第二章 礦山壓力與礦山壓力顯現

4第二章礦山壓力與礦山壓力顯現

礦山壓力與巖層控制

本章主要介紹礦山壓力、礦山壓力顯現基本概念以及二者之間的辯證

關系，本部分內容是最為基礎的部分，因為正確地建立“礦山壓力”及

“礦山壓力顯現”的基本概念，弄清它們之間的聯(lián)系及區(qū)別，是正確進

行礦山壓力控制研究和實踐的基礎。

第一早

礦山壓力與礦山壓力顯現

§2.1礦山壓力及其在圍巖中的分布

2.1.1礦山壓力的概念2.1.2礦山壓力的來源2.1.3礦山壓力的分布

§2.2礦山壓力顯現

2.2.1礦山壓力顯現的概念

2.2.2礦山壓力顯現的條件223礦山壓力顯現的相對性§2.3礦山

壓力與礦山壓力顯現之間的關系

2.3.1礦山壓力與礦山壓力顯現間的辯證關系232關于支護的作用

問題

2.1.1礦山壓力的概念

采動：在煤或巖層中開掘巷道和進行回采工作稱為對煤（或巖）層的

“采動”。

采動空間：采動后，在煤（或巖）層中形成的空間稱為“采動空間”，

如圖2.1中A所示。圍巖:采動空間周圍巖體包括圖2.1中所示的頂板（T）,

底板（D）及兩幫（B）巖層，統(tǒng)稱為“圍巖二

T

AD

圖2.1采動空間與圍巖

煤及巖層采動前，一般都在覆蓋層重力、構造運動作用力等地質力的

作用之下，處于三向受力的原始平衡狀態(tài)。煤及巖層采動后，由于支承條

件的改變，其原始平衡狀態(tài)即遭破壞，各巖層邊界上的作用力及分布在各

點的應力（包括大小及方向）隨之改變。假設地表是水平的，巖層水平賦

存，

17

第二章礦山壓力與礦山壓力顯現

且只受到覆蓋巖層重力的作用，則該巖層采動前后垂直應力變化的一

般情況可用圖2.2表示。

采動后重新分布于圍巖各個層面邊界上的力及巖層中各點的應力將

促使該部分巖體產生變形或遭到破壞，從而向已采空間運動。采動后作用

于巖層邊界上或存在于巖層之中的這種促使圍巖向已采空間的運動的力

（即采動后保使圍巖運動的力），稱為礦山壓力。顯然，按此概念定義的

“礦山壓力”既是指分布于巖層內部各點的應力，又包括了作用于圍巖上

的任何一部分邊界上的外力。

（a）開采前（b）開采后

圖2.2開采前后應力分布

2.1.2礦山壓力的來源

采動前，原始巖層中已經存在的應力，是礦山壓力產生的根源。采動

前的原始應力場的特征，包括原巖中各點主應力的大小、方向及垂直應力

與水平應力間的比值等，決定了采動后圍巖應力重新分布的規(guī)律。

采動前原巖中各點的應力，就其來源主要有以下三個方面：①覆蓋

巖層的重力；②構造運動的作用力；

③巖體膨脹的作用力，包括巖體因溫度升高或遇水膨脹而產生的力等。

(1)重力

研究及實踐已基本證明，在未受構造運動影響的地區(qū)，處于某一深度

的巖層中，覆蓋巖層重量所引起的垂直壓應力可由下式表示：

式中

?yl??H(2.1)

H

q=vH

a

3

?yl一作用于該點的垂直壓應力，Pa；

H一該點距地表深度，m；

?一覆蓋巖層的平均容重，kN/m3o

20

礦山壓力與巖層控制

如果假設該巖層是基本均質的彈性體，其彈性模量用E表示，則圖2.3

所示的單元體受力平衡條件為:

?xl??zl?xl?

?X1

E??(

?yi

E

?

?zl

E

)?0即?xl??(?yl??zl)?O

由此可得出該點在垂直壓力的作用下產生的水平壓應力為：

?xl??zl?

?

1??

?yl???H(2.2)

式中？一巖石的泊松比(橫向變形比例系數)；

?一側壓系數，其值為：

??

?

1??

(2.3)

顯然，？值愈大，則該巖石在垂直壓力作用下產生的水平壓應力(即

側向壓應力)也將愈大。井下各種巖石的泊松比值相差很大，矽質及硅質

膠結的堅硬砂巖??0.L0.15；泥質膠結的巖石,

??1,如泥質頁巖??0.3~0.35；含朦脫石等成份的泥質膠結巖石，遇水

時?值可達至I」0.5。此時，

巖石將處于靜水壓力狀態(tài)之下，這些正是在軟巖中開掘巷道維護困難

的原因。

在一般采深條件下，井下常見巖石的泊松比如表2.1所示。

表2.1井下常見巖石泊松比

21

第二章礦山壓力與礦山壓力顯現

巖石在高壓下進入塑性狀態(tài)或遭到破壞后，其?值將明顯增大，并迅

速向??1的靜水壓力狀態(tài)轉化。

現場實踐證明，處于淺部口值很小的高強度巖層（例如砂巖）在埋藏

深度超過1500m的條件下，其口值就可接近0.5,即入值將趨近于1。這

是當開采深度超過一定數值以后，水平擠壓力（側壓力）隨開采深度的增

加往往會出現呈非線性比例大幅度增長的原因。

綜上所述，可以看到由覆蓋巖層重量決定的重力原始應力場有下列特

八占、、??

