地應(yīng)力及其分布規(guī)律分解

1、地應(yīng)力及其分布規(guī)律1 、地應(yīng)力的基本概念地應(yīng)力是存在于地層中的未受工程擾動的天然應(yīng)力，也稱巖體初始應(yīng)力、 絕對應(yīng)力或原巖應(yīng)力。 廣義上也指地球體內(nèi)的應(yīng)力。 它包括由地?zé)嶂亓Φ?球自轉(zhuǎn)速度變化及其他因素產(chǎn)生的應(yīng)力。地應(yīng)力是各種巖石開挖工程變形和破壞的根本作用力； 是確定工程巖體力 學(xué)屬性，進行圍巖穩(wěn)定性分析，實現(xiàn)開挖設(shè)計和決策科學(xué)化的必要前提條件。 此外地應(yīng)力狀態(tài)對地震預(yù)報、 區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價、 油田油井的穩(wěn)定性、 核廢 料儲存、巖爆、煤和瓦斯突出的研究以及地球動力學(xué)的研究等也具有重要意義。2、地應(yīng)力的成因產(chǎn)生地應(yīng)力的原因是十分復(fù)雜的， 地應(yīng)力的形成主要與地球的各種動力運 動過程有關(guān)，其中包括

2、：板塊邊界受壓、地幔熱對流、 地球內(nèi)應(yīng)力、地心引力、 地球旋轉(zhuǎn)、巖漿浸入和地殼非均勻擴容等。另外，溫度不均、水壓梯度、地表 剝蝕或其它物理化學(xué)變化等也可引起相應(yīng)的應(yīng)力場。 其中，構(gòu)造應(yīng)力場和自重 應(yīng)力場為現(xiàn)今地應(yīng)力場的主要組成部分。當(dāng)前的地應(yīng)力狀態(tài)主要由最近的一次構(gòu)造運動所控制， 但也與歷史上的構(gòu) 造運動有關(guān)。 由于億萬年來， 地球經(jīng)歷了無數(shù)次大大小小的構(gòu)造運動， 各次構(gòu) 造運動的應(yīng)力場也經(jīng)過多次的疊加、 牽引和改造， 另外， 地應(yīng)力場還受到其他 多種因素的影響，造成地應(yīng)力狀態(tài)的復(fù)雜性和多變性，地應(yīng)力成因之一：地幔熱對流（圖 1、圖 2）地應(yīng)力成因之一：板塊邊界受壓（圖3）地應(yīng)力成因之一：巖漿

3、浸入(圖 4)3、地應(yīng)力的影響因素地殼深層巖體地應(yīng)力分布復(fù)雜多變， 造成這種現(xiàn)象的根本原因在于地應(yīng)力的 多來源性和多因素影響，但主要還是由巖體自重、地質(zhì)構(gòu)造運動和剝蝕決定。1) 巖體自重的影響巖體應(yīng)力的大小等于其上覆巖體自重， 研究表明：在地球深部的巖體的地應(yīng) 力分布基本一致。 但在初始地應(yīng)力的研究中人們發(fā)現(xiàn)， 巖體初始應(yīng)力場的形成因 素眾多，剝蝕作用難以合理考慮， 在常規(guī)的反演分析中， 通常只考慮巖體自重和 地質(zhì)構(gòu)造運動2) 地形地貌和剝蝕作用對地應(yīng)力的影響 地形地貌對地應(yīng)力的影響是復(fù)雜的， 剝蝕作用對地應(yīng)力也有顯著的影響， 剝 蝕前，巖體內(nèi)存在一定數(shù)量的垂直應(yīng)力和水平應(yīng)力， 剝蝕后，垂直應(yīng)

