第二章：礦山壓力與礦山壓力顯現(xiàn)

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第二章

礦山壓力與獷山

壓力顯現(xiàn)

山東科技大學(xué)資源工程系

2008年4月

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存幸梃要

>2J礦山壓力及其在圍巖中的分布

>22礦山壓力顯現(xiàn)

>2.3礦山壓力與礦山壓力顯現(xiàn)之間的關(guān)系

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洋章特意

＞有較多的基本概念

A礦山壓力;礦山壓力顯現(xiàn)

考可率點

A礦山壓力及其顯現(xiàn)的分布與形式

＞掌握礦山壓力顯現(xiàn)的相對性

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§2.1礦山注力及其在曲房中的臺布

A礦山人力的就念

叵^開掘巷道和進行回采工作

［采初寵間）束劭后左媒或巖層中形我的安同

采動空間周圍的巖體

存在于巖層邊界或內(nèi)部促使圍巖向已采空

間運動的力，即既包括內(nèi)力也包括外力

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§2.1礦山丞力及其左④房中的臺帝

//X//|Z/X/Z\//X//I//X//I//X//7ZX77IV7XZ7ITZX/^ITTXZZ177X77

(a)開采前(b)開采后

《『做力境疑制》第二拿第44

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§2.1礦山密力及其位國第中的今帝

各支i應(yīng)力的大小、

＞礦山壓力的來源方向、垂直應(yīng)力與水

年應(yīng)力之間的比值等

決定了束初后④出盍

根源?力唾新今帝的規(guī)律

芟三彳、力

層章力

成采睬的槽加而

2.構(gòu)造運劭作用力

增加是系確切的

13第體膨脹作用力J

《『做力與耨醐》程第二拿第54

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§2.1礦山法力及其農(nóng)國用中的臺帝

芾佃佝蹙

參考巖石

A礦山壓力的分布

力學(xué),

性

狀

的定

分條

布件

第二拿第6天

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§2.1礦山甚力及其農(nóng)國用中的臺帝

A礦山壓力的分布

(1)彈性狀態(tài)下巷道圍巖礦山壓力分布

々2[(1+C2)(1+2)+(1+3C4)(1-2)cos20]0-=YH

^^[(l-C2)(l+2)-(l-4C2+3C4)(l-2)COS2d]

2

^-[1-2C2-3C4](l-^)cos26>

第

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§2.1礦山甚力及其農(nóng)國用中的臺帝

A礦山壓力的分布

令r=r°,則C=1?？蓪⑾锏乐苓吀鼽c的

應(yīng)力簡化為：

Gr~TrO~°

cr0=(1+2cos28)%+(1-2cos2。)4bl

或be=(1+2cos20)(J}+(1-2cos8)4圖2.8巷道周邊切向應(yīng)力分布

01

6?6)也

U]

《『做力埔題制》鼬轆第二拿第8天

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保持彈性分布的條件：

(D水平兩幫中部危險點

特征：單向應(yīng)力狀態(tài)，兩幫中部受壓應(yīng)力最大

<R_2c-cos

"1-sin。n%與凡的關(guān)系(即保持彈性分布的條件1)

4=(3-㈤/

(2)頂?shù)装逯行牟课晃ｋU點

特征：單向應(yīng)力狀態(tài)，頂?shù)字行氖芾瓚?yīng)力最大

「2c-cos

—OeGR——:一

1+sm0n0與居的關(guān)系(即保持彈性分布的條件2)

ag=(34-1)。］

第8天

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§2.1礦山甚力及其農(nóng)國用中的臺帝

A礦山壓力的分布

(2)塑性狀態(tài)下巷道圍巖礦山壓力分布

圖2.11巷道圍巖彈塑性區(qū)

《『做力境疑制》第二拿第94

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§2.1礦山甚力及其農(nóng)國用中的臺帝

A礦山壓力的分布

(2)塑性狀態(tài)下巷道圍巖礦山壓力分布

塑性區(qū)的應(yīng)力表達式為：彈性區(qū)應(yīng)力表達式為:

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§2,7礦山法力及其農(nóng)國用中的臺帝

A礦山壓力的分布

(2)塑性狀態(tài)下巷道圍巖礦山壓力分布

〃越大，以他粉會越木。利用這一規(guī)樣戒松沖擊地法

《『做力境疑制》第二*第7天

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(2)塑性狀態(tài)下巷道圍巖礦山壓力分布

塑性區(qū)半徑擴展與應(yīng)力動態(tài)變化

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保持塑性穩(wěn)定分布的條件:

已知：分『的?『二p。

a0=(3-A)al或=(32-l)^

1+sin^+2c-coscp

利用：oe=Po.