①垂直應力及水平應力都是壓應力，且水平應力是由垂直應力的作用

所引起。因此，在一般深度條件下，水平應力都要比垂直應力小得多。

②垂直壓應力隨深度的增加呈正比例的增加。但是伴生的水平壓應力

在深度超過某一定數值以后，隨深度增加是非線性的，增加的比例隨圍巖

性質的不同而不同，其基本規(guī)律是隨采深增加的增長比例逐漸擴大。此外,

由于各類巖石從彈性狀態(tài)過渡到塑性狀態(tài)均需達到一定的應力值，其水平

應力隨深度增加而迅速增長的情況都有一定的深度界限。因此，礦山壓力

隨采深增加而成比例增加的說法是不確切的。為了正確解決礦山壓力控制

問題，必須找出不同巖石水平壓應力迅速增長的深度界限。

③在采動前，巖層中任何點的垂直平面和水平面上都不存在剪應力分

量，也就是說，分別作用于兩平面上的應力都是主應力。

④應力場中各點最大最小主應力的方向基本不變，同一深度水平處于

同一巖層中的應力值大小也基本上相同，而且與時間無關。因此，自重應

力場基本上是一個比較均一的穩(wěn)定應力場。

（2）構造應力

單一的自重應力場存在于未產生過構造運動的地區(qū)或雖有過構造運

動，但受構造運動作用力影響不大的部位（例如遠離背斜和向斜軸部、巖

層傾角變化比較平穩(wěn)的單斜構造部位）。在受構造運動作用力影響強烈的

地區(qū)，特別是臨近背、向斜軸等構造線的部位，構造運動形成的應力場往

往是重要的。在這些地區(qū)特別是深部的巖層中各點的應力（包括大小和方

向）將是自重應力場和構造應力場在該點應力的綜合疊加，其最大主應力

的大小和方向，在多數情況下往往是由構造運動形成的應力所決定的。

構造運動作用力來源于地殼的運動。關于地殼運動的動力來源問題，

有地殼收縮說，槽臺說、海底擴張說、地殼板塊運動說及我國李四光等學

者的地質力學及巖漿活動隆起和侵入說等各種學派和學說。

垂直方向推動力形成的構造（即垂直成因構造）多是如圖2.4（a）所

示的簡單隆起或單一的背斜構造。在這類簡單的構造單元中，靠近背斜軸

部的巖層往往同時受到強烈擠壓而出現壓薄的現象。該部分巖層中常有很

高的垂直壓應力和水平壓應力，儲存有較大的彈性能。

22

礦山壓力與巖層控制

相反，處于該構造兩翼邊緣的巖層中往往會有拉應力存在。顯然，在

這們的構造單元中，如果在背斜軸附近開掘和維護巷道，特別是當巷道平

行其軸線(垂直最大主應力方向)時，會遇到很大的困難，可能會出現巖

石大面種擠壓片塌，甚至產生沖擊地壓等嚴重情況。

(a)(b)

圖2.4構造應力

水平方向推動力為主的構造(即水平成因構造)多是背斜向斜交錯出

現的波浪形式，每一個背斜構造單元各個部分巖層中的應力分布情況如圖

2.4(b)所示，即靠近背斜軸部，往往出現巖層變厚和層間分離的現象。

因此，該部位的巖層中，垂直及水平壓應力值將較小，當巖層的撓度超過

限度時，甚至會出現較大的拉應力。相反，在兩翼邊緣，也就是靠近向斜

軸的部位，將存在很大的水平擠壓應力。顯然，在這個部位巖石中平行于

軸線開掘和維護巷道也會遇到很大困難。如果巷道開在強度較高呈脆性破

壞的巖層中，同樣有產生沖擊地壓的危險。

在國內外一些開采深度較大的礦井中進行應力測量的結果發(fā)現，垂直

成因的構造單元中，背斜軸部巖層中的垂直應力可以達到自重應力(?H)的

3~4倍。水平成因構造單元中的水平方向最大主應力可以比垂直應力高出

3~5倍，達到自重應力值的8~10倍，甚至更大。

如果以?y2代表來自垂直方向推動力產生的構造應力值，則由此伴生

的水平方向構造應力值將由下式表示：

?x2??z2??

I???y2???y2(2.4)

如果構造運動推動力來自水平方向，其最大水平應力以?x2表示，則

處于深部的巖層，同樣可以假設?y2??z2?0,由此可以得出其他兩個方向的

構造應力值，即

?y2??z2??

I???x2???x2(2.5)