4、力降低較多， 但有一部分來不及釋放， 仍保留一部分應(yīng)力數(shù)量， 而水平應(yīng)力卻釋放很少， 基本 上保留為原來的應(yīng)力數(shù)量， 這就導(dǎo)致了巖體內(nèi)部存在著比現(xiàn)有地層厚度所引起的 自重應(yīng)力還要大很多的應(yīng)力數(shù)值。3) 構(gòu)造運動對地應(yīng)力的影響在地殼深層巖體， 其地應(yīng)力分布要復(fù)雜很多， 此時由于構(gòu)造運動引起的地應(yīng) 力對地應(yīng)力的大小起決定性的控制作用。 研究表明： 巖體的應(yīng)力狀態(tài)， 一般其鉛 垂應(yīng)力分量是由其上覆巖體自重產(chǎn)生的， 而水平應(yīng)力分量則主要由構(gòu)造應(yīng)力所控 制，其大小比鉛垂應(yīng)力要大得多。4) 巖體的物理力學(xué)性質(zhì)的影響從能量的角度看， 地應(yīng)力其實是一個能量的積聚和釋放的過程。 因為巖石中 地應(yīng)力的大小必然受到

5、巖石強度的限制， 可以說， 在相同的地質(zhì)構(gòu)造中。 地應(yīng)力 的大小是巖性因素的函數(shù)， 彈性強度較大的巖體有利于地應(yīng)力的積累， 所以地震 和巖爆容易發(fā)生在這些部位 ,而塑性巖體因容易變形而不利于應(yīng)力的積累。5) 水、溫度對地應(yīng)力的影響地下水對巖體地應(yīng)力的大小具有顯著的影響， 巖體中包含有節(jié)理、 裂隙等不 連通層面， 這些裂隙面里又往往含有水， 地下水的存在使巖石孔隙中產(chǎn)生孔隙水 壓力，這些孔隙水壓力與巖石骨架的應(yīng)力共同組成巖體的地應(yīng)力。 溫度對地應(yīng)力 的影響主要體現(xiàn)在地溫梯度和巖體局部受溫度的影響兩個方面。 由于地溫梯度而 產(chǎn)生的地溫應(yīng)力， 巖體的溫度應(yīng)力場為靜壓力場， 可以與自重應(yīng)力場進行代數(shù)迭

6、 加，如果巖體局部寒熱不均，就會產(chǎn)生收縮和膨脹，導(dǎo)致巖體內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力。4、地應(yīng)力的分布規(guī)律1) 地應(yīng)力是一個相對穩(wěn)定性的非穩(wěn)定應(yīng)力場，且是時間和空間的函數(shù) 三個主應(yīng)力的大小和方向是隨著空間和時間變化的， 因而它是個非均勻的應(yīng) 力場。地應(yīng)力在空間上的變化，從小范圍來看，其變化是很明顯的；但就某個地 區(qū)整體而言，變化不大。如我國華北地區(qū)，北西到近于東西的主壓應(yīng)力。在某些地震活躍的地區(qū)，地應(yīng)力大小和方向是隨時間的變化也是非常明顯 的，在地震前，處于應(yīng)力積累階段，應(yīng)力值不斷升高，而地震時，集中的應(yīng)力得 到釋放， 應(yīng)力值突然大幅度下降。 主應(yīng)力方向在地震發(fā)生時會發(fā)生明顯改變， 震 后一段時間又恢復(fù)到震前

7、狀態(tài)。2) 實測垂直應(yīng)力基本等于上覆巖層的重量E. Hoek和E.T. Brown 總結(jié)出的實測垂直應(yīng)力隨深度 H變化的規(guī)律。在深度 為 252700m 范圍內(nèi)，實測垂直應(yīng)力呈線性增長。在埋深小于 1000m 時，測量值與預(yù)測值可能差別很大， 有的甚至相差達(dá)到 5 倍，因此這個方程可以很好地估算出所有應(yīng)力測量值的均值， 但絕對不能用它來 得到任一特定位置處的準(zhǔn)確值，因此最好是測量而不是估算來確定垂直應(yīng)力分 量。部分地區(qū)垂直應(yīng)力與埋深的關(guān)系(圖 5)3) 水平應(yīng)力普遍大于垂直應(yīng)力 實測資料表明，幾乎所有地區(qū)均有兩個主應(yīng)力位于水平或接近水平的平面 內(nèi)，其與水平面的夾角一般不大于 30 度，最大水平

