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7巷道矿压显现规律10A(1)PPT课件

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矿山压力及其控制 回采工作面矿山压力显现基本规律PPT课件

矿山压力及其控制 回采工作面矿山压力显现基本规律PPT课件
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(T c o s Rs i n )tg R c o s T s i n
R tg( )
T
i.e Ttg( ) R
为了保证 A、B 岩块不失稳， R QAB ,记 A、B 岩块重量及上部荷载。
Ttg( ) QAB 。否则工作面顶板将出现下沉，甚至沿煤壁切落，形成严重
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5.3 老顶的周期来压
5.3.1 回采工作面推进对岩体结构的影响
老顶初次来压后，随着回 采工作面的继续推进，老 顶岩块所形成的裂隙体梁 将发生一系列变化：A岩 块由稳定→断裂→失稳 →O岩块稳定→断裂→失 稳。这样随着工作面向前 推进，上覆岩层的结构由 稳定→失稳→再稳定，周 而复始，其稳定的结构可 以称之为裂隙体梁结构的 稳定。
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5.4.2 实测法
即从工作面支架上测定其所承受的实际荷载。实际 上，从一定意义上讲，井下工作面所测得的载荷已不 仅是顶板压力，而同时包含了支架性能的影响。
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5.5 影响回采工作面矿山压力显现的主要因素
回采工作面的矿山压力显现受多种因素影响：如围 岩性质、采深、采高、倾角、工作面推进速度等。具体 工作面要具体分析。
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5.3.2 采场的周期来压
随着工作面推进，老顶岩层由稳定结构→不稳定结构→ 稳定结构。在这种周而复始的工程中，失稳时对工作面 就产生了周期性的压力。由此，由于裂隙带岩层周期性 失稳而引起的顶板来压现象称为工作面顶板的周期来压。 在失稳过程中，由裂隙体梁的平衡 ，沿a-a面力平衡， 有：
开采深度对矿山巷道的矿山压力显现比较明显。如 在松软岩层中开掘巷道，随着深度增加，巷道围岩的 “挤、压、臌”现象更加严重。但对于回采工作面而 言，开采深度对工作面顶板压力大小的影响并不突出。

巷道矿压显现规律PPT课件

巷道矿压显现规律PPT课件
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（3） 巷道一侧为煤体，另一侧为采空区,采 空区一侧采动影响已经稳定后，沿采空区边缘 掘进的巷道称为煤体-无煤柱（沿空掘进）巷道 (图7-10Ⅱ2) ；如果通过加强支护或采用其它有 效方法，将相邻区段巷道保留下来，供本区段 工作面回采时使用的巷道，称为煤体-无煤柱 （沿空保留）巷道(图7-10Ⅲ2) 。
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图7-1 圆形巷道围岩弹性变形应力分布
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如果围岩应力大于岩体强度，巷道围岩会 产生塑性变形，从巷道周边向围岩深处扩展 到一定范围，出现塑性变形区，成为弹塑性 介质。
在塑性区内圈（A）围岩强度明显削弱，低 于原始应力γH，围岩发生破裂和位移称为破 裂区，也叫卸载和应力降低区。塑性区外圈 （B）的应力高于原始应力，它与弹性区内应 力增高部分均为承载区，也称应力增高区。 再向围岩深部即为处于稳定状态的原始应力 区。
相邻的采空区所形成的支承压力会在某些地点 发生相互叠加，称为叠合支承压力。例如，在上 下区段之间，上区段采空区形成的残余支承压力 与下区段工作面超前支承压力叠加，在煤层向采 空区凸出的拐角，形成很高的叠合支承压力，应 力增高系数可达5～7，有时甚至更高(图7-4)。
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图7-4 煤层凸出角处叠加支承压力
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（二）巷间岩柱的稳定性
岩柱的稳定性主要取决于岩柱的载荷和岩
柱强度。当岩柱所承受的载荷超过岩柱的承载
能力时，岩柱是不稳定的。
R
RC
0 .778
0.222
B h
R
RC1
0.64
0.36
B h
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（三）相邻巷道间合理距离 我国煤矿目前采深条件下，大巷间的距离

