巷道矿压显现规律67页PPT
第七章巷道矿压显现规律教案资料
第七章巷道矿压显现
规律
1、试述采区(采准)巷道矿山压力显现的基本规律
I护上区酿工年面展)
图6 区段平巷围岩变形
I —掘巷影响区II —掘巷影响稳定区III —米动影响区IV —米动影响稳定区V —
二次米动影响区
答：采区巷道从开掘到报废，经历采动造成的围岩应力重新分布，围岩变形持续增长和变化，以受到相邻区段回采影响的工作面回采巷道为例，围岩变形经历五个阶段。
(1)巷道掘进影响阶段I :煤体内开掘巷道后，巷道围岩出现应力集中，在形成塑性区的过程中，围岩向巷道空间显著位移，但随着巷道掘出时间的延长，围岩变形速度逐渐衰减，趋向缓和，所以该阶段矿山压力显现较弱，显现时间短。
巷道围岩变形量主要取决于巷道埋藏深度和围岩性质。
(2)掘进影响稳定阶段II :掘巷引起的围岩应力重新分布趋于稳定，由于煤岩一般具有流变性，围岩变形会随时间而缓慢增长，但其变形速度会比掘巷初期要小的多，巷道围岩变形速度仍取决于埋藏深度和围岩性质。
巷道矿山压力观测PPT课件
2 单孔法
单孔法每次测试只需一个孔，也可以直接利用锚杆孔。这种 方法操作简单，准备工作量小。
KH型声波探测仪主要用于单孔测试。 单孔测试工作方式：一发一收，一发两收。 测试时，将发射换能器F和接收换能器S插入孔内，并在孔内 注满水。 测试原理：
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2．测试方法 (1)在选择好的测量点上安装测量元件； (2)在岩体上开凿直槽，槽的方向应与所测定的应力方向垂直; (3)在直槽内放入液压枕，并用水泥砂浆充填空隙； (4)通过被压枕对“解放槽”施加压力，直到间距从L`恢复到l，
再停止加压； (5)根据液压枕上压力表读数，即可换算出岩体周边沿l方向的
1)观测点处顶板稳定、支架完好、两帮整齐、底板平坦，便于观测； 2)测点应安设牢固，以便保护测点进行长期观测； 3)各观测截面内的空间位置应力求一致
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一、巷道表面位移观测
(2)测点安设方法 在顶板上打一个深为100－200mm、直径约 为40 mm的钻眼，打入木塞，木塞的上钉作为 测量基准点的基钉(铁钉头部钻有一圆穴，如图 6－5)，同时在顶底板垂线方向以同样的方法在 底板设基点。顶板比较坚硬，可用彩色油漆标 明观测基点。 两帮观测基点的安设方法与上述基本相同， 各对测点在同一平面上。
l
(5)取下环形槽内岩芯，并在实验室中测定其弹性常数e和 泊松比μ值；
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(6)假若岩体处于弹性状态，则根据虎克定律就可以求得沿测点 方向在l范围内的平均应力σ=Eε。
l方向的平均应变为ε＝ L'l。若此处岩体承受压应力， 则L`＞l为伸长；若此处岩体原受l拉应力。则L`＜l为缩短。 (二)、应力恢复法 1．基本原理 应力恢复法与应力解除法大同小异。其不同点在于“解放槽” 凿成后，应力被解除，测点间距从l变到L`，并不依此计算应变 相主应力，而是人为地对“解放槽”施加压力，使岩体恢复到 应力解除前的状态，然后根据所施加的压力求出周边应力的大 小。
矿山压力及其控制 回采工作面矿山压力显现基本规律PPT课件
(T c o s Rs i n )tg R c o s T s i n
R tg( )
T
i.e Ttg( ) R
为了保证 A、B 岩块不失稳， R QAB ,记 A、B 岩块重量及上部荷载。
Ttg( ) QAB 。否则工作面顶板将出现下沉，甚至沿煤壁切落，形成严重
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5.3 老顶的周期来压
5.3.1 回采工作面推进对岩体结构的影响
老顶初次来压后，随着回 采工作面的继续推进，老 顶岩块所形成的裂隙体梁 将发生一系列变化：A岩 块由稳定→断裂→失稳 →O岩块稳定→断裂→失 稳。这样随着工作面向前 推进，上覆岩层的结构由 稳定→失稳→再稳定，周 而复始，其稳定的结构可 以称之为裂隙体梁结构的 稳定。
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5.4.2 实测法
即从工作面支架上测定其所承受的实际荷载。实际 上，从一定意义上讲，井下工作面所测得的载荷已不 仅是顶板压力，而同时包含了支架性能的影响。
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5.5 影响回采工作面矿山压力显现的主要因素