8、主應(yīng)力普遍垂直應(yīng)力，兩者 之比一般為 0.55.5，在很大情況下都大于 2?？偨Y(jié)目前全世界地應(yīng)力實測結(jié)果， 得出 h,max/v 之值一般為 0.55.0，大 多數(shù)為 0.81.5。這說明，垂直應(yīng)力在多數(shù)情況下為最小主應(yīng)力，在少數(shù)情況下 為中間主應(yīng)力，極個別情況下為最大主應(yīng)力。4) 平均水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力的比值隨深度增加而減小E. Hoek和 E.T. Brown研究了世界各地 116個現(xiàn)場地應(yīng)力測量資料， 平均水 平應(yīng)力與垂直應(yīng)力的比值 K 。10015000.3 K0.5HH部分地區(qū)水平應(yīng)力系數(shù)與埋深的關(guān)系（圖6）5）最大水平主應(yīng)力與最小水平主應(yīng)力也隨深度呈線性增長關(guān)系6）最大水平主應(yīng)力與

9、最小水平主應(yīng)力之值一般相差較大，顯示出很強的方向 性7）地應(yīng)力的上述分布規(guī)律還會受到地形、地表剝蝕、風(fēng)化、巖體結(jié)構(gòu)特征、 巖體力學(xué)性質(zhì)、溫度、地下水等因素的影響，特別是地形和斷層的擾動影 響最大最大主應(yīng)力在谷底或河床中心近于水平， 而在兩岸岸坡則向谷底或河床傾斜， 并大致與坡面平行 （圖 7）本預(yù)覽：第六章 巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律第一節(jié) 巷道圍巖應(yīng)力及變形規(guī)律一、受采動影響巷道的圍巖應(yīng)力（一）原巖體內(nèi)掘進巷道引起的圍巖應(yīng)力 雙向等壓原巖應(yīng)力場內(nèi)圓形巷道圍巖應(yīng)力分布如圖6-1 所示。如果圍巖應(yīng)力大于巖體強度， 巷道圍巖會產(chǎn)生塑性變形， 從巷道周邊向圍巖深處擴展到 一定范圍，出現(xiàn)塑性變形區(qū)，為彈塑性介質(zhì)

10、。巷道圍巖應(yīng)力分布如圖 6-2 所示。圖 6-1 圓形巷道圍巖彈性變形應(yīng)力分布 圖 6-2 圓形巷道圍巖塑性變形區(qū)及應(yīng)力分布p 原始應(yīng)力； t 切向應(yīng)力； r徑向應(yīng)力；pI支護阻力； r 巷道半徑； R 塑性區(qū)半徑；A破裂區(qū)； B塑性區(qū)； C 彈性區(qū)； D原始應(yīng)力區(qū)在各向等壓條件下，圓形巷道塑性區(qū)半徑 R 和周邊位移 u 的計算式為：P C ctg 1 sin R r0 P C ctg iu 1sin 1 sin 2sin （ 6-1 ） 1 sin 2sini （ 6-2）式中 P 原巖應(yīng)力；PI 支護阻力；r0 圓形巷道半徑； 圍巖的內(nèi)摩擦角；C圍巖的粘聚力；G剪切彈性模數(shù)。 巷道的周邊位

11、移隨巷道所在位置原巖應(yīng)力的增大，呈指教函數(shù)關(guān)系迅速增長；指數(shù) 的大小取決于 的變化， 值越小，指數(shù)越大， u 值增長愈迅速。 巷道的塑性區(qū)半徑 R 和周邊位移 u 隨內(nèi)摩擦角 和粘聚力 C 的減小，即圍巖強度 降低，顯著增大。（二）回采工作面周圍支承壓力分布采空區(qū)四周形成支承壓力帶 （圖 6-3 ）。工作面前方形成超前支承壓力， 它隨著工作面推 進而向前移動， 稱為移動性支承壓力或臨時支承壓力。 工作面沿傾斜和仰斜方向及開切眼一 側(cè)煤體上形成的支承壓力， 在工作面采過一段時間后， 不再發(fā)生明顯變化， 稱為固定性支承 壓力或殘余支承壓力。 回采工作面推過一定距離后， 采空區(qū)上覆巖層活動將趨于穩(wěn)定

