围岩压力及控制

文章编号:1009-6825(2009)30-0111-02浅谈地下工程围岩稳定性与围岩控制收稿日期:2009-06-14作者简介:段学超(1974-),男,工程师,山西省交通建设工程监理总公司,山西太原 030006段学超摘 要:对影响地下工程围岩稳定性的自然因素进行了详细分析,讨论了围岩稳定性与围岩控制的方法与思路,介绍了围岩稳定性的监测方法和手段,论述了锚杆工作载荷与围岩稳定性的相互关系,用锚杆无损监测的方法来全程监测围岩稳定性对研究围岩稳定及工程施工具有很大的指导意义。

关键词:围岩稳定性,锚杆,围岩控制,锚杆无损监测中图分类号:T U 457文献标识码:A地下工程围岩的稳定性对工程的正常运营是至关重要的。

地下工程围岩的稳定性主要与岩石的性质、岩体的结构与构造、地下水、岩体的天然应力状态、地质构造等自然因素有关[1],并且还与开挖方式及支护的形式和时间等因素有关。

本文将对围岩稳定性监测的手段进行讨论,详细的论述利用锚杆工作载荷与围岩稳定性的关系来全程动态检测围岩稳定性的方法。

1 地下工程围岩稳定性因素1.1 岩石性质及岩体的结构围岩的岩石性质和岩体结构是影响围岩稳定性的基本因素。

从岩性的角度,可以将围岩分为塑性围岩和脆性围岩,塑性围岩主要包括各类黏土质岩石、破碎松散岩石以及吸水易膨胀的岩石等,通常具有风化速度快,力学强度低以及遇水软化、崩解、膨胀等不良性质,故对隧道围岩的稳定最为不利;脆性围岩主要指各类坚硬体,由于岩石本身的强度远高于结构面的强度,这类围岩的强度取决于岩体结构。

从岩体的结构角度,可将岩体结构划分为整体块状结构、层状结构、碎裂结构、散体结构。

松散结构及破碎结构岩体的稳定性最差;薄层状结构岩体次之;厚层状块体最好。

对于脆性的厚层状和块状岩体,其强度主要受软弱结构面的分布特点和较弱夹层的物质成分所控制,结构面对围岩的影响不仅取决于结构面的本身特征,还与结构面的组合关系及这种组合与临空面的交切关系密切相关。

1）矿山压力：未受到工程开挖或扰动的地下岩体称为原岩，原岩处于应力平衡状态。

开挖巷道或进行回采，破坏了原岩的应力平衡状态，引起岩体内部的应力重新分布，直至形成新的平衡状态。

这种由于矿山开采活动的影响，在巷硐或采场周围岩体中形成的和作用在支护物上的力定义为矿山压力，也称为二次应力或工程扰动力。

2）矿山压力显现：在矿山压力的作用下，会引起巷硐周围岩体和支护物产生种种力学现象，如岩体的变形、破坏、塌落，支护物的变形、破坏、折损，以及在岩体中产生的动力现象。

这种由于矿山压力作用使巷硐和采场周围岩体和支护物产生的种种力学现象，统称为矿山压力显现。

3）所有减轻、调节、改变和利用矿山压力作用的各种方法，统称为矿山压力控制●岩石的碎胀性是指岩石破碎后的体积比破碎前的体积增大的性质岩石的压实性是指岩石破碎后，在其自重和外加载荷作用下逐渐压实使体积减少的性质二原岩应力：存在于地层中未受工程扰动的天然应力称为原岩应力，也称岩体初始应力、绝对应力或地应力自重应力场：由地心引力引起的应力场称为自重应力场，自重应力等于位面积的上覆岩层的重力。

5）构造应力场：由于地质构造运动而引起的应力场称为构造应力场，构造力与岩体的特性（裂隙发育密度与方向，岩体的弹性、塑性、黏性等）有关构造应力的基本特点为：（1）一般情况下地壳运动以水平运动为主，构造应力主要是水平应力（浅部尤为明显）；而且地壳总的运动趋势是相互挤压，所以水平应力以压应力占绝对优势。