必須指出，在水平成因構造的應力場中，對于埋藏深度較小，覆蓋層

總厚度不大的巖層，或者23

第二章礦山壓力與礦山壓力顯現

被沖刷剝蝕部分露出地表的巖層，經歷長時間的流變過程之后，可以

出現?y?0或?z?0的情況。在這種情況下，水平面上兩個方向的主應力往往

并不相等。實測證明，最小水平應力與最大水平應力的比值往往可以達到

0.5~0.8o水平方向兩個主應力往往差別較大，是構造應力場的一個重要特

點。

綜上所述可知，受構造運動作用的地區(qū)，天然的原始應力場中各點的

應力是自重應力與構造運動殘余應力疊加的結果。

受構造運動影響的原始應力場有如下特征：

①各點應力受構造影響，即使同一深度水平，各點間的應力在大小、

方向，垂直應力和水平應力的比值等各個方面都有很大的差別。兩個方向

上的水平應力往往也并不相等。因此，受構造運動影響的原始應力場是一

個應力分布很不均勻而且在一定程度上受到時間影響的應力場。在這樣的

原始應力場中進行采掘工作，必須考慮時間、地點特別是構造條件（包括

構造單元的性質、構造線分布等）對礦山壓力的重要影響。

②由于存在很大的水平擠壓應力，最大水平壓應力與垂直壓應力的比

值比自重應力場大得多。根據實際資料統(tǒng)計，在受構造運動影響比較小的

部位，該比值一般變化于0.8~1.5之間，而在臨近構造線局部地段，該比

值可以達到3~5。單一的自重應力場中的水平應力與垂直應力的比值，在

一般深度條件下只有0.2~0.3。水平應力值較大及水平應力值往往高于垂直

應力值是構造影響應力場的最重要的特征?？紤]水平應力的作用，是在受

構造影響地區(qū)特別是鄰近構造線的部位進行開采工作應當特別注意的問

題。

③最大主應力的方向受構造作用的控制。據實踐證明，多數情況下的

最大主應力都垂直于褶曲軸等構造線的方向。因此在實際工作中應當注意

避免在鄰近構造線的部位平行構造線開掘和維護巷道。

④巖石強度愈高，完整性愈好、應力的最級也愈大。這是因為堅硬的

高強度巖層往往能夠在構造運動過程中吸收和積聚能量，而且能夠長時間

的保存下來。相反，巖性松軟或強度低的巖層，或者強度雖高但已遭破壞

的巖層，積聚能量的能力很弱，積聚的能量也很容易在長時間的流變過程

中釋放掉。這是在受構造影響的堅硬巖層或其相鄰接的巖層中開掘巷道,

容易產生瓦斯或煤層突出、沖擊地壓等事故的一個重要原因。

⑤埋藏深度愈大的巖層，構造應力的量級也愈大。相反，在地殼淺部

的巖層中，特別是節(jié)理裂隙比較發(fā)育或塑性變形能力較強的巖層中，由于

很難積聚新的構造應力，而且原有的構造應力在長時間的流變中被解除。

這也正是處于地殼淺部的一些巖層中，即使經歷過比較強烈構造運動的影

響（形成斷裂，斷裂構造線縱橫交錯），卻仍保留了單一自重應力場特征

的一個重要原因。構造運動對原始應力場的影響在一定深度條件下強化的

特點告訴人們，在討論礦山壓力控制設計問題時，不能簡單的注意開采深

度的影響，更重要的是根據礦井具體地質條件，找到礦壓控制設計決策必

須作出24

礦山壓力與巖層控制

變化的臨界深度界限。

⑥巖層中有較多的斷裂破壞是經歷過構造運動的標記，也是確定構造

應力場以及最大主應力可能方向的判據。例如，如圖2.5（a）所示巖層，

距地表深度不大，厚度方向大小斷裂破壞縱橫交錯，靠背斜軸巖層上表面

張裂破壞發(fā)育；下部存在很多由壓縮引起的“X”型斷裂，銳角迎向厚度

方向；背斜兩翼有拉伸的正斷層出現，據此可以判斷出該構造是垂直成因

構造。最大壓應力。1垂直巖層層面。由于巖層兩翼受拉，最小水平主應

力方向與背斜軸垂直?？梢酝茢噙@一構造破壞發(fā)展的大致過程是：在垂直

推力作用下，巖層首先受到壓縮，垂直及水平應力逐漸增加；隨后巖層隆

起，在隆起過程中巖石垂直方向上的壓力繼續(xù)增加，兩側水平方向的壓力

則因巖層受到拉伸而停止增長，甚至有所下降；結果逐漸擴大了壓力差，

導致了巖層厚度方向上的剪切破壞（即X型破壞），一直到兩翼大斷裂出

現為止。與此同時I由于隆起超過巖層的抗彎（拉）強度極限，因此平行

隆起軸向伴有大量的拉裂破壞。顯然，由于該構造運動發(fā)展過程已經完成,

巖層破壞又比較嚴重，所以可以預計應力場中的構造應力已大部分釋放,

現存的原始應力場將更多地顯示出單一自重應力場的特征。相反，如果巖

層埋藏深度較大，只是在背斜軸部見到巖層的壓薄和銳角向厚度方向的X

型破壞，如圖2.5(b)所示，則可以預計該應力場可能儲存有較高的構造

應力，最大主應力方向垂直巖層層面。

圖2.5構造部位巖層破壞狀況(b)

如果是水平推力。x形成的構造應力場，則當。z方向不容許變形

(即?z?0)而垂直方向有變形(即eyWO)時，oy將變成最小主應力，

則在巖層厚度方向將出現X型剪切破壞，破壞交線的銳角方向與水平最大

主應力方向相同，如圖2.6(a)所示。相反，如果￡y=0,而￡yWO,oz

為最小主應力，則剪切破壞將在巖層的平面方向產生，其狀況如圖2.6(b)

所示。

(a)(b)

圖2.6巖層破壞形式

25

第二章礦山壓力與礦山壓力顯現

(3)膨脹應力

研究表時，由溫度升高引起巖石膨脹而產生的應力。T值及其影響因

素可以由下式表示：

?T?????E?H(2.6)式中

oT—巖體的溫度膨脹應力，kN/m2；

?一巖體的線膨脹系數；

H—巖體的埋藏深度，m；

E—巖體的彈性模量；

?一巖體的溫升梯度。

顯然，？T值主要與開采深度有關。在一般深度條件下，由于溫度應力

與自重應力及構造應力相比很小，因此，只是在開采深度比較大的條件下

才需要考慮。

泥質巖石特別是含有蒙脫石等吸水很強的成分情況下，遇水膨脹可以

產生很高的膨脹應力，是巷道礦山壓力的一個重要來源。我國山東省龍口、

吉林省梅河、舒蘭等礦務局的一些礦井中，在軟巖中開掘和維護巷道遇到

較大的困難，主要是膨脹壓力作用的結果。在易于膨脹的巖石中維護巷道,

切斷水源，防止水對巖石的浸透是控制巷道變形的關鍵。

2.1.3礦山壓力的分布

（1）彈性狀態(tài)下巷道圍巖中礦山壓力分布

巖層采動后，由于邊界條件的改變，原巖應力場中臨近已采空間的一

部分，各點的應力狀態(tài)包括大小、方向、水平應力和垂直應力的比值等都

將發(fā)生變化，這種變化稱為應力的重新分布。采動后重新分布于圍巖各個

巖層邊界上的作用力及傳遞至巖層中各點的應力，是圍巖運動包括變形、

破壞和移動的原動力。掌握采動后圍巖中的礦山壓力分布及其發(fā)展變化規(guī)

律，搞清圍巖性質、采動條件等各方面因素的影響，是有效地進行礦山壓

力及巖層控制的前提。

al=yH

圖2.7圓形巷道圍巖應力狀況

為了解決巷道圍巖穩(wěn)定和破壞條件問題，需要研究的礦山壓力分布問

題包括：

26

礦山壓力與巖層控制

①巷道開掘后圍巖周邊破壞前第一次重新分布后的應力情況及其穩(wěn)

定的條件。

②圍巖周邊破壞后的應力分布，即第二次重新分布后的應力情況及穩(wěn)

定的條件。

在距地表深H處開掘如圖2.7所示圓形巷道，如果原巖應力場是單一

的自重應力場，假設圍巖是均質、連續(xù)的彈性體，則巷道周邊破壞前任一

點應力可由下式表示：

????l?(l?C2)(l??)?(l?3C4)(l??)cos2?(2.7)?2

?p??l?(l?C2

2)(l??)?(l?4C2?3C4)(l??)cos2??

??1

r???l?2C2

2?3C4?(l??)cos2?

