矿山压力与矿山压力显现课件.ppt

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1、矿山压力与矿山压力显现山东科技大学资源工程系2008年4月第二章本章提要2.1矿山压力及其在围岩中的分布2.2矿山压力显现2.3矿山压力与矿山压力显现之间的关系第二章第1页本章特点有较多的基本概念矿山压力;矿山压力显现矿山压力及其显现的分布与形式掌握矿山压力显现的相对性学习难点第二章第2页§2.1矿山压力及其在围岩中的分布开掘巷道和进行回采工作在煤或岩层中形成的空间采动空间周围的岩体促使围岩运动的力第二章第3页矿山压力的概念采动采动空间围岩矿山压力采动后(a)开采前(b)开采后图2.1开采前后应力分布第二章第4页§2.1矿山压力及其在围岩中的分布矿山

2、压力的来源第二章第5页§2.1矿山压力及其在围岩中的分布矿山压力根源？采动前的原岩应力随采深的增加而增加是不确切的来源？1.岩层重力2.构造运动作用力3岩体膨胀作用力各点主应力的大小、方向、垂直应力与水平应力之间的比值等决定了采动后围岩应力重新分布的规律矿山压力的分布第二章第6页矿山压力的分布弹性状态的分布塑性状态的分布分布的稳定条件详细内容参考岩石力学§2.1矿山压力及其在围岩中的分布§2.2矿山压力显现矿山压力显现的概念第二章第7页矿山压力显现围岩运动支架受力两帮运动顶板运动底板运动载荷增减支架压折支架变形概念？采动后表现出的矿山压力现象2.1矿

3、山压力及其在围岩中的分布2.2矿山压力显现2.3矿山压力与矿山压力显现之间的关系第二章第8页图2.2矿山压力显现的基本形式第二章第9页§2.2矿山压力显现顶板下沉与支架承载顶底板移近两帮鼓出冒顶、片帮矿山压力显现的条件(1)两帮煤体破坏条件两帮岩体不发生剪切破坏的条件：两帮岩体处于稳定状态时的采深：图2.2摩尔应力圆第二章第10页(2.1)(2.2)§2.2矿山压力显现不支护例:假如，巷道两帮岩体力学参数为：ψ=25°，C=3MPa，k=2.5，γ=25kN/m3，则：即：在采深小于150m时，不支护巷道两帮不会破坏。当巷道所处采深大于150m后，

4、两帮岩体会产生剪切破坏，应力将重新分配。若没有外界约束，破坏继续向深部发展。第二章第11页§2.2矿山压力显现若将巷道截面视为一个平面模型，通过架设支架，对两帮岩体提供一侧向应力，使两帮岩体由单向应力状态转化为双向应力状态，可以阻止破坏的发展。反映在图2.2中是莫尔应力圆由位置Ⅰ转移到位置Ⅱ，岩体处于稳定状态。这时的条件为：第二章第12页(2.3)§2.2矿山压力显现（2）顶板岩层破坏条件图2.3巷道顶板岩层受力状况第二章第13页§2.2矿山压力显现自重轴向推力顶板岩层弯曲下沉嵌固端产生的最大弯矩为:如果巷道宽度l超过顶板岩层维持平衡时的极限，两端拉

5、应力超限发生断裂，以至于垮落。另一方面，由于自重作用下顶板岩层弯曲下沉，这时轴向力N将加剧顶板岩层的弯曲，当N超过某一界限，顶板岩层会因屈曲而失稳、垮落。显然，顶板岩层破坏形式是以相应的破坏条件为前提。第二章第14页§2.2矿山压力显现顶板破坏形式受拉破坏屈曲破坏在自重作用下两嵌固端产生拉破坏的条件为:式中l—巷道宽度，m；m1—顶板岩层分层厚度，m；[σ]拉—顶板岩层抗拉强度，Pa；γ—顶板岩层容重，25kN/m3左右。第二章第15页(2.5)§2.2矿山压力显现①受拉破坏(2.4)图2.4l0与m1的关系第二章第16页§2.2矿山压力显现图2.4

6、所示不同[σ]拉时，m1与极限跨度l0间的关系曲线：当受拉相同时，分层厚度越小，受拉破坏时的极限跨度越小。②屈曲破坏图2.5顶板岩层受力示意图由于巷道顶板岩层不仅受到自身重量的作用，还受到轴推力N的作用。这时，只考虑自重作用就不全面，顶板岩层的稳定性问题应当转化成顶板岩层在自重q及轴推力N共同作用下复合弯曲时的失稳问题。第二章第17页§2.2矿山压力显现如图2.5所示，梁AB在自重作用下弯曲变形，轴向压力N在梁的各个截面上又产生一个分布弯矩Nω。由于这一弯矩作用，将使梁的弯曲在原有基础上进一步加剧。而且梁变形后N又将产生新的变曲变形，……。如果N不大

7、，弯曲变形很小，影响不大。当轴向压力N达到一定限度后，由N产生的弯曲变形将是一个恶性循环，梁将无法达到新的平衡状态而导致破坏，这就是顶板岩层的屈曲破坏。（关于屈曲破坏详见课本41~45页）第二章第18页§2.2矿山压力显现矿压显现的相对性矿山压力显现是矿山压力作用下围岩运动的结果。由于围岩运动是由其受力大小、边界约束条件、自身强度极限等因素所决定。而且，围岩运动过程中引起支架承受载荷的变化，不仅取决于围岩运动的发展情况，还与支架对围岩运动的抵抗程度密切相关。由此可见，矿山压力显现是相对的。矿山压力显现的相对性巷道围岩运动的相对性支架受力的相对性第二章

8、第19页§2.2矿山压力显现（1）巷道围岩运动的相对性①开采深度越浅，与采深有关的支承压力越大煤巷岩体出现明