地下工程體圍巖內(nèi)的原巖應(yīng)力重新分布

1、第06講 地下工程體圍巖內(nèi)的原巖應(yīng)力重新分布【本講內(nèi)容提綱】1. 地下工程體圍巖內(nèi)的原巖應(yīng)力重新分布1）多個工程體并存時圍巖內(nèi)的應(yīng)力重新分布2）回采空間周圍應(yīng)力重新分布2. 圍巖極限平衡區(qū)及支承壓力分布1）巷道周圍的支承壓力分布2）回采工作面周圍的支承壓力分布【重點(diǎn)內(nèi)容詳解】一、地下工程體圍巖內(nèi)的原巖應(yīng)力重新分布【筆注】1、多個工程體并存時圍巖內(nèi)的應(yīng)力重新分布1）斷面相同的兩相鄰圓形斷面工程體如以雙向等壓應(yīng)力場圓形斷面工程體為例，若兩個工程體之間的距離大于2R0，則這兩個工程體之間不會產(chǎn)生相互影響，反之，若兩工程體之間的間距小于2R0，則這兩個工程體將產(chǎn)生相互影響。2）大小不等的相鄰兩工程體圓

2、形斷面孔的應(yīng)力分布對于斷面大小不同的兩個圓形斷面工程體，其各自的影響范圍，其影響間距為各自影響區(qū)域之和。3）在同一水平上多工程體斷面孔的相互影響孔周邊的應(yīng)力集中系數(shù)隨D/B的增大而增大（D為孔徑，B為孔周邊的間距）。另一方面又受同一水平上工程體數(shù)目的影響，孔的數(shù)目越多，斷面孔周邊的應(yīng)力集中系數(shù)也越大。2、回采空間周圍應(yīng)力重新分布前西德埃森采礦研究中心對回采空間周圍應(yīng)力分布進(jìn)行了模擬研究，將開采后周圍的巖體視為彈性模量和泊松比變化了的彈性體，計(jì)算出開采后的空間周圍各點(diǎn)應(yīng)力值，計(jì)算結(jié)果表明，兩個空間相銜接的拐角處應(yīng)力值最高。綜上所述，在假設(shè)工程體斷面孔周圍都處于彈性狀態(tài)下，應(yīng)力重新分布具有以下特點(diǎn)

3、： 孔周圍形成了切向應(yīng)力集中現(xiàn)象，最大切向應(yīng)力發(fā)生在孔的周邊。對圓形和橢圓形孔，最大切向應(yīng)力發(fā)生在孔的兩幫中點(diǎn)和頂?shù)椎闹胁浚粚匦慰讋t最大切向應(yīng)力發(fā)生在四角位置處。 應(yīng)力集中系數(shù)的大小，對單一孔來說，圓形孔僅與側(cè)向壓力系數(shù)有關(guān)，其值為23；對于橢圓形孔來說則不僅與有關(guān)，而且還與軸長比有關(guān)，一般當(dāng)a/b=2，=01時，k=45；對于多工程體來說，k值升高是由于單孔應(yīng)力分布迭加作用的結(jié)果，其值視孔的大小和間距以及原巖應(yīng)力場的側(cè)壓系數(shù)而定。 無論何種形狀的孔，它周圍的切向應(yīng)力重新分布從理論上說影響是無限的，但從影響的劇烈程度來看，都有一定的影響半徑，通常取超過原巖垂直應(yīng)力的5%為邊界線。 孔的影響范

4、圍與孔的斷面大小有關(guān)。二、圍巖極限平衡區(qū)及支承壓力分布【筆注】1、巷道周圍的支承壓力分布極限平衡區(qū)內(nèi)巖體的應(yīng)力狀態(tài)方程： 極限平衡區(qū)的范圍為： 2、回采工作面周圍的支承壓力分布1）支承壓力沿煤層賦存方向上的分布工作面前方形成超前支承壓力，又稱移動支承壓力或臨時支承壓力；工作面沿傾斜和仰斜方向上下兩側(cè)及開切眼一側(cè)煤體上形成固定支承壓力或殘余支承壓力；在離工作面一定距離的后方采空區(qū)內(nèi)形成采空區(qū)支承壓力。除此之外，相鄰的兩個采空區(qū)形成的支承壓力會在某些地點(diǎn)發(fā)生相互疊加形成疊合支承壓力。一般來說，超前支承壓力峰值位置深入煤體內(nèi)的距離大約210m，其影響范圍視具體情況不同，可達(dá)工作面前方2030m至90

5、100m。工作面上下兩側(cè)支承壓力與超前支承壓力相比，其峰值位置深入煤體內(nèi)的距離較遠(yuǎn)，而影響帶寬度則較小，其影響范圍也隨遠(yuǎn)離回采工作面而逐漸有所變化。此外，工作面上下兩側(cè)的支承壓力相比較時，沿仰斜支承壓力的影響范圍又比沿傾斜稍大。采空區(qū)周圍的支承壓力，在垂直煤層層面方向的分布范圍及其一般規(guī)律：離被開采煤體不遠(yuǎn)的頂?shù)装鍘r層中，支承壓力的集中程度較高，隨著離被開采煤層的距離加大，頂?shù)装鍍?nèi)支承壓力集中程度逐漸降低。此外，支承壓力的峰值位置和其影響范圍也隨距離開采礦層距離的不同而有所變化。2）支承壓力在煤層底板中的傳播規(guī)律為了進(jìn)一步了解支承壓力的性質(zhì)，常將回采工作面前方或巷道兩側(cè)的切向應(yīng)力分布，按大小進(jìn)行分區(qū)，根據(jù)切向應(yīng)力的大小，可分為減壓區(qū)和增壓區(qū)，再向內(nèi)部發(fā)展即處于穩(wěn)壓狀態(tài)的