12、， 采空 區(qū)內(nèi)某些地帶冒落矸石被逐漸壓實，使上部未冒落巖層在不同程度上重新得到支承。因此， 在距工作面一定距離的采空區(qū)內(nèi)，也可能出現(xiàn)較小的支承壓力，稱為采空區(qū)支承壓力。r0sin P C ctg 1 sin 1 sin 2G P C ctg 2sin本預(yù)覽：圖 6-3 采空區(qū)應(yīng)力重新分布概貌1 工作面前方超前支承壓力 ；2、3 工作面傾斜、 圖 6-4 煤層凸出角處疊加支承壓力仰斜方向殘余支承壓力； 4 工作面后方采空區(qū)支承壓力支承壓力的顯現(xiàn)特征通過支承壓力分布范圍、 分布形式和應(yīng)力峰值表示。 應(yīng)力增高系數(shù)K 是支承壓力峰值與原巖垂直應(yīng)力的比值； 支承壓力分布參數(shù)有： 煤體邊緣的破裂區(qū)寬度 0

13、 ， 塑性區(qū)寬度（支承壓力峰值距離） x0 ，支承壓力的影響距離 x1 。目前，上述參數(shù)主要由現(xiàn) 場實測取得。工作面超前支承壓力峰值位置距煤壁一般為48m，相當(dāng) 2 3.5倍回采高度。影響范圍為 40 60m ，少數(shù)可達(dá) 60 80m ，應(yīng)力增高系數(shù)為 2.53。工作面傾斜方向固定 性支承壓力影響范圍一般為 1530m ，少數(shù)可達(dá) 3540 m，支承壓力峰值位置距煤壁一般 為15 20m ，應(yīng)力增高系數(shù)為 23。采空區(qū)支承壓力應(yīng)力增高系數(shù)通常小于 1，個別情況下 達(dá)到 1.3。相鄰的采空區(qū)所形成的支承壓力會在某些地點發(fā)生相互疊加， 稱為疊合支承壓力。上區(qū)段采空區(qū)形成的殘余支承壓力與下區(qū)段工作面

14、超前支承壓力疊加， 在煤層向采空區(qū) 凸出的拐角，形成很高的疊合支承壓力，應(yīng)力增高系數(shù)可達(dá)57，有時甚至更高 （圖6-4） 。（三）采動引起的底板巖層應(yīng)力分布圖 6-5a 為一側(cè)采空煤體， 作用于煤體上的支承壓力近似三角形分布， 應(yīng)力增高系數(shù)為 3。 圖6-5 b、圖6-5 c均為兩側(cè)采空煤柱，煤柱寬度分別為B 和2B，B一般等于工作面超前支承壓力影響范圍。 作用于煤柱上的支承壓力分別呈鐘形和馬鞍形分布， 應(yīng)力增高系數(shù)分別為5和3.5 。 x圖 6-5 三種典型的煤柱載荷作用下底板巖層的應(yīng)力分布a一側(cè)采空煤體； b兩側(cè)采空煤柱（寬度為 B），呈均布載荷； c 兩側(cè)采空煤柱（寬 度為 2B），呈馬

15、鞍形載荷。 一側(cè)采空煤體及兩側(cè)采空、寬度較大的煤柱，作用于煤層上 的支承壓力的影響深度約為 1.5 2B ；兩側(cè)采空、寬度較小的煤柱，作用于煤柱上的支承壓 力的影響深度約為 34B 。 兩側(cè)采空、寬度較小的煤柱，底板巖層內(nèi)同一水平面上Z 以煤柱中心線處最大。一側(cè)采空煤體，底板巖層內(nèi)同一水平面上Z 最大值在煤體下方，距采空區(qū)邊緣數(shù)米處。兩側(cè)已采、寬度較大的煤柱下，底板巖層內(nèi)同一水平面上Z 以煤柱中心線處較小，靠近煤柱邊緣出現(xiàn)峰值。 無論在何種形式煤層載荷作用下，底板巖層內(nèi)應(yīng)力分布都呈擴展?fàn)顟B(tài)，數(shù)值等于自 重應(yīng)力值的等值線與煤柱邊緣垂線的夾角為影響角，一般為 300 400。二、構(gòu)造應(yīng)力對巷道穩(wěn)定