回采工作面的矿山压力显现受多种因素影响：如围 岩性质、采深、采高、倾角、工作面推进速度等。具体 工作面要具体分析。
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5.3.2 采场的周期来压
随着工作面推进，老顶岩层由稳定结构→不稳定结构→ 稳定结构。在这种周而复始的工程中，失稳时对工作面 就产生了周期性的压力。由此，由于裂隙带岩层周期性 失稳而引起的顶板来压现象称为工作面顶板的周期来压。 在失稳过程中，由裂隙体梁的平衡 ，沿a-a面力平衡， 有：
开采深度对矿山巷道的矿山压力显现比较明显。如 在松软岩层中开掘巷道，随着深度增加，巷道围岩的 “挤、压、臌”现象更加严重。但对于回采工作面而 言，开采深度对工作面顶板压力大小的影响并不突出。
巷道矿压显现规律PPT课件
（3） 巷道一侧为煤体，另一侧为采空区,采 空区一侧采动影响已经稳定后，沿采空区边缘 掘进的巷道称为煤体-无煤柱（沿空掘进）巷道 (图7-10Ⅱ2) ；如果通过加强支护或采用其它有 效方法，将相邻区段巷道保留下来，供本区段 工作面回采时使用的巷道，称为煤体-无煤柱 （沿空保留）巷道(图7-10Ⅲ2) 。
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图7-1 圆形巷道围岩弹性变形应力分布
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如果围岩应力大于岩体强度，巷道围岩会 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，成为弹塑性 介质。
在塑性区内圈（A）围岩强度明显削弱，低 于原始应力γH，围岩发生破裂和位移称为破 裂区，也叫卸载和应力降低区。塑性区外圈 （B）的应力高于原始应力，它与弹性区内应 力增高部分均为承载区，也称应力增高区。 再向围岩深部即为处于稳定状态的原始应力 区。
相邻的采空区所形成的支承压力会在某些地点 发生相互叠加，称为叠合支承压力。例如，在上 下区段之间，上区段采空区形成的残余支承压力 与下区段工作面超前支承压力叠加，在煤层向采 空区凸出的拐角，形成很高的叠合支承压力，应 力增高系数可达5～7，有时甚至更高(图7-4)。
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图7-4 煤层凸出角处叠加支承压力
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（二）巷间岩柱的稳定性
岩柱的稳定性主要取决于岩柱的载荷和岩
柱强度。当岩柱所承受的载荷超过岩柱的承载
能力时，岩柱是不稳定的。
R
RC
0 .778
0.222
B h
R
RC1
0.64
0.36
B h
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（三）相邻巷道间合理距离 我国煤矿目前采深条件下，大巷间的距离
第七章 巷道矿压显现规律
1、试述采区（采准）巷道矿山压力显现的基本规律图6 区段平巷围岩变形I—掘巷影响区 II—掘巷影响稳定区 III—采动影响区 IV—采动影响稳定区V—二次采动影响区答：采区巷道从开掘到报废，经历采动造成的围岩应力重新分布，围岩变形持续增长和变化，以受到相邻区段回采影响的工作面回采巷道为例，围岩变形经历五个阶段。
（1）巷道掘进影响阶段I：煤体内开掘巷道后，巷道围岩出现应力集中，在形成塑性区的过程中，围岩向巷道空间显著位移，但随着巷道掘出时间的延长，围岩变形速度逐渐衰减，趋向缓和，所以该阶段矿山压力显现较弱，显现时间短。
巷道围岩变形量主要取决于巷道埋藏深度和围岩性质。
（2）掘进影响稳定阶段II：掘巷引起的围岩应力重新分布趋于稳定，由于煤岩一般具有流变性，围岩变形会随时间而缓慢增长，但其变形速度会比掘巷初期要小的多，巷道围岩变形速度仍取决于埋藏深度和围岩性质。
（3）采动影响阶段III：巷道受上区段工作面的回采影响后，在回采引起的超前移动支承压力作用下，巷道围岩应力再次重新分布，塑性区显著扩大，围岩变形显著增长。
巷道围岩性质、护巷煤柱宽度及巷旁支护方式、工作面顶板岩层结构对该时期围岩变形量影响很大。
（4）采动影响稳定阶段IV：回采引起的应力重新分布趋于稳定后，巷道围岩的变形速度再一次降低，但仍高于掘进影响稳定阶段的变形速度，围岩变形量按流变规律缓慢增长。