式中C?ra

r；

??一該點的切向應力；

?p—該點的徑向應力；

?r?一該點的剪切應力；

?一該點的徑向方位夾角；

r一該點距巷道中心的距離；

rO一圓形巷道的半徑；

?1一為應力場最大主應力，該應力方向垂直水平面，故

?l??y??H

?y—應力場垂直壓應力；

H一開采深度；

?一巖體的容重；

?一巖體的側壓系數，其值為

?一巖石的泊松比。

令r?rO,則C=l。由此可將巷道周邊各點的應力簡化為：

272.8)2.9)((

第二章礦山壓力與礦山壓力顯現

?r??r??O

???(1?2COS2?)?1?(1?2COS2?)??1(2.10)

???(l?2cos2?)?l?(l?2cos?)?3

式中？3—該應力場的最小主應力，？3???1。

由式(2.10)可知，巷道周邊各點的應力是側壓系數(也是最大最小

主應力比例系數)？值和徑向方位角?值的函數，其中當??0及??180?時(即

巷道兩邊緣處)的應力值為：

???(3??)?1(2.11)

如？?0（極堅硬的巖石），則???3?（巖石受壓縮）；

??1（塑性巖石），則???2?1（巖石受壓縮）；

0???1（一般情況巖石），則???（2~3）?1（巖石受壓縮）。

巷道頂部（9=90°）及底部（。=270°）邊緣的應力值為

???（3??1）?1（2.12）

當??0,則？????1（巖石受拉伸）;

??1,則？??2?1（巖石受壓縮）；

??0.33,則???0；

??0~0.33,則？????廣0（巖石受拉伸）;

??0.33~1,則？??0~2?1（巖石受壓縮）。入=1

）+入=1/3

A'

A

-A=0111

）+

圖2.8巷道周邊切向應力分布

在不同人值條件下，巷道周邊其他部位的切向應力值，可以由圖2.8

中相應的曲線表示。例如，要得到巷道周邊上方位角為。的任意點A在人

=0時的切向應力（??）值，只要延伸該點與巷道中心連28

礦山壓力與巖層控制

線OA與入=0時的切向應力曲線相交，則交點A'至A點的距離（即

線長AA）即為該周邊上A處的切向應力值。

由圖2.8可知，在??1即兩個方向上主應力不等的應力場中開掘的巷

道，周邊最大壓應力產生在與最小主應力方向垂直（？?0）的周邊上，其應

力集中系數高達2~3,因此該處是受壓破壞最危險的部位。此外，該條件

下巷道周邊垂直最大主應力處可能產生拉應力，是圍巖受拉破壞最危險的

部位。

在上述兩個危險方位上，從巷道周邊到深入圍巖內部各點應力值，其

大小分布規(guī)律如圖2.9所示。顯然，不論是從巖體受壓破壞還是受拉破壞

而言，巷道周邊的應力條件都要比圍巖深部惡劣得多。

a

1

al

al

a3

a3

o3

a3

al

ala

1

圖2.9巷道圍巖應力分布

綜上所述，可得以下結論：

①圍巖的破壞將從巷道的周邊開始。因此，周邊的穩(wěn)定性是巷道圍巖

穩(wěn)定的條件，也是第一次重新分布(即彈懷狀態(tài)下分布)的應力得以保持

的前提。

②巷道周邊破壞，將首先從垂直兩個主應力方向的部位開始，其中垂

直最大主應力方向的部位容易在拉應力作用下破壞。而垂直最小主應力方

向的部位則將因集中了較高的壓應力而破壞。

③巷道開出后，圍巖第一次穩(wěn)定得以保證的條件是：

(a)垂直最小主應力方向(即??0?及??180?)周邊上的切向應力值??

滿足圖2.10所示的莫爾一庫倫強度條件，即

???Rc?

式中：C一巖石的粘聚力；

2Ccos?

(2.13)

l?sin?

29

第二章礦山壓力與礦山壓力顯現

?一巖石的內摩擦系數；

Rc—巖石的單向抗壓強度。

為此，在既定巖石條件下，保證這一條件應力場中的最大主應力?1值

為：當？?1時，?l?2Cco?sl?Rc

(2.14)2(l?sin?)2

2Ccos?l?Rc(2.15)3(l?sin?)3

1

212Ccos?ll?(~)Rc(2.16)31?sin?23

當??0時，？1?當0＜入＜時，？1?(~)

圖2.10應力莫爾圓

(b)垂直最大主應力方向(即。=90°及。=270°)的邊界上拉應力???

應當小于巖石的抗拉強度若用莫爾強度理論，其強度條件對照圖

Rb02.10

可表達為：

????Rb?2Ccos?(2.17)l?sin?

關于橢圓巷道

在深部開掘橢圓巷道，假設圍巖是完全均質的彈性體，該應力場中最

大主應力(?1)方向與巷1所示)，則根據彈性力學理論可以推出巷道各

點切向周邊應力??值：

(a?b)2(?3??l)sin2??b2(?3??l)?2ab?l???

(1)(a2?b2)sin2??b2

或？？？(？？l)?(a?b)?son2??b2?2ab?l

(2)(a2?b2)sin2??b22??

?1一應力場最大主應力；

?3—應力場最小主應力；

30

礦山壓力與巖層控制

?一最小最大主應力比值，即？?

?3

?1

?一周邊上任意點的徑向方位角;

900

90

-1.00

-1.00

-1.00

-1.00

-1.00

-1.00

-1.00

-1.00

-1.00

0.252.00

0.122.14

02.33

-0.122.60

-0.253.00

-0.353.50

-0.424.00

-0.474.50

-0.505.00

(2)塑性狀態(tài)下巷道圍巖中礦山壓力分布

在無支護條件下，圓形及橢圓形巷道第一次壓力重新分布(即圍巖周

邊處于彈性狀態(tài)的應力分布)后，巷道保持穩(wěn)定是其周邊最大切向應力在

該巖石的單向抗壓強度范圍內(即?max?Rc)。如果應力接近這一極限，則

巷道周邊附近巖體的體積隨應力增加而增加，亦即產生“擴容”現象。此

后，如果周邊應力繼續(xù)增加，或“擴容”情況得不到控制，圍巖周邊將遭

到破壞。圍巖中的應力將再次重新分布，包括應力范圍擴大和應力高峰向

深部轉移等。由于圍巖周邊破壞而引起的圍巖應力場中應

32

礦山壓力與巖層控制

力的再次重新分布，可以稱為第二次重新分布，也即圍巖的一部分進

科塑性狀態(tài)后的應力分布。當入=1時，該分布狀況下圍巖各點的主應力以

莫爾強度理論作為破壞條件得出的結果如圖2.11(a)所示。其中塑性區(qū)

的應力表達式為：

圖2.11巷道圍巖彈塑性區(qū)

??r?

Rc??l?(r)??l?l?

?r?a?

?R??

o?r???l???(r)?l?l?

?a??r??0

式中Rc—巖石單軸抗壓強度；

?一塑性系數，??

l?sin?

l?sin?