16、性的影響 構(gòu)造應(yīng)力是由于地殼構(gòu)造運動在巖體中引起的應(yīng)力。構(gòu)造應(yīng)力包括地質(zhì)構(gòu)造發(fā)生過程 中，在地下巖體內(nèi)所產(chǎn)生的應(yīng)力；以及已結(jié)束的地質(zhì)構(gòu)造運動殘留于巖體內(nèi)部的應(yīng)力。程角度看， 古構(gòu)造應(yīng)力、 新構(gòu)造應(yīng)力和在巖石生成過程中形成的結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力都屬于構(gòu)造 應(yīng)力。構(gòu)造應(yīng)力的基本特點是以水平應(yīng)力為主，具有明顯的方向性和區(qū)域性。水平應(yīng)力是由巖層自重引起的水平應(yīng)力， 巖層之間的磨擦力和粘聚力以及水平構(gòu)造應(yīng)力 組成。 構(gòu)造應(yīng)力具有明顯的方向性， 巷道軸向與構(gòu)造應(yīng)力方向之間夾角不同， 巷道圍巖水平 應(yīng)力集中程度有很大差異。 在構(gòu)造應(yīng)力影響較強烈的區(qū)域， 要重視巷道布置方向， 依靠正確 調(diào)整巷道方向與構(gòu)造應(yīng)力方向間的關(guān)

17、系， 削減構(gòu)造應(yīng)力對巷道圍巖穩(wěn)定性的影響。 圖 6-6 巷 道軸向平行、垂直構(gòu)造應(yīng)力條件下，周邊應(yīng)圍巖應(yīng)力分布a 巷道軸向平行構(gòu)造應(yīng)力； b 巷道軸向垂直構(gòu)造應(yīng)力計算結(jié)果表明，巷道軸向與構(gòu)造應(yīng)力方向平行時，構(gòu)造應(yīng)力對巷道的穩(wěn)定性影響最?。?巷道軸向與構(gòu)造應(yīng)力方向垂直時，影響最大。構(gòu)造應(yīng)力對巷道穩(wěn)定程度的影響，主要隨 角正弦的平方值變化；如果 角小于 250 300 時，構(gòu)造應(yīng)力對巷道穩(wěn)定性的影響無明顯變化。巷道軸向平行、垂直構(gòu)造應(yīng)力方向條件下，周邊切向、徑向應(yīng)力分布見圖6-6 。四、受采動影響巷道的圍巖變形巷道圍巖變形規(guī)律采準(zhǔn)巷道從開掘到報廢， 經(jīng)歷采動造成的圍巖應(yīng)力重新分布過程， 圍巖變形會

18、持續(xù)增長和變化。以受到相鄰區(qū)段回采影響的工作面回風(fēng)巷為例，圍巖變形要經(jīng)歷五個階段：1）巷道掘進影響階段2）掘進影響穩(wěn)定階段3）采動影響階段4）采動影響穩(wěn)定階段5）二次采動影響階段每個影響階段內(nèi)巷道頂?shù)装逡平俣群鸵平克急戎档囊话阋?guī)律見表6-1 。一、巷道位置類型 根據(jù)巷道與回采空間相對位置及采掘時間關(guān)系不同，巷道位置分為以下幾種類型：（ 1）本煤層巷道（2）位于回采空間所在層面下方的巷道稱為底板巷道，位于回采空間所在層面上方的巷道稱為頂板巷道。（3）厚煤層中、下分層以及相鄰煤層中的煤層巷道，有可能同時受到本分層和上分層以及相鄰煤層回采工作面的采動影響。二、區(qū)段巷道的位置和礦壓顯現(xiàn)規(guī)律預(yù)覽：