第七章 巷道矿压显现规律

第七章 巷道矿压显现规律

1、试述采区（采准）巷道矿山压力显现的基本规律图6 区段平巷围岩变形I—掘巷影响区 II—掘巷影响稳定区 III—采动影响区 IV—采动影响稳定区V—二次采动影响区答：采区巷道从开掘到报废，经历采动造成的围岩应力重新分布，围岩变形持续增长和变化，以受到相邻区段回采影响的工作面回采巷道为例，围岩变形经历五个阶段。

（1）巷道掘进影响阶段I：煤体内开掘巷道后，巷道围岩出现应力集中，在形成塑性区的过程中，围岩向巷道空间显著位移，但随着巷道掘出时间的延长，围岩变形速度逐渐衰减，趋向缓和，所以该阶段矿山压力显现较弱，显现时间短。

巷道围岩变形量主要取决于巷道埋藏深度和围岩性质。

（2）掘进影响稳定阶段II：掘巷引起的围岩应力重新分布趋于稳定，由于煤岩一般具有流变性，围岩变形会随时间而缓慢增长，但其变形速度会比掘巷初期要小的多，巷道围岩变形速度仍取决于埋藏深度和围岩性质。

（3）采动影响阶段III：巷道受上区段工作面的回采影响后，在回采引起的超前移动支承压力作用下，巷道围岩应力再次重新分布，塑性区显著扩大，围岩变形显著增长。

巷道围岩性质、护巷煤柱宽度及巷旁支护方式、工作面顶板岩层结构对该时期围岩变形量影响很大。

（4）采动影响稳定阶段IV：回采引起的应力重新分布趋于稳定后，巷道围岩的变形速度再一次降低，但仍高于掘进影响稳定阶段的变形速度，围岩变形量按流变规律缓慢增长。

（5）二次采动影响阶段V：巷道受本段回采工作面的回采影响时，由于上区段残余支承压力，本区段工作面超前支承压力相互叠加，巷道围岩应力急剧增高，引起围岩应力重新分布，塑性区扩大，应力的反复扰动，使围岩变形比上一次采动影响更加剧烈。

2、试述区段巷道矿山压力显现的基本规律答：（1）煤体—煤体巷道服务期间内，围岩的变形将经历巷道掘进影响、掘进影响稳定和采动影响三个阶段。

由于巷道在采面后方已经废弃，巷道仅经历采面前方采动影响，围岩变形量比采动影响阶段全过程小的多，一般仅1/3左右。

7 巷道矿压显现规律PPT课件

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：
20
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。
4
✓ 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。
5
塑性区半径和巷道周边位移
6
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
7
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

0-7-巷道矿压控制原理PPT课件

0-7-巷道矿压控制原理PPT课件
（4）临时支护与永久支护 巷道临时支护指为保证安全全临时支设的，需要撤除并反复使用的 支架，如采煤工作曲附近巷道的超前支护或加强支护、掘进工作面 的临时支护等；永久支护是指为维护巷道长期使用所采用的支护。
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（5）一次支护与二次支护 不撤除的超前支护应属于一次支护，它同样要在整个巷道服务期内 发挥作用。 滞后一次支护一定时间及距离的支护，为二次支护。
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3）巷道矿压控制途径与手段
（1）控制原理：围岩压力和强度协调 “抗”，抵抗矿山压力； “让”，释放高压； “躲”，躲开高应力区； “移”，移走高压。
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3）巷道矿压控制途径与手段
（2）三种途径 降低巷道围岩应力； 提高巷道围岩强度；巷道稳定性“三大要素” 合理选择支护方式。
（3）四种手段 巷道布置； 巷道保护； 巷道支护； 巷道维护。
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（3）四种控制手段：
巷道布置 ——巷道的位置、掘进顺序，尤其是巷道与回采工作面的时空关系。 巷道保护 —为使围岩应力和围岩强度相适应，以便预防巷道失稳或有效减轻矿压
危害而采取的各种技术措施。如留设护巷煤岩柱，卸压等。 巷道支护 —借助于安设支架去预防围岩产生过度变形和防止巷道失稳，保证巷道
（3）在底板松软的薄煤层内布置巷道，采用宽面掘巷，可减少巷道的强 烈底鼓。
（4）巷道两帮存在松软的岩层或薄层煤，可采用掘巷时挖掉软岩，然后 进行充填的措施。
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（三）巷道支护与围岩加固
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7 巷道矿压显现规律解析PPT课件

