第二章 巷道地压与断面.ppt

第二章 巷道地压 第一节 地压的概念与产生 第二节 巷道地压观测 第三节 巷道断面形状 第四节 巷道断面尺寸 第一节 地压的概念与产生 一、地压的概念 二、巷道顶压的产生 三、巷道测压和底压的产生 一、地压的概念 原岩体：地下岩体在受采动影响前称为原岩体。 原岩应力：原岩体在未开掘巷道之前，受自重和构造作用，在其内部引起的应力，称为原岩应力。 岩石的原始平衡状态：原岩体在未开掘前，岩体中的任何一处的岩石都不可能发生形变、破坏或移动。这种静止不动的状态，称为岩石的原始平衡状态 地压现象：人们通常把地压作用下围岩和支承物（支架）呈现的各种力学现象统称为地压现象（也称矿山压力显现）。 地压：由于围岩移动或破碎而作用在围岩和支承物（支架）上的力称为地压。 二、巷道顶压的产生 巷道开掘以后，暴露出来的顶板岩石，好像双支梁一样支承上部岩石的压力。受力后的顶板梁将向下弯曲，靠近巷道顶板线的岩石因承受拉力而裂开，如图2—2a所示，随着裂隙的增多、扩大，岩石就将开始冒落，它的压力也将逐渐降低，而作用在巷道两帮上的压力却逐渐增加，如图2—2b和图2—2c所示。当顶板破碎岩石继续冒落范围逐渐扩大到一定范围而形成的一个拱的时候，就停止冒落，如图2—2d所示。这时顶板又处于新的平衡状态，巷道上部的压力，通过拱顶传到巷道两帮岩石上。这个拱形顶通常称为自然平衡拱。 图2—2 巷道顶压的产生 自然平衡拱的形成过程，就是顶板破碎岩石的冒落过程。 在冒落过程中，为了生产安全，必须及时支撑这些冒落的岩石，这部分即将冒落的岩石作用在支架上的压力称为顶压。 顶压的大小就是拱内破碎的岩石的重力。 顶压的大小，决定于冒落拱的大小，岩石松软、巷道宽度大，则冒落拱就大，顶压也大。反之，岩石坚硬，巷道狭窄，则冒落拱就小，顶压也小。 三、巷道侧压和底压的产生 在自然平衡拱形成过程中，巷道上部压力不断传给巷道两帮。若巷道两帮岩石坚硬，则两帮不会被压坏 若岩石松软，则巷道两帮岩石将沿图2—3所示的斜面垮落，即所谓片帮。这部分垮落的岩石所产生的水平分力，就是巷道的侧压。当片帮达到一定宽度而停止时如图2—3虚线所示位置。这时岩体内又处于新的平衡状态。 图2—3 巷道侧压的产生 图2—4 巷道底压的产生 巷道产生的侧压达到新的平衡之后，新的自然平衡拱仍将上部的压力传给巷道的两帮，再传给底板。当底板岩石不坚固时，受到上面压力之后，使底板鼓起（见图2—4），这就是底压产生的原因。 有时底板岩石具有遇水膨胀性（如粘土页岩），当巷道积水，也会由于岩石膨胀而产生底压。 侧压和底压都是由顶压引起的，而顶压对于生产关系更密切。 第二节 巷道地压观测 一、巷道周围应力的观测 二、支架压力观测 三、巷道变形观测 一、巷道周围应力的观测 应力恢复法，就是把处于应力状态的围岩在测点处挖掘解放槽，人为地解除测点处的应力，而后再对解放槽加压力，使岩体恢复到应力解除的状态，然后根据施加的压力值求周边应力的大小。 图2—5 岩体应力试测布置 1—应变计 2—液压压力枕 应力恢复法的试测步骤如图2—5所示： 1．选择不受局部地质构造影响、有代表性的试测地点，将试点的岩面打平、磨光，然后安装好测量应变计，记下初始读数 2．取下应变计，记下初始读数 3．在试点的岩面上，开凿一个宽度为B的直解放槽，应变计的顶端距解放槽中线为B/3，槽的方向应与所测定的应力方向垂直 4．在解放槽内放入液压压力枕，并用水泥砂浆充填空隙 5．对压力枕加压，并通过压力枕对岩体加压，直到应变计读数恢复到岩体有应力时的初始为止 6．根据压力枕上的压力读数表读数，即可换算出岩体周边应力的大小。 二、支架压力观测 测定单体支架的压力广泛使用ADJ型测力计 其构造如图2—6所示， 图2—6 ADJ型测力计 1—上盖 2—变形圆板 3—弹簧片杠杆 4—百分表插孔 观测时，把测力计放在支架（柱）上端与顶板之间，也可放在支柱下端与底板之间。 当顶板压力作用在盖1上，上盖把所受压力传给中心支承的变形圆板2，圆板受力后挠曲，带动上盖下沉，固定在上盖上的杠杆3的B端也随之下沉，从而使杠杆绕支点O转动，杠杆的A端被抬起。A端的位移量等于B端下沉量的3或3.25倍。在插孔A中插入百分表，A端的抬起高度便可从百分表上读出。根据百分表的读数，就可从预先在实验室内标定好的“杠杆A端位移量——压力”关系曲线上，求得支架所承受压力的大小。 三、巷道变形观测 巷道变形观