19、（一）區(qū)段巷道的布置方式根據(jù)區(qū)段回采的準(zhǔn)備系統(tǒng)，區(qū)段巷道可分成三種布置方式。（1）煤體 -煤體巷道 （圖6-7 ）。（2）煤體 -煤柱（采動穩(wěn)定）巷道 （圖6-7 1）；煤體 -煤柱（正采動）巷道 （圖6-71）。（3）煤體-無煤柱（沿空掘進）巷道（圖6-72）；煤體 -無煤柱（沿空保留）巷道（圖6-72）。圖 6-7 區(qū)段巷道布置方式示意圖a煤柱護巷； b 無煤柱護巷（二）區(qū)段巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律（ 1）煤體 -煤體巷道服務(wù)期間內(nèi)，圍巖的變形將經(jīng)歷三個階段，即巷道掘進影響階段、 掘進影響穩(wěn)定階段和采動影響階段。（2）煤體-煤柱或采空區(qū) （采動穩(wěn)定）巷道服務(wù)期間， 圍巖變形經(jīng)歷巷道掘進影響階段、

20、掘進影響穩(wěn)定階段和采動影響階段（工作面前方采動影響） 。但巷道整個服務(wù)期間內(nèi)，始終 受相鄰區(qū)段采空區(qū)殘余支承壓力影響，三個影響階段的圍巖變形均大于煤體 -煤體巷道。（3）煤體-煤柱或無煤柱 （正采動）巷道服務(wù)期間， 圍巖的變形將經(jīng)歷全部的五個階段。 圍巖變形量遠(yuǎn)大于煤體 -煤體巷道和煤體 -煤柱或無煤柱（采動穩(wěn)定）巷道。（三）厚煤層中下分層區(qū)段巷道布置和礦壓顯現(xiàn)規(guī)律 中、下分層巷道如果位于上分層一側(cè)已采的煤體附近， 上分層煤體的支承壓力， 對下部 分層巷道會產(chǎn)生一定影響。 它的影響程度與巷道和上分層煤體邊緣之間的水平距離有關(guān)。 一 般情況下，水平距離超過 2m 影響已不明顯。中、下分層巷道如果

21、位于上分層兩側(cè)均已采空 的煤柱附近， 由于受到上分層煤柱支承壓力疊加的強烈影響， 圍巖變形顯著。 為了改善這種 巷道的維護，要求巷道與上分層煤柱邊緣保持的5 10m 的水平距離。這種布置方式，增加了中、下分層的煤量損失。厚煤層分層開采時，實行無煤柱開采，既可以減少煤炭損失，又 對改善下部分層巷道的維護十分有利。圖 6-8 厚煤層中下分層區(qū)段巷道布置方式a 布置在已穩(wěn)定的采空區(qū)下方； b 布置在已穩(wěn)定的采空區(qū)下方靠近上分層護巷煤柱； c巷道布置在護巷煤柱下部三、底板巷道的位置和礦壓顯現(xiàn)規(guī)律（一） 底板巷道的位置（ 1） 巷道布置在已穩(wěn)定的采空區(qū)下部，在上部煤層回采空間形成的底板應(yīng)力降低區(qū)內(nèi)，見圖

22、 6-9 中巷道，巷道整個服務(wù)期間內(nèi)不受采動影響。2） 巷道布置在保護煤柱下部，經(jīng)歷保護煤柱兩側(cè)回采工作面的超前采動影響，見圖6-9中巷道。保護煤柱形成后，一直受保護煤柱支承壓力的影響。當(dāng)保護煤柱足夠?qū)捇?者巷道與保護煤柱的間距足夠大時，巷道可以避開采動影響，處于原巖應(yīng)力場內(nèi)。（ 3） 巷道布置在尚未開采的工作面下部，經(jīng)歷上部回采工作面的跨采影響后，位于 已穩(wěn)定的采空區(qū)下部應(yīng)力降低區(qū)內(nèi)（圖6-9中巷道） 。圖 6-9 底板巷道位置 巷道布置在已穩(wěn)定的采空區(qū)下部； 巷道布置在保護煤柱下部； 巷道布置在 尚未開采工作面下部，經(jīng)歷上部回采工作面的跨采影響（二） 底板巷道的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律 巷道僅經(jīng)歷在應(yīng)