Q一巷道半徑；

r一所求應力處半徑。

彈性區(qū)中各點應力表達式則為：

22

?rr

r??l(l?Kr2)??rK?Kr

222

??rr

??l(l?Kr)??rK?K2r2

?r??0式中

rK一塑性區(qū)半徑；

。1一最大主應力，在單純重力應力場中。l=rH；

?rK一塑性區(qū)與彈性區(qū)交界處的徑向應力。

33

(2.18)

(2.19)

(2.20)

(2.21)

(2.22)

第二章礦山壓力與礦山壓力顯現

利用彈、塑性交界處(即r=rK)應力相同的原理(即將條件r=rK分別

代入塑性區(qū)和彈性區(qū)應力公式，求出應力并使之相等)，可以求得塑性區(qū)

半徑rK及該處徑向應力分布為：

?rKRr?c[K

??lra??l?l](2.23)

12?(??l)?Rc??lrK?ra[l](2.24)

(??l)Rc

將片水代入式(2.21)即可求出彈塑性區(qū)交界處的切向應力值為：

???2?l??rk(2.25)

由式(2.23)與(2.24)可知，當巷道半徑一定時，若外力不變，塑性半

徑(rK)愈大，即應力高峰位置深入圍巖深部愈遠，則應力峰值將愈低。

國內外一些礦井在有沖擊地壓危險的煤層中，利用高壓注水、松動爆破等

方法收到的效果，就是因為這些方法同時達到了擴大塑性區(qū)范圍(？rK增

加，向采動空間運動阻力加大)和降低了支承壓力高峰數值(降低可能釋

放的能量)的雙重目的。

如果圍巖進入塑性狀態(tài)后沒有支護的約束，很容易產生較大的塑性變

形。隨著塑性變形的發(fā)展，巖石的粘結力C與摩擦阻力也將隨之降低，圖

2.11(a)所示的初始塑性極限平衡狀態(tài)遭受破壞，圍巖中的應力分布進入

到圖2.11(b)所示狀態(tài)。在該狀態(tài)下，塑性區(qū)中鄰近巷道邊緣部分的巖

體粘結力已基本消失，即C"0,主要靠破碎巖塊間的摩擦力維持。如果及

時架設支架，提供給圍巖約束力，則可以阻止塑性破壞的繼續(xù)發(fā)展，形成

圖2.11（c）所示的穩(wěn)定狀態(tài)。

（3）巷道圍巖礦山壓力分布的穩(wěn)定條件

在無支護條件下，圓形及橢圓形巷道周邊巖體處于單向應狀態(tài)，即r=ra

時，？r?0。一旦周邊應力超出巖石的單向抗壓強度RC（譬如采深較大時），

周邊巖體將出現破壞失穩(wěn)。此時

??r?ra?Rc（2.26）

巷道周邊巖體破壞失穩(wěn)后，圍巖中的應力再次重新分布，應力分布范

圍及應力高峰都向著深部轉移，從而造成深部巖體的破壞。巷道圍巖進入

塑性狀態(tài)的范圍隨之擴大，塑性變形逐漸增加。為了維護巷道周邊巖體的

穩(wěn)定，必須通過架設支架來提供徑向應力?rr?ra?PO（見圖2.12）,改變周邊

巖體應力狀態(tài)。維護巷道周邊穩(wěn)定所需的支護強度大小P0與垂直地應力?1

之間的關系可按以下方法求出。

首先，根據圖2.12可得：

34

礦山壓力與巖層控制

???P0（l?sin?2Ccos?）?（2.27）

l?sin?l?sin?

將式（2.11）與式（2.13）代入上式（2.27）,并進行化簡可得Po與?1

間的關系如式（2.28）所示。

Po?l?sin?[(3??)?l?Rc](2.28)

l?sin?

ol

a3al

圖2.12支架對圍巖應力狀態(tài)的影響

支護強度與垂直地應力成正比，？1越大(即采深越大)，巷道周邊巖

體所受切向應力越大，維持其穩(wěn)定時所需的支護強度P0越大。很顯然，

如果巷道所處位置很深，維持其周邊穩(wěn)定所需支護強度超出支護能力的范

圍，周邊巖體的破壞是阻止不了的。

巷道周邊巖體應力超出彈性極限后進入塑性狀態(tài)，在巷道四周形成一

塑性破壞區(qū)。塑性破壞區(qū)內巖體的粘結力已基本消失，主要依靠破碎巖塊

間的摩擦阻力維持暫時的穩(wěn)定。這時，如果不及時支設支架進行抵抗，塑

性區(qū)范圍會逐漸擴大，以致影響生產。通過增設支架(PO>O)可以增加

破碎巖塊間的摩擦阻力，提高未破碎區(qū)巖體的側向應力，使巷道圍巖應力

狀態(tài)由兩向轉為三向，對塑性區(qū)范圍的擴展起到抑制作用，這在圖上表現

為莫爾圓上移(如圖2.13所示)。

圖2.13圍巖塑性破壞塑性區(qū)范圍(raWr<rk)內任一點應力為：

35

第二章礦山壓力與礦山壓力顯現

RCr??lRC?r?(PO?)()?

(2.29)??lra??l

???(pO?RcRr)?()??l?c

(2.30)??lra??l

彈性區(qū)域(r，rK)內任一點的應力為：

?r??l[l?(rK2r)]??rK(K)2(2.31)rr

rK2r)]??rK(K)2(2.32)rr????l[l?(

根據彈塑性交界處應力連續(xù)條件可以得到交界處徑向應力?rK為：

?rK?(PO?RcrK??lRC)?

(2.33)??lra??l

由于在彈性區(qū)域(即r2rK)內

?r????2?l(2.34)

顯然，上式在彈塑性交界處(r2rK)依然成立。將有關參數代入上

式，并結合莫爾-庫化破壞準則，可以得到彈塑性交界處徑向應力更簡單的

表達式為：

?rK??l(l?sin?)?Ccos?(2.35)

從式(2.35)中可以明顯看出，？rK僅與？1、？、C有關，而與支護強

度P0大小無直接關系。塑性區(qū)半徑rK與支護強度P0間的關系為

2RC??l(??l)??lrK?ra[?]