1一sin01-sin

即可推導(dǎo)出在既足外力千需要7

顯然當(dāng)采深足夠大時，有時僅靠支護反力是無法保持塑性穩(wěn)

定的。

第二*第8天

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>2.1礦山壓力及其在圍巖中的分布/

>22礦山壓力顯現(xiàn)

>2.3礦山壓力與礦山壓力顯現(xiàn)之間的關(guān)系

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§2.2礦山壓力顯現(xiàn)

A礦山壓力顯現(xiàn)的概念

泉劫后表現(xiàn)

出的礦山人

力現(xiàn)象

囪

第

送

劭

戰(zhàn)

兩

頂?shù)孜牧?/p>

鄧

看

架

極極

運

<變

運運

劭

彬

減

劭初折

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§2.2礦山壓力顯現(xiàn)

圖2.2礦山JSi力顯的本形式

《『做力境疑制》第二*第14天

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§2.2礦山壓力顯現(xiàn)

A礦山壓力顯現(xiàn)的條件

(1)兩幫煤體破壞條件

兩幫巖體不發(fā)生剪切破壞的條件：

2c-cos(p

ai<---------------

1-sin(p(2.1)

其中o1=k?yH0GO\(5

兩幫巖體處于穩(wěn)定狀態(tài)時的采深:

圖2.2摩東應(yīng)力圓

(1-sin(p)'K?y(2.2)

《『做力境疑制》第二拿第15天

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§2.2礦山壓力顯現(xiàn)

例：假如，巷道兩幫巖體力學(xué)參數(shù)為：W二25°,C=3MPa,k=2.5,

125kN/m3,貝小

心」叱■"2匕

二150(米)

(1-sin25°)x2.5x25x10

即：在采深小于150m時，不支護巷道兩幫不會破壞。當(dāng)巷道所處采深

大于150nl后，兩幫巖體會產(chǎn)生剪切破壞，應(yīng)力將重新分配。若沒有外

界約束，破壞繼續(xù)向深部發(fā)展。

第163

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§2.2礦山壓力顯現(xiàn)

若將巷道截面視為一個平面模型，通過架設(shè)支架，對兩幫巖體提供

一側(cè)向應(yīng)力，使兩幫巖體由單向應(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)化為雙向應(yīng)力狀態(tài)，可以阻

止破壞的發(fā)展。反映在圖2.2中是莫爾應(yīng)力圓由位置I轉(zhuǎn)移到位置n,巖

體處于穩(wěn)定狀態(tài)。這時的條件為：

CT](1-sincp)-2Ccoscp

(J>-----------(-2-.--3-)-------------

l+sin°3

第17黃

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§2.2礦山壓力顯現(xiàn)

(2)頂板巖層破壞條件

頂極璃層

彎曲下沉

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§2.2礦山壓力顯現(xiàn)

嵌固端產(chǎn)生的最大彎矩為:

2

M=MB=--ql

rA\B12”

如果巷道寬度/超過頂板巖層維持平衡時的極限，兩端拉應(yīng)力超限發(fā)生斷

裂，直至垮落。另一方面，由于自重作用下頂板巖層彎曲下沉，這時軸向力

川等加劇頂板巖層的彎曲，當(dāng)為超過某一界限，頂板巖層會因屈曲而失穩(wěn)、垮

落。顯然，頂板巖層破壞形式是以相應(yīng)的破壞條件為前提。

頂救破壞形式

第193

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§2.2礦山壓力顯現(xiàn)

①受拉破壞

在自重作用下兩嵌固端產(chǎn)生拉破壞的條件為:

什“⑺拉

(2.4)

(2.5)

2加1］拉

I>

Y

式中1一巷道寬度，m;、

叫一頂板巖層分層厚度，叫

［。］拉一頂板巖層抗拉強度，Pa;