23、力降低區(qū)內(nèi)的巷道掘進影響階段， 然后進入掘進影響穩(wěn)定階段， 圍巖 變形趨向穩(wěn)定， 變形量不大。巷道圍巖變形要經(jīng)歷掘巷期間明顯變形，然后趨向穩(wěn)定，保 護煤柱不足夠?qū)挄r，受上部煤層工作面 A 回采影響期間顯著變形，然后又趨向穩(wěn)定；受上部煤層工作面 B 回采影響期間強烈變形，然后再次趨向以較大的變形速度持續(xù)變形。巷道 圍巖變形要經(jīng)歷掘巷期間明顯變形， 然后趨向穩(wěn)定， 工作面跨越開采時引起圍巖強烈變形， 然后又趨向穩(wěn)定。四、上、下山的位置和礦壓顯現(xiàn)規(guī)律（一） 上、下山巷道的位置 位于煤層內(nèi)用煤柱保護的上、下山（圖 6-10a ）。 位于底板巖層內(nèi)上方保留煤柱的上、下山（圖 6-10b ）。 上、下山位

24、于底板巖層內(nèi)，上部煤層工作面跨越上、下山回采，不留護巷煤柱?？?越方式如圖 6-10c 所示，左翼工作面先回采到上、 下山附近處停采， 然后右翼工作面跨越上， 下山回采到左翼工作面停采線附近處停采，保留停采煤柱。 上、下山位于底板巖層內(nèi)，上部煤層工作面跨越上、下山回采，不留胡巷煤柱?？?越方式如圖 6-10d 所示，右翼工作面在左翼工作面還遠(yuǎn)離上、下山時就跨越上、下山。（二） 上、下山巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律（1）上、下山（圖 6-10 a 、b）的圍巖變形將經(jīng)歷掘巷期間明顯變形，然后趨向穩(wěn)定， 一翼采動影響期間顯著變形， 然后又趨向穩(wěn)定， 另一翼采動影響期間強烈變形， 最后在兩側(cè) 采空引起的疊加支承

25、壓力作用下，再次趨向以較大的變形速度持續(xù)變形這六個時期。（2）上、下山（圖 6-10c ）巷道圍巖變形在掘巷期間、掘巷影響趨向穩(wěn)定期間、一翼 采動影響期間、 一翼采動影響趨向穩(wěn)定期間與上、 下山用煤柱保護時基本相同。但是， 在另 一翼跨采影響期間上、 下山開始受兩側(cè)采動引起的支承壓力的疊加影響， 隨著右翼工作面推 進，左右兩翼工作面間的煤柱逐漸縮小， 支承壓力的影響急劇增加， 附加圍巖變形量遠(yuǎn)大于 用煤柱保護時圍巖附加變形量， 而跨采后處于應(yīng)力降低區(qū)內(nèi)的圍巖平均變形速度又明顯小于 用煤柱保護時兩翼采動影響趨向穩(wěn)定時期的圍巖平均變形。（3）上、下山（圖 6-10d ）巷道的圍巖變形只經(jīng)過掘巷期間

26、明顯變形，然后趨向穩(wěn)定，跨采引起圍巖變形急劇增加， 以及跨采之后圍巖變形趨向穩(wěn)定四個時期， 總變形量顯著減少。五、巷道位置參數(shù)的選擇（一） 巷道圍巖變形與 Z、 X 值的關(guān)系巷道圍巖變形量 u （mm） 與巷道至上部煤層的垂距 Z（m）之間呈冪函數(shù)關(guān)系。u az b （ 6-3 ）式中 a、 b取決于上部煤層采動狀況、圍巖性質(zhì)、開采深度等因素。（二） 巷道位置參數(shù)的選擇 1底板巖層中應(yīng)力分布區(qū)域采動引起的底板巖層應(yīng)力分布分為以下區(qū)域：原巖應(yīng)力區(qū)、應(yīng)力集中區(qū)、剪切滑移區(qū)、卸壓區(qū)、應(yīng)力恢復(fù)區(qū)、拉伸破裂區(qū)， （圖6-11 ）。卸壓區(qū)中拉伸破裂和剪切滑移區(qū)以下區(qū)域應(yīng) 當(dāng)是布置底板巷道的理想?yún)^(qū)域。圖6-