(2.36)??1RC?PO(??1)

或者1

P0?ra?RC2?()?[R??(??l)]?(2.37)Cl??l?2?lrK

式(2.37)P0與rK之間存在著反比關系，P0越大，塑性區(qū)范圍越小。

在生產現場，根據實際需要來改變P0大小，可以改變巷道圍巖塑性區(qū)范

圍。同樣，一旦確定出滿足安全和生產rK后，可以確定出相應所需的地護

反力P0大小。這一點對于指導現場巷道維護與支護設計將起到積極作用。

譬如，當采深比較大、巷道圍巖強度又比較低時?，依靠支架維持巷道周邊

巖體穩(wěn)定難以實現。在這種36

礦山壓力與巖層控制

條件下，如果在一定范圍內允許巷道圍巖出現塑性破壞（rK>O）,

借助已破碎巖體的阻止作用，則可以明顯降低維持巷道圍巖穩(wěn)定所需的支

護強度大小。

2.2.1礦山壓力顯現的概念

如前所述，煤及巖層一經采動，應力將重新分布，其中，處于采動邊

界部位承受較高壓力作用，約束條件和受力狀況都發(fā)生明顯改變。當該部

位承受的壓力值沒有超出其允許的限度時，圍巖處于穩(wěn)定狀態(tài)。當采動邊

界部位的煤（巖）體所承受的壓力值超出其允許的限度時，圍巖處于穩(wěn)定

狀態(tài)。當采動邊界部位的煤（巖）體所承受的壓力值超出其允許極限后，

圍巖運動將明顯表現出來，即產生煤（巖）體擴容后的塑性破壞、煤（巖）

幫片塌、頂板下沉與底板鼓起等一系列礦壓現象。

在圍巖明顯運動過程中，由于已破碎煤（巖）體的作用力以及仍處于

連續(xù)狀態(tài)的頂板巖層的彎曲下沉等，支架受力與變形也將明顯表現出來。

我們把采動后，在礦山壓力作用下通過圍巖運動與支架受力等形式所

表現出來的礦山壓力現象，統(tǒng)稱為“礦山壓力顯現二

采動過程中，礦山壓力顯現的基本形式包括圍巖的明顯運動與支架受

力等兩個方面。

（1）圍巖運動

①兩幫運動：主要指巷道兩幫的彈性變形、裂隙擴展、兩幫巖體擴容

后產生的塑性破壞與塑性流動，以及兩幫巖體向著采動空間內的移動（包

括兩幫鼓出、片幫等緩慢移動，以及煤或巖體突出、在動壓沖擊下的高速

移動），如圖2.14中（a）~（c）所示。

②頂板運動：指巷道及工作面頂板巖層的彎曲下沉、裂斷破壞以及破

碎巖石的冒落（圖2.14中（a））。

③底板運動：指巷道及工作面底板巖層的鼓起、隆起、層理滑移及裂

斷破壞等（圖2.14中（c））。

（a）冒落、片幫（b）兩幫鼓出（c）頂底板移近

（d）頂板下沉與支架承載

圖2.14礦山壓力顯現的基本形式

反映圍巖運動的動態(tài)信息有頂底板與兩幫的移近量、移近速度，以及

頂板壓力（頂底板巖層相對移動過程中的壓力顯現）等。

37

第二章礦山壓力與礦山壓力顯現

（2）支架受力

礦山壓力顯現的第二個基本形式是支架受力，主要包括：支架承受載

荷的增減、支架變形（活柱下縮）以及支架壓折等現象，如圖2.14中（d）

所示。

2.2.2礦山壓力顯現的條件

礦山壓力顯現是礦山壓力作用下圍巖運動的具體表現。由于圍巖的明

顯運動是在滿足一定力學條件后才會發(fā)生，所以礦山壓力顯現是有條件限

制的。而且，不同層位巷道、不同圍巖條件以及不同巷道斷面尺寸，圍巖

運動發(fā)展情況大不相同，深入細致地分析圍巖的穩(wěn)定條件，找到促使其運

動與破壞的主動力，以及由此可能引起的破壞形式，以此為基礎創(chuàng)造條件,

把礦山壓力顯現控制在合理的范圍，是礦山壓力控制的根本目的。

(1)兩幫巖體破壞條件

如圖2.2(b)所示，采動后圍巖應力重新分布，兩幫巖體承受較高應

力作用。由于兩幫巖體(例如圖中a點)在圖示平面內處于單向應力狀態(tài)，

根據莫爾-庫侖準則可以求得兩幫巖體不發(fā)生剪切破壞的條件為：

?l?2C?cos?

(2.38)l?sin?

兩幫巖體破壞前承受的垂直應力為：

?1?K?H

由上兩式可得兩幫巖體處于穩(wěn)定狀態(tài)時的采深應滿足下列關系式：

H?2Ccos?(2.39)

K?(l?sin?)

假如，巷道兩幫巖體的力學參數為：

3??25?；C?3MPa；K?2.5；??25kN/m

則臨界采深為

H?150mo

這說明在此條件下，當巷道所處采深大于150m后，兩幫巖體將會產

生剪切破壞，應力將再次重新分配。如果沒有外界約束，破壞會繼續(xù)向深

部發(fā)展。

若將巷道截面視為一個平面模型，通過架設支架，對兩幫巖體提供一

側向應力?3,使兩幫巖體由單向應力狀態(tài)轉化為雙向應力狀態(tài)，可以阻止

破壞的發(fā)展。反映在圖2.15中是莫爾應力圓由位置I轉移到位置n,巖體

處于穩(wěn)定狀態(tài)。這時的條件為：

38

礦山壓力與巖層控制

?3?

?l(l?sin?)?2Ccos?

(2.40)

l?sin?

上式中的?3是沒有考慮兩幫巖體與頂底板之間摩擦力作用的值。只

要?3滿足上式就能保證巖體的穩(wěn)定。如果考慮摩擦力作用，則?3更易滿足

式(2.40)。越是深部巖體，？1逐漸趨于原始應力，兩側巖體與頂底板之

間的摩擦力越大，巖體穩(wěn)定越容易實現。

圖2.15莫爾應力圓

(2)頂板巖層破壞條件

如圖2.16所示，巷道頂板巖層同時受到兩個力的作用，一是其自重,

另一是軸向推力No軸向推力N是作用在巷道兩側的支承壓力?x?Kx?H所

引起。在自重作用下，頂板巖層彎曲下沉，并在兩嵌固端產生最大彎矩,

即

MA?MB?

