7 巷道矿压显现规律PPT课件

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，
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：
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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。
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✓ 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。
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塑性区半径和巷道周边位移
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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
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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
部煤柱边缘或中心线的水平距离。
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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。
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 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。
❖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；
巷硐支架的支承能应力影响带，一般以不超过应力值的5％作为影响带的边界。
不重叠
重叠但没有达到相邻巷道，应力可相互叠加。
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。
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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°。 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。
构造应力主要集中在压应力构造带和剪应力构造带
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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。
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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：
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
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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、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/h>5时，其强度将随 B/h的增大，显著增大。一般情况下B/h>10时，岩柱不 易破坏。
工作面前方应力变化区
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c
d
应力支e撑影响Ⅰ区： b a 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。
第七章 巷道矿压显现规律
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巷道围岩体应力及变形规律
受采动影响的围岩应力 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
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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
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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
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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；
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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；
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。
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采动引起底板岩层的应力分布
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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
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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。