7 巷道矿压显现规律解析PPT课件
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二、区段巷道的位置和矿压显现规律
区段巷道的布置方式：
煤体-煤体巷道（Ⅰ）；
煤体-煤柱巷道（采动稳定）
（Ⅱ1） ；
煤体-煤柱巷道（正采动）
（Ⅲ1）；
煤体-无煤柱（沿空掘进）
（Ⅱ2） ；
煤体-无煤柱（沿空保留）
巷道（Ⅲ2） 。
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区段巷道矿压显现规律
C、φ
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巷道围岩控制对策、控制技术体系、参数选择。
巷道周边弹塑性位移u 0/10-1mm
煤
35 30 25 20 15 10 5 0
0
页岩
砂页岩
砂岩
石灰岩
花岗岩
0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45
支护强度p i/MPa
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回采工作面周围支承压力分布
夹角不同，对巷道围岩稳定性的影响很大。
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四、受采动影响巷道的围岩变形
1、巷道围岩变形量的构成：巷道顶板下沉量、底板臌
起量、巷帮移近量、深部围岩移近量以及巷道剩余断面积
等。
C
A
O
D
80
70
顶板下沉量
两帮移近量
60
低帮内挤量
50
距离/mm
B
40
30
20
10
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 时间/d
臌起、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：
一是薄层页岩类岩层沿层面滑移；二是厚层的砂岩类岩 层以小角度或沿小断层产生剪切，顶板失稳冒落。
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薄层页岩顶板
厚层砂岩顶板
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（1）断面相同两圆形巷道的间距D为：6r＜D＜12r
（2）半径不同两圆形巷道的间距D为：6R＜D＜6（r＋R）
如果巷道周边形成塑性变形区，相邻巷道的应力影响 带不宜超过塑性变形区与弹性变形区的交界面。书P198提 供了数值计算岩体力学参数取值参考。
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7.1 巷道围岩应力及变形规律
7.1.2 相邻巷道的应力分布及巷道间距的确定
如果相邻巷道的应力影响带彼此重叠，但没有到 达相邻巷道，可进行巷道围岩应力值的叠加。
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7.1 巷道围岩应力及变形规律
7.1.2 相邻巷道的应力分布及巷道间距的确定பைடு நூலகம்
1、巷道围岩应力影响带
在静水压应力场中，弹性变形巷道的应力影响区域形 状为半径等于6r的圆（r为巷道断面半径）。在非静水压 应力场中，巷道的应力影响区域形状不再是圆形，一般为 长轴不大于12r的椭圆。因此：
图 7-3 采空区应力重新分布概貌
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1—超前支承压力 ；
2、3—侧向固定支承压力；
4—采空区支承压力.
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7.1 巷道围岩应力及变形规律
7.1.1 受采动影响巷道的围岩应力
2、回采工作面周围支承压力分布
支承压力 类型
超前支承压力 侧向固定支承压力
峰值离煤壁
4~8m
15~20m
应力增高系数 2.5~3.0
2.0~3.0
影响范围
40~80m
15~35
需要指出的是，表中指的是没 有其他采面影响情况，如果有相 邻工作面，出现侧向固定支承压 力与超前支承压力叠加，应力增 高系数更大，可达5~7.
采空区支承压力
1.0（1.3）
图 7-3
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7.1 巷道围岩应力及变形规律
7.1.1 受采动影响巷道的围岩应力
7 巷道矿压显现规律
7.1 巷道围岩应力及变形规律 7.2 采动影响巷道矿压显现规律 7.3 巷道围岩控制原理
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7.1 巷道围岩应力及变形规律
7.1.1 受采动影响巷道的围岩应力
1、原岩体内掘进巷道引起的围岩应力
巷道开掘前的未经采动影响岩体通常处于弹性变形状 态。
巷道开掘以后，围岩应力出现重新分布，巷道围岩内 出现应力集中。根据围岩强度与应力的大小可能有三种情 况。
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7.1 巷道围岩应力及变形规律