12

ql(2.41)12

如果巷道寬度I超過頂板巖層維持平衡時的極限，兩端拉應力超限發(fā)

生斷裂，以至于垮落。另一方面，由于自重作用下頂板巖層彎曲下沉，這

時軸向力N將加劇頂板巖層的彎曲，當N超過某一界限，頂板巖層會因屈

曲而失穩(wěn)、垮落。顯然，頂板巖層破壞形式是以相應的破壞條件為前提。

Ha=Ky

y

x

y

X

H=Kyo

a

max

a

max

A

(a)巷道結構示意圖

N

(a)巷道結構示意圖

N

(b)頂板簡化模型

39

第二章礦山壓力與礦山壓力顯現

圖2.16巷道頂板巖層受力狀況

5

4123

4

拉l-[o]fe=lMPa

1-⑺拉=0.5MPa

l-[a]=0.2MPal0(m)321

00.20.40.60.81.01.21.41.6ml(m)

圖2.17l0~ml間的關系(已手畫)

①受拉破壞

如果按照傳統(tǒng)的分析方法，即頂板巖層兩端嵌固，在自重作用下兩嵌

固端所受彎矩超出允許限度而產生拉破壞，則條件為

MA?[?]拉WA

化簡得：

I?2ml口拉

?(2.42)

式中I一巷道寬度，m；

ml一頂板巖層分層厚度，m；

[?]拉一頂板巖層抗拉強度，Pa；

?一頂板巖層容重，25kN/m3左右。

當巷道寬與頂板巖層分層厚度滿足上式時，頂板巖層將產生拉破壞。

圖2.17表示的是不同⑺拉時，ml與極限跨度10間的關系曲線。從圖中可

清楚看出，當⑺拉相同時，分層厚度越小，受拉破壞時的極限跨度越小。

由于巷道寬度有限，且頂板巖層分層厚度一般不會很小，除非巷道寬度大

于5m,分層厚度小于0.2m,頂板巖層一般不會僅因自重作用受拉破壞。

②屈曲破壞

由于巷道頂板巖層不僅受到自身重量的作用，還受到軸推力N的作用。

這時，只考慮自重作用就不全面，頂板巖層的穩(wěn)定性問題應當轉化成頂板

巖層在自重q及軸推力N共同作用下復合彎曲時40

礦山壓力與巖層控制

的失穩(wěn)問題。

q=rmlMA

AMB

BB

圖2.18頂板巖層受力示意圖(已手畫)

將圖2.16(b)放大成圖2.18所示的狀況。梁AB在自重作用下彎曲變

形，軸向壓力N在梁的各個截面上又產生一個分布彎矩N?。由于這一彎

矩作用，將使梁的彎曲在原有基礎上進一步加劇。而且梁變形后N又將產

生新的變曲變形，……。如果N不大，彎曲變形很小，影響不大。當軸向

壓力N達到一定限度后，由N產生的彎曲變形將是一個惡性循環(huán)，梁將無

法達到新的平衡狀態(tài)而導致破壞，這就是頂板巖層的屈曲破壞。關于頂

板屈曲破壞

如圖2.18所示，在N及自重作用下，梁的彎曲變形方程為

Mxd2???(1)

EJdx2

lMx?NAX?MA?qx2?N?2式中

qlxql212???qx?N?2122

d2?lqlxql212??(??qx?N?)(2)則

EJ2122dx2

2令K?NEJ

則上式化簡為

d2?qK2l2

22?K???(lx?x?)(3)2N6dx2

d2?2?K??0的通解是上式是一個標準的二階常微分方程。齊次方程

2dx

?l?AcosKx?BsinKx(4)

41

42

礦山壓力與巖層控制？x?l?

2MxWx?

2l2?Nml2

?[(mql?N?maxl)]?Nml246

6?I2K2KII2K2

??[(l?)sec()?(?l)]?Nml(9)4mlmlK22224

上式中的第二部分是由于N作用而附加的一項。式中sec(?l2KIKI),當

()滿足下式時為無窮大22

Kl???n?(n?0,lm,2,??)22

NI2

2?(1?2?)2即

(10)EJ

sec(KI)??,意味著梁失去抵抗軸壓力N的能力，發(fā)生屈曲破壞現象。

使梁達到屈曲時的最2

小軸向壓力N為(n=0)

Ncr?

1若將KI用Ncr表示時272EJI2

(11)

11KI?22NI2??EJ2NNcr

?max4??(則？o?

(Ncr22)[6(N?Ncr3?)(l?secN2N?)?2sec(Ncr2N?l)](12)

Ncr?max?NN)間的關系如圖2.18所示。從圖中可清楚看出，當?0.6時,max

變化很)與(NcrNcr?o?o

小，0.6??NN?0.8時變化幅度增大，而當?0.8時，max明顯增大，以致

趨于無窮大。這NcrNcr?o

就是說，巷道頂板巖層所受軸向壓力N>0.8Ncr時，變形(下沉)

明顯增大。嚴重時產生冒落。

第二章礦山壓力與礦山壓力顯現

1.0

0.90.8

0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

02468101214161820N/Ncrwmax/wo

圖1(?N)與(max)間的關系(將所有w改為？)Ncr?o

假設巷道圍巖側壓系數為入，巷道周邊支承壓力為KO?H,則頂板巖

層所受到的軸向壓力N可近似認為是

N??K0?H(2.43)

很顯然，當入K0?H20.8Ncr時，頂板下沉明顯增大，如果不加以及時的

限制，就會引起冒落事故。將Ncr代入上式并化簡得

K0HI272

(2.44)?315??Eml

式(2.44)表明:

(a)巷道所處層位越深，跨度越大，頂板巖層強度越低及厚度越小，

越容易產生屈曲破壞，其中ml的作用最為明顯，I次之，H與E的影響最

小。

(b)圖2.19中(a)、(b)、(c)表示采深分別為300m、500m、800m

時，不同彈模E的下分層厚度ml與跨度I間的關系。很顯然，在同一采

深下，頂板巖層強度越高，變形能力越小，在同一分層厚度下不發(fā)生屈曲

現象時允許的巷道跨度越大?；蛘哒f，在同一跨度下不發(fā)生屈曲時所允許

的頂板巖層厚度越小。例如，采深為500m時一，如果頂板巖層彈模E=5X

103Mpa,則對應跨度6m時不發(fā)生屈曲現象的最小分層厚度為0.3m。而

當彈模E=lX103MPa時，分層厚度必須大于0.6m才可保證在此條件下不

發(fā)生屈服破壞。

44

礦山壓力與巖層控制

12108642

1210864

1210864

l(m)

l(m)

0.3

0.50.7(m)ml

0.9

1.1

2

l(m)

0.1

0.3

0.50.7

(m)ml

0.9

1.1

2

0.1

0.3

0.50.7

(m)ml

0.9

1.1

圖2.19H不同時ml與I間的關系

(c)巷道頂板巖層不發(fā)生屈服允許的采深大小，取決于分層厚度、巷

道跨度及頂板巖層變形能力大小等因素。如圖2.20所示，假設巷道頂板巖

層的彈模E=2X103MPa,巷道寬5.0m,當頂板分層厚度為0.6mB寸，不發(fā)