（2）构造应力分布不均匀，在地质构造变化比较剧烈的地区，各处最大主应力的大小和方向往往有很大变化。

（3）岩体中的构造应力具有明显的方向性，最大水平主应力和最小水平主应力之值一般相差较大。

（4）构造应力在坚硬岩层中出现一般比较普遍，在软岩中贮存构造应力很少。

原岩应力分布的基本规律;1）实测垂直应力基本上等于上覆岩层重量2）水平应力普遍大于铅直应力3）平均水平应力与垂直应力的比值随深度增加而减小4）最大水平主应力和最小水平主应力一般相差较大，显示出很强的方向性●地下岩体处在三向复杂和强烈的自重应力和构造应力场中，其体积和形状发生变化产生变形，变形是外力做功的结果。

围岩压力是指隧道周围岩体作用于隧道衬砌或支护上的荷载，也称地层压力。

广义地讲，围岩压力是开挖隧道后围岩变形和应力重新分布的一种物理现象。

人们从开挖洞穴后围岩变形和坍塌，衬砌或支护产生变形和开裂等现象，逐步认识到围岩压力的存在。

影响围岩压力的因素有：洞室形状或大小、地质构造、支护型式和刚度、洞室埋深，以及时间因素和施工方法等。

围岩压力的性质、大小和分布规律是正确进行隧道和洞室支护、结构设计和选择施工方案的重要依据。

洞室开挖前，岩体处在相对静止状态，其中任何一点的岩土都受到周围地层的挤压，称为初始应力状态或一次应力状态。

它是由上覆地层自重、地壳运动的构造应力以及地下水流动等因素所决定的。

洞室开挖以后，解除了部分围岩的约束，原始的应力平衡和稳定状态被破坏，围岩中出现了应力的重分布，进入二次应力状态。

围岩向洞室内部空间变形，并力图达到新的平衡。

由弹塑性理论和现场量测表明，隧道开挖后的围岩应力状态可概括为三个区域：（1）应力降低区。

在松软围岩中，岩体的强度很小，不能承受开挖后急剧增大的洞室周边应力而产生塑性变形，沿坑道周边围岩应力松弛而形成一个应力降低了的区域，高应力向围岩深部转移。

扰动了的岩体向坑道内变形，如果变形超过一定数值就会出现围岩失稳和坍塌。

在坚硬而完整的围岩中，由于岩体强度大，坑道周边未达到开裂和坍塌，故无应力降低区，这种洞室往往是自稳的。

（2）应力升高区。

围岩深部应力升高的区域，但其强度尚未被破坏，相当于一个承载环。

坑道上方形成承载拱，承受上覆地层的自重，并将荷载向两侧地层传递。

此即围岩的成拱作用。

（3）初始应力区。

距离坑道较远的岩体所受开挖的影响较小，仍处于初始的一次应力状态。

围岩压力可分以下两类：①松动压力。

松动或塌落的岩体以重力形式直接作用在支护上的压力。

岩体可以由于节理裂隙或岩石强度破坏而引起松动，直至坑道的顶部和侧部产生坍落。

②形变压力。

围岩变形受到支护约束而产生的压力。

除与围岩应力有关外，还与支护时间及其刚度有关。

一、名词解释1、矿山压力——由于矿山开采活动的影响，在巷硐周围岩体中形成和作用在巷硐支护物上的力矿山压力显现——由于矿山压力作用使巷硐周围岩体和支护物产生的种种力学现象矿山压力控制——所有减轻、调节、改变、和利用矿山压力作用的各种方法2、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）（存在于地层中未受工程扰动的天然应力）3、直接顶——位于煤层上方的一层或几层性质相似的岩层伪顶——在煤层与直接顶之间极易垮落的软弱