7.1.1 受采动影响巷道的围岩应力
3、采动引起的底板岩层应力分布
图 7-5c
（3）二侧采空宽煤柱：
煤柱内的支承压力呈马鞍形 分布，应力增高系数为3.5左右。
底板岩层内同一水平面上， 支承压力以煤柱中心线处较小， 靠近煤柱边缘出现峰值。
底板岩层内应力呈扩展状态， 数值等于自重应力的等应力线与 煤 柱 边 缘 垂 直 线 的 夹 角 30~ 40 。
煤柱较大时，煤体支承压力影响深度 约为1.5~2倍煤柱宽度。
底板岩层内应力呈扩展状态，数值等 于自重应力的等应力线与煤柱边缘垂直线 的夹角30~40 。
底板岩层内同一水平面上支承压力最 大值在煤体下方，距采空区边缘数米处。
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7.1 巷道围岩应力及变形规律
7.1.1 受采动影响巷道的围岩应力
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7.1 巷道围岩应力及变形规律
7.1.1 受采动影响巷道的围岩应力
典型岩石单轴压缩全应力—应变曲线
弹性变 形阶段
塑性软 化阶段
流动变 形阶段
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7.1 巷道围岩应力及变形规律
7.1.1 受采动影响巷道的围岩应力
1、原岩体内掘进巷道引起的围岩应力（圆形巷道为例）
情况1：岩体强度足够大，
r/a
径向应力
切向应力
情况3：部分围岩已经达到流动阶段
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7.1 巷道围岩应力及变形规律
7.1.1 受采动影响巷道的围岩应力
1、原岩体内掘进巷道引起的围岩应力
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7.1 巷道围岩应力及变形规律
7.1.1 受采动影响巷道的围岩应力
1、原岩体内掘进巷道引起的围岩应力
讨论：
（1）传统圆形巷道弹塑性理论解答的主要意义：理论解 释了支护阻力增大巷道变形减小的道理；理论解释了岩石 力学性质对巷道围岩应力重新分布和变形的影响。
3、采动引起的底板岩层应力分布
图 7-5b
（2）二侧采空窄煤柱： 煤柱内的支承压力呈钟形分布，
应力增高系数为5左右。
煤柱支承压力影响深度约为3~4 倍煤柱宽度。
底板岩层内应力呈扩展状态，底
板岩层内同一水平面上，垂直支承压
力以煤柱中心线处最大；数值等于自
重应力的等应力线与煤柱边缘垂直线
的夹角30~ 40 。
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7.1 巷道围岩应力及变形规律
7.1.2 相邻巷道的应力分布及巷道间距的确定
1、巷道围岩应力影响带 巷道开掘以后，其周围岩体内的应力重新分布。
巷道围岩应力受扰乱的区域称为影响带，一般以超过 原岩应力值的5％作为影响带的边界。
如果相邻巷道的应力影响带彼此不重叠，可以忽 略巷道间的相互影响。
围岩仍然处于弹性状态
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情况2：围岩出现应变软
化，但未达到流动阶段
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7.1 巷道围岩应力及变形规律
7.1.1 受采动影响巷道的围岩应力
1、原岩体内掘进巷道引起的围岩应力
相对应力（r/p0，/p0）
2.00 1.75 1.50 1.25 1.00 0.75 0.50 0.25 0.00
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
（2）按照围岩应力与其强度的相对关系，巷道掘进以后， 围岩应力重新分布形成的流动区、应变软化区岩石处于相 对极限平衡状态，应力达到岩石的强度，而处于弹性区的 围岩越往深处围岩强度越大于所受应力。
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7.1 巷道围岩应力及变形规律
7.1.1 受采动影响巷道的围岩应力
2、回采工作面周围支承压力分布
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7.1 巷道围岩应力及变形规律
7.1.1 受采动影响巷道的围岩应力
3、采动引起的底板岩层应力分布
（4）煤柱下方底板岩层一定范围内形成增压区的同时，附近还存
在一定范围的应力降低区。底板受采动影响过程中，随工作面推进，
在高度集中中急剧卸压，在铅直方向产生压缩和膨胀，伴生出水平方
向的压缩和膨胀，出现水平应力升高区和卸压区。
2、回采工作面周围支承压力分布
德国埃森采矿研究中心数值计算结果， 介质为弹性体，原岩应力25MPa。
图 2-21，22
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7.1 巷道围岩应力及变形规律
7.1.1 受采动影响巷道的围岩应力
3、采动引起的底板岩层应力分布
图 7-5a
（1）一侧采空煤体：
煤体支承压力近似三角形分布，应力 增高系数3左右。