Y一頂板巖層容重，25kN/m3左右。

標(biāo)居鼎詢羸第2?！?/p>

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§2.2礦山壓力顯現(xiàn)

圖2.4所示不同［。］拉時，叫與極限跨度1。間的關(guān)系曲線:

C

當(dāng)巖層拉應(yīng)力強

度相同時，分層厚

度越小，受拉破壞

時的極F艮路度越小。

圖2.4I。與的關(guān)系

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§2.2礦山壓力顯現(xiàn)

____由壬巷道頂板巖層不僅受到自藺重量的作用，還受到軸推力麗勺作用C

這時，只考慮自重作用就不全面，頂板巖層的穩(wěn)定性問題應(yīng)當(dāng)轉(zhuǎn)化成頂

板巖層在自重。及軸推力為共同作用下復(fù)合彎曲時的失穩(wěn)問題。

圖2.5頂板巖層受力示意圖

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§2.2礦山壓力顯現(xiàn)

如圖2.5所示，梁AB在自重作用下彎曲變形，軸向壓力為在梁的各個截

面上又產(chǎn)生一個分布彎矩"3。由于這一彎矩作用，將使梁的彎曲在原有

基礎(chǔ)上進一步加劇。而且梁變形后似將產(chǎn)生新的變曲變形，……。如果

N不大，彎曲變形很小，影響不大。當(dāng)軸向壓力人達到一定限度后，由后

生的彎曲變形將是一個惡性循環(huán)，梁將無法達到新的平衡狀態(tài)而導(dǎo)致破

壞，這就是頂板巖層的屈曲破壞。

（關(guān)于屈曲破壞詳見課本32~35頁）

第233

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§2.2礦山壓力顯現(xiàn)

A礦壓顯現(xiàn)的相對性

-由于圍巖運動是由其受力大小、邊界約束條件「自身強度極糊等四

素所決定。而且，圍巖運動過程中引起支架承受載荷的變化，不僅取決

于圍巖運動的發(fā)展情況，還與支架對圍巖運動的抵抗程度密切相關(guān)。由

此可見，礦山壓力顯現(xiàn)是相對的。

礦山壓力顯現(xiàn)是礦山壓力作用下圍巖運動的結(jié)果。

礦山壓力顯現(xiàn)的相對性

支架受力的相對性

第二拿第24黃

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§2.2礦山壓力顯現(xiàn)

(1)巷道圍巖運動的相對性

①開采深度越淺，與采深有關(guān)的支承壓力越大

150m?200m以后］—|煤巷巖體出現(xiàn)明顯的塑性破壞與變形

〃-----------------

100m?150m以下］巖體處于彈性狀態(tài)，變形比較小一

②圍巖的變形能力還與圍巖強度有關(guān)

殺象核專近量較大低強度~高強度^京艷等近董相對小

③架設(shè)支架使兩幫變?yōu)槿驊?yīng)力狀態(tài)，阻止破壞發(fā)展，維持圍巖穩(wěn)定。

切月石的新mW第二拿第254

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§2.2礦山壓力顯現(xiàn)

(a)(b)(c)

圖2.6卷道固巖穩(wěn)定與破壞

第26黃

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§2.2礦山壓力顯現(xiàn)

(2)支架受力的相對性

抵抗程度越

?1.27

大,圍巖變>

形越小

不同類型的支架(柱)，由于

工作特性不同，圍巖運動過程

中則有不同的壓力顯現(xiàn)。

I-

《『做力埔題船船轆第二拿第284

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§2.2礦山壓力顯現(xiàn)

（“）

(b)

（。）

圖2.9支承壓力分布

《『做力境疑制》第二拿第304

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圖2.8可縮性支柱壓力顯現(xiàn)

《『做力與耨醐》程第二拿第294

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>2.1礦山壓力及其在圍巖中的分布/

>22礦山壓力顯現(xiàn),

>2.3礦山壓力與礦山壓力顯現(xiàn)之間的關(guān)系

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2.3礦山壓力與礦山壓力顯現(xiàn)間的關(guān)系

A礦山壓力與礦山壓力顯現(xiàn)間的辯證關(guān)系

曹礦山壓力的存在是絕對的，而顯現(xiàn)是相對的

行壓力顯現(xiàn)強烈的部位不一定是壓力高峰的位置，但對某一點是相關(guān)