岩层老顶——位于直接顶之上对采场矿山压力直接造成影响的厚而坚硬的岩层4、初次来压——工作面顶板急剧下沉，工作面支架呈现受力普遍加大的现象周期来压——由于裂隙带岩层周期性失稳而引起的顶板来压的现象直接顶初次垮落距——直接顶的第一次大面积垮落称为直接顶初次垮落，直接顶的跨距称为初次垮落距老顶的初次来压步距——由开切眼到初次来压时工作面推进的距离老顶的初次断裂步距——老顶达到初次断裂时的跨距5、关键层——对采场上覆岩层局部或直至地表的全部岩层活动起主要控制作用的岩层6、底板比压——将支架底座对单位面积底板上所造成的压力称为底板载荷集度，即底板比压7、顶板的冒放性——顶煤冒落与放出的难易程度8、跨巷回采——在巷道上方煤层工作面进行跨采，使巷道经历一段时间高应力作用后，长期处于应力降低区的回采。

9、充填开采——用充填材料来充填已采空间，相当于减小了煤层开采厚度，从而减少了采空区上覆岩层的变形与破坏10、冲击矿压——聚积在矿井巷道和采场周围煤岩体中的能量突然释放，在井巷发生爆炸性事故，产生的动力将煤岩抛向巷道，同时发出强烈的声响，造成煤岩体振动和破坏、支架与设备损坏、人员伤亡、部分巷道垮落破坏等二、简答问答1、原岩应力的组成答：原岩应力的组成：自重应力、构造应力、地温应力、膨胀（收缩）应力和流体压应力等。

其中自重应力和构造应力是原岩应力的主要组成部分2、支承压力可分为哪几个分区?答：根据切向应力的大小，可分为减压区和增压区（比原岩应力小的压力区是减压区，反之是增压区）再向内部发展即处于稳压区。

矿山压力与围岩控制课件 (一)矿山压力与围岩控制课件是矿业工程技术中非常重要的课程。

它介绍了岩石力学、理论分析、地质灾害与防治、露天矿边坡稳定性、地下工程围岩变形与破坏及地震影响等知识点，帮助工程师了解矿山压力的本质和特点，并掌握围岩的控制技术。

矿山压力是指在矿山开采过程中，因引起岩石体自重、地应力、水压等原因而发生的力学现象。

这种压力可能导致矿山产生矿压、冒顶等灾害，影响采矿效率和安全生产。

因此，要对矿山压力进行识别、分析与控制，以确保矿山的安全性。

围岩控制是指通过多种方法和手段掌控围岩变形和破坏的过程，使围岩稳定并减少对工程的影响。

根据矿山开采要求、地质条件、岩体力学特性等因素选择不同的围岩控制技术，在强化围岩的支撑、加强围岩与采场间的隔离和调节矿山应力分布等方面起到很好的作用。

在矿山压力与围岩控制课件中，有以下几个重点内容：1. 岩石力学基础知识：介绍岩石力学中的应力、应变、弹性、破坏等基本概念，为后续的课程内容打下基础。

2. 地质灾害与防治：包括岩爆、煤与瓦斯、水灾等常见地质灾害的原因、机理和防治措施。

3. 露天矿边坡稳定性：介绍露天矿边坡的稳定性分析和支护技术，包括矿场开挖、采场开挖、边坡稳定性评价等相关内容。

4. 地下工程围岩变形与破坏：介绍地下工程中围岩变形和破坏的特点与判别方法，通过案例分析来展示围岩控制技术的重要性。

5. 地震影响：介绍地震对矿山的影响，包括地震引起的地质灾害和地下工程破坏等，并对防震减灾的方法和技术进行讲解。

总之，在矿山开采中，矿山压力与围岩控制是保证矿山安全生产和提高开采效率的重要环节。

通过学习矿山压力与围岩控制课程，希望大家能够掌握矿山开采中的基本原理和技术，提高矿山安全开采的能力和素质。