系数的变化有一定规律 ① 靠近地表λ较大，随深度增加而减小； ② 随着深度增大，λ值的分散度减小。
原岩应力的分布规律
五、 原岩应力的估算
在原岩应力中，构造应力分布和大小变化很大，多存在于地壳上升地区， 只有实测才可确定；而自重应力可由计算确定。
一、铅直应力的估算
z H
3）具有明显的方向性；
4）坚硬岩层中明显，软岩中不明显； 5）
H max H min Z
构造应力目前尚难以计算，只能实测。
原岩应力的分布规律
四、 原岩应力的分布规律
1、地壳是一个相对稳定的非稳定应力场 2、铅直应力基本等于上覆岩层的重量 3、岩体中的水平天然应力复杂多变
① 以水平挤压力为主，很少见到拉应力。 ② 大部分岩体中水平应力大于铅直应力。 ③ 在单薄的山体、谷坡附近以及未受构造变动的 岩体中水平应力小于铅直应力。 ④ 岩体中两个水平应力通常不相等，各向异性明 显，方向、大小在不同地点而有所变化。 ⑤ 一般来说，水平应力不水平。
原岩应力的分布规律
一、 原岩应力构成
原岩应力：指天然存在于岩体内而与任何人为因素无关的应力。即在矿山尚 未进行采掘工程以前，岩体内存在着应力。
另外还包括岩体内水或气体压力，岩石遇水后因物理化学变化引起的膨胀 应力，温度引起的热应力和地形起伏导致的应力波动与变化等。同时受岩体力学 性质（强度、弹性模量、泊松比、流变性），岩体内断裂和褶皱情况（性质、产 状、密度等）分布，以及地层剥蚀等因素的影响。
原岩应力的分布规律
二、 自重应力 铅直应力： z H
水平应力： x y z
其中： ——侧压系数 海 姆： 1 （静水压力理论）
金尼克：

1
（ 弹性侧压理论）
一般 0.2 — 0.3 则 0.25 — 0.43
原岩应力的分布规律
三、构造应力：
弹性变形能与开采深度的平方成正比。
“孔”周围的应力分布
围岩：人为工程扰动后，应力发生明显改变的岩体。 应力集中系数：改变后的次生应力与原岩应力的比值。
矿山压力显现规律
主讲老师：赵源
目录
1、概述 2、原岩应力的分布规律 3、“孔”周围的应力分布 3、矿压显现的基本规律 4、有关上覆岩层活动的规律
概述
矿山压力有关概念
• 矿山压力：由于矿山开采活动的影响，在周围岩体中形成的，及作用于支护
物上的力，简称“矿压”。在相关学科把其称为地层压力（简称“地压”） 、岩石压力（简称“岩压”）、二次应力、工程扰动力等。包括原岩对围岩 作用力，围岩体内之间作用力（如支承压力）和围岩对支护物作用力（狭义 矿压，如巷道围岩压力、采场顶板压力） 。
概述
采矿工程矿压特点
1）岩体是特殊的工程结构。与地面岩石工程不同地下采矿涉及的岩石 工程的围岩是一种特殊的结构体。它承受外部载荷，有时又把部分 荷载转嫁到巷硐内部的支撑物上。 2）场所移动，受埋藏条件影响大。由于采矿地点多变的特点，对于矿 压研究、设计和生产管理增加了难度。 3）开采深度大，波及范围广，产生的应力大，控制难度大 。 4）存在矿山动力现象。如岩爆、矿震、煤岩瓦斯突出、顶板大面积来 压。 5）坑洞服务年限变化大，控制方法复杂。 6）矿体赋存状况和开采方法不同，导致不同的矿压特点。如煤矿围岩 软巷硐变形破坏严重，矿压理论和采场支护设备独特。
1、构造应力——由构造运动引起（板块、火山、升降）
现代构造应力 地质构造残余应力 构造应力场——构造运动形成： 板块挤压——板块移动，挤压边界引起（横向）；
地幔热对流——地幔上下封闭对流形成；
岩浆侵入——岩浆侵入挤压、冷凝收缩（局部）
原岩应力的分布规律
2、构造应力特点： 1）分布不均，在构造区域附近最大； 2）水平应力为主，浅部尤为明显；
在原岩应力场弹性变形能包括体变弹性能、形变弹性能两种，由前苏联阿维 尔申计算为
体变弹性能
形变弹性能
(1 2 )(1 ) 2 2 2 Uv H 2 6 E (1 ) (1 )(1 2 ) 2 2 2 常由于塑性变形被吸收 Uf H 2 或转化，而消失。 3E (1 )