27、11 底板巖層應(yīng)力分布區(qū)域 圖6 12 應(yīng)力降低區(qū)內(nèi)底板巷道位置參數(shù) 原巖應(yīng)力區(qū)； 應(yīng)力集中區(qū)； 卸壓區(qū)； 應(yīng)力恢復(fù)區(qū)；A拉伸破裂區(qū)； B、C 剪切滑移區(qū)2巷道穩(wěn)定性指數(shù)1實體煤巷道與綜采分層工作面相比， 綜放整層工作面超前支承壓力分布范圍擴大， 應(yīng)力高峰位置前 移；導(dǎo)致綜放整層實體煤回采巷道礦壓顯現(xiàn)與綜采分層實體煤回采巷道有較大差異， 一般情 況下綜放巷道各項礦壓顯現(xiàn)指標(biāo)參數(shù)均高于綜采分層巷道。2沿空掘進巷道（ 1）綜放沿空巷道與實體煤巷道礦壓顯現(xiàn)對比分析對于中等穩(wěn)定圍巖綜放沿空掘巷，超前 90m 左右就出現(xiàn)采動影響，明顯變形出現(xiàn)在工作面前方 35m 左右，分別比實體煤巷道增加近 20m 。

28、巷道劇烈變形在工作面前方 0 10m 。沿空巷道與實體煤巷道相比，頂?shù)装逡平吭龃?0 5倍，兩幫相對移近量可高達(dá) 40 15倍。回采影響期間巷道圍巖移近量與掘巷影響期間相比較， 沿空巷道前者是后者的 5 10倍； 實體煤巷道前者是后者的 1.2 1.5倍。實體煤巷道的頂、底板及兩幫變形大體相近；沿空巷道兩幫移近量大于頂?shù)装逡平?，前者是后者?倍左右。 （ 2） 綜放沿空巷道與綜采上分層沿空巷道礦壓顯現(xiàn)對比分析綜放沿空巷道與綜采上分層沿空巷道相比較， 前者的礦壓顯現(xiàn)程度較高， 各項礦壓顯現(xiàn) 特征參數(shù)值均大于后者。 綜放面沿空巷道超前壓力明顯區(qū)、 高峰區(qū)分別比綜采上分層沿空巷 道增加 50m

29、、15m ，巷道掘進期間，綜放沿空巷道和綜采上分層沿空巷道頂?shù)装逡平俣群?頂?shù)装逡平拷咏?工作面回采期間， 綜放沿空巷道頂?shù)装逡平俣群晚數(shù)装逡平糠謩e是 綜采上分層沿空巷道的 3.3 倍和 2.2倍。第三節(jié) 巷道圍巖控制原理 降低巷道圍巖應(yīng)力，提高圍巖穩(wěn)定性以及合理選擇支護是巷道圍巖控制的基本途徑。一、巷道圍巖壓力及影響因素1圍巖壓力為了防止圍巖變形和破壞， 需要對圍巖支護。 這種圍巖變形受阻而作用在支護結(jié)構(gòu)物上 的擠壓力或塌落巖石的重力， 統(tǒng)稱為圍巖壓力。 根據(jù)圍巖壓力的成因， 可分為以下四種類型： （1 ） 松動圍巖壓力由于巷道開挖而松動或塌落的巖體， 以重力的形式直接作用于支架結(jié)構(gòu)物上的壓力， 表 現(xiàn)為松動圍巖壓力載荷形式。 （ 2） 變形圍巖壓力支護能控制圍巖變形的發(fā)展時， 圍巖位移擠壓