生屈曲現象允許的最大采深還不到200m。如果分層厚度大于0.8m,則允

許的最大采深將超過400m。由此可知，分層厚度對于維持頂板巖層穩(wěn)定

起著重要作用。

(d)在既定巷道層位和圍層條件下，頂板巖層懸跨度的變化也將對

其屈曲產生明顯影響。如圖2.20所示，在采深為400m條件下，I由3m增

大到6m時，所須的分層最小厚度將由0.46m增大到0.9m以上。由此可

知，對于已掘出的巷道，維護巷道兩幫煤(巖)體的穩(wěn)定不讓其破壞(亦

即I不變)，將有利于對頂板巖層的維護。

1000

0.25

K0=2

3

=2800

H(m)

600

400

200

01234

56l0(m)

78

(已手畫)

圖2.2010與H間的關系

1一ml=0.3m；2-m1=0.5m；3—ml=0.6m；4—m1=0.8m5

—ml=1.0m

2.2.3礦山壓力顯現的相對性

礦山壓力顯現是礦山壓力作用下圍巖運動的結果。由于圍巖運動是由

其受力大小、邊界約束條件、自身強度極限等因素所決定。而且，圍巖運

動過程中引起支架承受載荷的變化，不僅取決于圍巖運動的發(fā)展情況，還

與支架對圍巖運動的抵抗程度密切相關。由此可見，礦山壓力顯現是相對

的。

(1)巷道圍巖運動的相對性

45

第二章礦山壓力與礦山壓力顯現

采動過程中，圍巖要向著采動空間運動。由于圍巖承受的壓力大小、

自身強度、受力狀況等不同，運動的發(fā)展程度也不相同。

開采深度越深，與采深有關的支承壓力越大，即巷道周邊巖體承受的

垂直應力越大。研究表明，當開采深度超過150m~200m以后，一般條件

下，煤層巷道周邊巖體都會出現明顯的塑性破壞與變形，頂底板移動近量

明顯增加。反之，淺部巷道（采深小于100m~150m）的周邊巖體處于彈性

狀態(tài)，變形比較小，運動相對不很明顯，巷道容易維護?；夭晒ぷ髅嬉彩?/p>

同樣，采深越大，煤壁承受的超前支承壓力作用越強，煤壁壓酥、片幫、

頂板破碎等礦山壓力顯現越明顯。

圍巖變形能力不僅取決于所承受的壓力大小，還與圍巖強度有關。低

強度巖體的變形能力要高于高強度巖體。如果頂底板是低強度、分層厚度

小的粉砂巖、頁巖、泥巖時，則在自重及軸向力等的作用下，頂板很容易

彎曲下沉，底板鼓起，造成頂底板移近量增大。相反，如果是由高強度厚

分層的砂巖、砂質頁巖等組成時，頂底板移近量相對前種情形就要小得多。

大同、通化等局礦巷道頂底板是堅硬砂巖，采用無支護就屬此例。

通過架設支架等人為方法改變圍巖受力狀態(tài)等途徑，可以達到控制礦

壓顯現程度（變形程度）的目的。在一定采深及圍巖條件下，巷道兩幫巖

體因處于雙向應力狀態(tài)易受壓破壞，并不斷向縱深部擴展，與此同時產生

較明顯的塑性變形，引起頂板下沉與底板鼓起加劇，巷道圍巖無法穩(wěn)定。

如果及時架設支架，給兩幫巖體提供側向力。3（如圖2.21中（c））,使其

轉為三向應力狀態(tài)，阻止破壞的繼續(xù)發(fā)展，可以維持圍巖的穩(wěn)定，礦壓顯

現程度就可得到明顯控制。

（a）（b）（c）

圖2.21巷道圍巖穩(wěn)定與破壞

（2）支架受力的相對性

支架上的壓力顯現在由圍巖運動引起的，壓力顯現大小主要取決于以

下三方面因素：

①支架對圍巖運動的抵抗程度

支架作為圍巖運動過程中的受載體，對圍巖運動是否抵抗以及抵抗到

什么程度，壓力顯現有明顯差別。抵抗程度越高，承受的荷載越大，圍巖

變形越小。相反，如果支架不能對圍巖的運動進行抵抗，而是在運動過程

中逐步“退讓”，則壓力顯現不明顯，而圍巖變形則相應增大。譬如同一

種巷道，是采用砌石宣支護，還是采用可縮性支架支護，巷道變形及支架上

受力大小截然相反：前者殖體受力大，巷道變形?。ㄒ驗橹Ъ軐鷰r運動

起到了限制作用），后者則支架受力相對減小、巷道變形46

礦山壓力與巖層控制

相應增加。對于回采工作面來說，當支架對頂板處于非“讓壓”（在

以后章節(jié)中我們稱之為“限定變形”）工作狀態(tài)時，支架抵抗程度越高（即

老頂巖梁下沉量越?。υ鲎柚е鶃碚f，頂板下沉量越小，支架上顯現的

壓力也越小。相反，對巖梁位態(tài)限制程度越低，或者處于“讓壓”（在

以后章節(jié)中我們稱之為“給定變形”）工作狀態(tài)，則老頂巖梁運動結束時

的頂板下沉量越大，采用增阻支柱時顯現的壓力也越大。

②支架的力學特征

采用不同類型的支架（柱），由于工作特性不同，圍巖運動過程中則

有不同的壓力顯現。如圖

2.22所示，對于巷道來說，支架一般是在“讓壓”情況下工作。采用

木支護時，隨著頂板下沉，受力明顯增加。由于木支柱可縮量很小，阻力

很快升到允許界限而被壓折（圖2.22中（a）及（c）中曲線

如果巷道底板松軟，當支柱受力超過底板巖層抗壓強度后發(fā)生鉆

1）0

底現象時，支柱受力明顯下降（圖2.22中（b）及（c）中曲線2）。

12h

（a）（b）（c）

圖2.22木支柱折斷與壓力顯現

1一木支柱壓折2—木支柱鉆底

采用增阻、可縮性支柱支護時，隨著頂板下沉，支柱受力隨活柱下縮

而逐漸增大。頂板下沉到不同位置，支柱上壓力顯現是不同的。如果采用

恒阻支柱支護，只要支柱受力超過安全閥開啟壓力（FB）,則支柱下縮，

并保持壓力恒定，即支柱上的壓力顯現在頂板下沉過程