（5）二次采动影响阶段V：巷道受本段回采工作面的回采影响时，由于上区段残余支承压力，本区段工作面超前支承压力相互叠加，巷道围岩应力急剧增高，引起围岩应力重新分布，塑性区扩大，应力的反复扰动，使围岩变形比上一次采动影响更加剧烈。
2、试述区段巷道矿山压力显现的基本规律答：（1）煤体—煤体巷道服务期间内，围岩的变形将经历巷道掘进影响、掘进影响稳定和采动影响三个阶段。
由于巷道在采面后方已经废弃，巷道仅经历采面前方采动影响，围岩变形量比采动影响阶段全过程小的多，一般仅1/3左右。
巷道矿压显现规律
沿倾斜巷道围岩强度/MPa
30
60
90
＞120
30
பைடு நூலகம்60
90
＞120
＜300
3.5～2 2～1.6 1.5～1.3 1.2～1
1.8
1.5
1.2
1
300～600
4～2.5 2～1.8 1.7～1.5 1.4～1.2 2.2
1.8
1.5
1.2
600～900
4.5～3 2.5～2
21.7 1.6～1.4
2.6
7.1 巷道围岩应力及变形规律
7.1.2 相邻巷道的应力分布及巷道间距的确定
1、巷道围岩应力影响带
在静水压应力场中，弹性变形巷道的应力影响区域形 状为半径等于6r的圆（r为巷道断面半径）。在非静水压 应力场中，巷道的应力影响区域形状不再是圆形，一般为 长轴不大于12r的椭圆。因此： （1）断面相同两圆形巷道的间距D为：6r＜D＜12r （2）半径不同两圆形巷道的间距D为：6R＜D＜6（r＋R）
1—超前支承压力 ； 2、3—侧向固定支承压力； 4—采空区支承压力.
7.1 巷道围岩应力及变形规律
7.1.1 受采动影响巷道的围岩应力
2、回采工作面周围支承压力分布
支承压力 类型
超前支承压力 侧向固定支承压力
峰值离煤壁
4~8m
15~20m
应力增高系数 2.5~3.0
2.0~3.0
影响范围
40~80m
如果巷道周边形成塑性变形区，相邻巷道的应力影响 带不宜超过塑性变形区与弹性变形区的交界面。书P198提 供了数值计算岩体力学参数取值参考。
巷道受采动影响巷道矿压显现规律
巷道受采动影响巷道矿压显现规律一、巷道位置类型根据巷道与回采空间相对位置及采掘时间关系不同，巷道位置分为以下几种类型：（1）本煤层巷道（2）位于回采空间所在层面下方的巷道称为底板巷道，位于回采空间所在层面上方的巷道称为顶板巷道。
（3）厚煤层中、下分层以及相邻煤层中的煤层巷道，有可能同时受到本分层和上分层以及相邻煤层回采工作面的采动影响。
二、区段巷道的位置和矿压显现规律（一）区段巷道的布置方式根据区段回采的准备系统，区段巷道可分成三种布置方式。
（1）煤体-煤体巷道(图6-7Ⅰ)。
（2）煤体-煤柱（采动稳定）巷道(图6-7Ⅱ1)；煤体-煤柱（正采动）巷道(图6-7Ⅲ1)。
（3）煤体-无煤柱（沿空掘进）巷道(图6-7Ⅱ2)；煤体-无煤柱（沿空保留）巷道(图6-7Ⅲ2)。
图6-7 区段巷道布置方式示意图a—煤柱护巷；b—无煤柱护巷（二）区段巷道矿压显现规律（1）煤体-煤体巷道服务期间内，围岩的变形将经历三个阶段，即巷道掘进影响阶段、掘进影响稳定阶段和采动影响阶段。
（2）煤体-煤柱或采空区（采动稳定）巷道服务期间，围岩变形经历巷道掘进影响阶段、掘进影响稳定阶段和采动影响阶段（工作面前方采动影响）。
但巷道整个服务期间内，始终受相邻区段采空区残余支承压力影响，三个影响阶段的围岩变形均大于煤体-煤体巷道。
（3）煤体-煤柱或无煤柱（正采动）巷道服务期间，围岩的变形将经历全部的五个阶段。
围岩变形量远大于煤体-煤体巷道和煤体-煤柱或无煤柱（采动稳定）巷道。
（三）厚煤层中下分层区段巷道布置和矿压显现规律中、下分层巷道如果位于上分层一侧已采的煤体附近，上分层煤体的支承压力，对下部分层巷道会产生一定影响。
它的影响程度与巷道和上分层煤体边缘之间的水平距离有关。
一般情况下，水平距离超过2m影响已不明显。
中、下分层巷道如果位于上分层两侧均已采空的煤柱附近，由于受到上分层煤柱支承压力叠加的强烈影响，围岩变形显著。
为了改善这种巷道的维护，要求巷道与上分层煤柱边缘保持的5～10m的水平距离。
7 巷道矿压显现规律PPT课件
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，
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。
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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
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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。
