[EQ情商]矿山压力与岩层控制(第二章).ppt

第二章矿山岩体原岩应力及其重新分布

本章介绍：（应力分布规律）

原岩应力
孔周围应力分布
围岩极限平衡
支承压力及其分布第一节岩体中的原岩应力

一、原岩应力概念：

1、原岩应力——未受开采影响的岩体内，由于岩体自重和构造运动等原
因引起的应力。（原始应力）

自重应力
构造应力
2、原岩应力组成地温应力——
膨胀（收缩）应力——
流体压应力——二、自重应力：

铅直应力：

水平应力：

其中：——侧压系数

（1）金尼克：（弹性侧压理论）

一般则

（2）海姆：（静水压力理论）

三、构造应力：

1、构造应力——由地壳构造运动在岩体中引起的应力
（板块、火山、升降）

现代构造应力
地质构造残余应力

2、构造应力特点：

1）构造应力以水平应力为主；因为地壳运动以相互挤压为主；
2）分布不均，在构造区域附近最大；
3）具有明显的方向性；
4）坚硬岩层中明显，软岩中不明显；
5）

构造应力目前尚难以计算，只能实测。3、构造应力（最大主应力）的现场判断：

1）水平巷道，破坏具有明显的方向性，且两帮破坏程度较顶底破坏程度大时；
2）垂直巷道，巷帮发生对称性破坏时，沿破坏连线方向；
3）与褶皱脊线（褶曲轴）、逆断层走向垂直；
4）沿X形节理（断裂）锐角平分线方向；
5）与纵张节理走向一致。四、原岩应力分布基本规律：

（1）实测铅直应力基本等于上覆岩层重量；附图

（2）水平应力普遍大于铅直应力；

（3）平均水平应力与铅直应力比值随深度增加而减小；附图

（4）最大主应力与最小主应力一般相差较大。

（考虑构造应力后，水平应力作用明显）深度深度第二节岩体中的弹性能

地下岩体处在复杂和强烈的自重应力和构造应力场中。地下赋存的煤层或岩层在应力作用下，体积和形状发生变化产生变形，这种变形是外力做功的结果。岩体受外力作用而产生弹性变形时，在岩体内部所储存的能量，称为弹性应变能。

一、岩体中的弹性变形能
在自重应力场中，对于深度为H的开采条件。岩体所受到的应力为：

二、岩体弹性能的特征第三节“孔”周围的应力分布
介绍：圆孔等压、圆孔不等压、椭圆、矩形等孔周围应力分布。

应力集中——受力体内，孔周围局部区域应力高于其它区域应力的现象。
应力场简化：
（1）将巷道及回采空间简化为各种理想的单一形状的孔，如圆形、椭圆形及矩形等。
（2）巷道周围的岩体性质简化为完全均质的连续弹性体。
（3）把均质连续无限或半无限弹性体中孔周边应力分布问题视为平面应变问题。应力场分布形式：
随着侧压系数不同，可能有以下几种典型的应力力状态。一、双向等压应力状态下，圆孔周围应力分布：

1、基本假设：围岩均质、各向同性、线弹无粘性；
双向等压；
巷道无限长（平面应变）；
符合深埋条件（）。
2、双向等压圆形巷道平面应变问题基本方程：3）物理方程：（应力与应变符合虎克定律）

（平面应变问题：）

对于井巷岩石工程，在研究其应力分布及位移变形时，多利用圆孔作为研究基础，利用极坐标方程进行推导，比较简便。（1）3、计算结果：5、影响半径的确定：

影响半径——圆心到、增减达原始应力的5%处半径。

由

有或

即：

——影响半径。（当时，）二、双向不等压应力场内圆孔周围应力分布：

1、吉尔西解答:(1898)

三、圆孔周边（）应力分布：

1、应力集中分布图

2、圆孔应力分布结论：

1）圆孔周围应力集中是局部的，应力集中程度随远离孔而减弱，并趋于原始应力；
2）圆孔周边应力集中系数随围压增大而有所减弱；
3）当λ＜1/3时，沿最大主应力方向，孔周边一定范围内存在切向拉应力；当λ≥1/3时，围岩周边不产生切向拉应力；
4）当λ=0时，沿最大主应力方向，孔周边一定范围内存在径向拉应力。四、椭圆巷道围岩的应力分布：

椭圆轴长比：

1）等应力轴比——周边各点应力相等时的轴比。

椭圆长轴方向与最大主应力方向一致，周边应力相等。2）无拉力（零应力）轴比——周边恰无拉应力时的轴比。

周边各点对应的无拉力轴比各不相同，应首先满足顶点、
两帮中点无拉力轴比。

顶点无拉力轴比：

两帮无拉力轴比：

（当时，优先考虑顶点，时优先考虑两帮）五、矩形和其它形状巷道周边弹性应力分布：

一般规律：
周边最大应力为切向应力；
周边应力与Eμ等弹性参数无关；
在断面直长边易出现拉应力；
在周边拐角处可产生很高的应力集中。六、多孔相互影响应力分布：

1、断面相同两孔：

当时：
不会产生相互影响。

当时：
要产生相互影响。

为相互影响间距。λ=0时两个等径孔影响情况

（对4米跨度巷道，相互不产生应力叠加，两巷应相距几米？）2、大小不等相邻两孔：

两孔相互影