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。
6r D 12r
断面相同的两圆形巷道的间距为：
20
半径不同的两圆形巷道的间距为：
6 RD 6 (R r)
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。
4
✓ 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。
5
塑性区半径和巷道周边位移
6
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
7
垮 落 岩 垮落岩石压实区 垮落岩石逐渐压缩区 石 松 散 区
工 作 面 控 顶 区
柱的载荷、该点与煤柱的垂直距离及该点与上
7 巷道矿压显现规律解析PPT课件
二、区段巷道的位置和矿压显现规律
区段巷道的布置方式：
煤体-煤体巷道（Ⅰ）；
煤体-煤柱巷道（采动稳定）
（Ⅱ1） ；
煤体-煤柱巷道（正采动）
（Ⅲ1）；
煤体-无煤柱（沿空掘进）
（Ⅱ2） ；
煤体-无煤柱（沿空保留）
巷道（Ⅲ2） 。
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区段巷道矿压显现规律
C、φ
13
巷道围岩控制对策、控制技术体系、参数选择。
巷道周边弹塑性位移u 0/10-1mm
煤
35 30 25 20 15 10 5 0
0
页岩
砂页岩
砂岩
石灰岩
花岗岩
0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45
支护强度p i/MPa
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回采工作面周围支承压力分布
夹角不同，对巷道围岩稳定性的影响很大。
31
四、受采动影响巷道的围岩变形
1、巷道围岩变形量的构成：巷道顶板下沉量、底板臌
起量、巷帮移近量、深部围岩移近量以及巷道剩余断面积
等。
C
A
O
D
80
70
顶板下沉量
两帮移近量
60
低帮内挤量
50
距离/mm
B
40
30
20
10
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 时间/d
臌起、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：
一是薄层页岩类岩层沿层面滑移；二是厚层的砂岩类岩 层以小角度或沿小断层产生剪切，顶板失稳冒落。
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薄层页岩顶板
厚层砂岩顶板
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回采工作面矿山压力显现基本规律课件
图4–21 放炮对工作面顶板下沉速度的影响 1–放炮经过测点；2–测点下4m处放炮；3–测点下10m处放炮
回采工作面矿山压力显现基本规律 课件
图4–23 放顶对顶板下沉的影响 A–倾斜向上影回采响工作范面围矿山；压力B显–现倾基斜本规向律 下影响范围
课件
3．开采深度 4．放炮、落煤、放顶影响 5．煤层分层开采的矿压显现
5．顶板出现断裂声，并有顶板掉渣现象，顶板
产生裂隙。
回采工作面矿山压力显现基本规律 课件
三、周期来压主要表现形式
顶板下沉急剧增加；
顶板下沉量变大，
支柱所受的载荷普遍增加，
有时还可能引起煤壁片帮、支柱折损、顶板发生 台阶下沉等现象。
还可能局部冒顶、甚至顶板沿工作面切落等事故
发生。
回采工作面矿山压力显现基本规律 课件
§4 回采工作面前后支承压力的分布
一、支承压力的形成
支承压力：指在煤层中开巷或回采后形成的垂直方向
上的集中应力。
AB
H
Q
b
回采工作面矿山C压力显D现基本规律
课件
根据现场实测及实验室研究，煤体边缘在 支承压力作用下，按其变形特征分为四个区 段：
Ⅰ. 小于原岩应力的松弛区 Ⅱ. 应力升高的塑性变形区 Ⅲ. 弹性变形区 Ⅳ. 原岩应力区
§2 老顶初次来压 周期来压
一、概念:
1．老顶初次来压：由于老顶第一次失稳而产生 的工作面顶板来压。
2．老顶初次来压步距：由开切眼到初次来压时 工作面推进的距离。
3．周期来压：由于裂隙带岩层周期性失稳而引 起的顶板来压现象称之为周期来压。
回采工作面矿山压力显现基本规律 课件
图4–3 老顶断裂成岩块后的转动 图4–6 初次来压前四周围岩的支承压力分布状态