地應(yīng)力及其分布規(guī)律剖析

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(dòng)的天然應(yīng)力，也稱巖體初始應(yīng)力、 絕對(duì)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)?、重力、?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(jìn)行圍巖穩(wěn)定性分析，實(shí)現(xiàn)開挖設(shè)計(jì)和決策科學(xué)化的必要前提條件。 此外地應(yīng)力狀態(tài)對(duì)地震預(yù)報(bào)、區(qū)域地殼穩(wěn)定性評(píng)價(jià)、油田油井的穩(wěn)定性、核廢 料儲(chǔ)存、巖爆、煤和瓦斯突出的研究以及地球動(dòng)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(dòng)力運(yùn) 動(dòng)過(guò)程有關(guān)，其中包括：板塊邊界

2、受壓、地幔熱對(duì)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(kuò)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(chǎng)。 其中，構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)和自重 應(yīng)力場(chǎng)為現(xiàn)今地應(yīng)力場(chǎng)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(yùn)動(dòng)所控制，但也與歷史上的構(gòu) 造運(yùn)動(dòng)有關(guān)。由于億萬(wàn)年來(lái)，地球經(jīng)歷了無(wú)數(shù)次大大小小的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)， 各次構(gòu) 造運(yùn)動(dòng)的應(yīng)力場(chǎng)也經(jīng)過(guò)多次的疊加、牽引和改造，另外，地應(yīng)力場(chǎng)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(duì)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：巖漿浸入（圖 4）3、地應(yīng)力的影

3、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(lái)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(yùn)動(dòng)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(chǎng)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(yùn)動(dòng)2）地形地貌和剝蝕作用對(duì)地應(yīng)力的影響地形地貌對(duì)地應(yīng)力的影響是復(fù)雜的， 剝蝕作用對(duì)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)力降低較多， 但有一部分來(lái)不及釋放，仍保留一部

4、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(lái)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(yùn)動(dòng)對(duì)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(shí)由于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)引起的地應(yīng) 力對(duì)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(shí)是一個(gè)能量的積聚和釋放的過(guò)程。因?yàn)閹r石中 地應(yīng)力的大小必然受到巖石強(qiáng)度的限制， 可以說(shuō)，在相同的地質(zhì)構(gòu)造中。地應(yīng)力 的大小是巖性因素的

5、函數(shù)，彈性強(qiáng)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(duì)地應(yīng)力的影響地下水對(duì)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(duì)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(gè)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(chǎng)為靜壓力場(chǎng)，可以與自重應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行代數(shù)迭 加，如果巖體局部寒熱不均，就會(huì)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

6、是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定性的非穩(wěn)定應(yīng)力場(chǎng)，且是時(shí)間和空間的函數(shù)三個(gè)主應(yīng)力的大小和方向是隨著空間和時(shí)間變化的，因而它是個(gè)非均勻的應(yīng)力場(chǎng)。地應(yīng)力在空間上的變化，從小范圍來(lái)看，其變化是很明顯的；但就某個(gè)地 區(qū)整體而言，變化不大。如我國(guó)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(shí)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(shí)，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(shí)會(huì)發(fā)生明顯改變，震 后一段時(shí)間又恢復(fù)到震前狀態(tài)。2）實(shí)測(cè)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(shí)測(cè)垂直應(yīng)力隨深度 H變化

7、的規(guī)律。在深度 為252700m范圍內(nèi)，實(shí)測(cè)垂直應(yīng)力呈線性增長(zhǎng)。在埋深小于1000m時(shí)，測(cè)量值與預(yù)測(cè)值可能差別很大，有的甚至相差達(dá)到5 倍，因此這個(gè)方程可以很好地估算出所有應(yīng)力測(cè)量值的均值，但絕對(duì)不能用它來(lái)得到任一特定位置處的準(zhǔn)確值，因此最好是測(cè)量而不是估算來(lái)確定垂直應(yīng)力分 量。（町妣應(yīng)力圾它地區(qū)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(shí)測(cè)資料表明，幾乎所有地區(qū)均有兩個(gè)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(shí)測(cè)結(jié)果，得出（T h,max/

8、c v之值一般為0.55.0,大多數(shù)為0.81.5。這說(shuō)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(gè)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(gè)現(xiàn)場(chǎng)地應(yīng)力測(cè)量資料，平均水 平應(yīng)力與垂直應(yīng)力的比值 K。永輕應(yīng)力霧數(shù)（bl木平應(yīng)力其它地區(qū)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(zhǎng)關(guān)系6）最大水平主應(yīng)力與最小水平主應(yīng)力之值一般相差較大，顯示出很強(qiáng)的方向 性7）地應(yīng)力的上述分布規(guī)律還會(huì)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

9、、地下水等因素的影響，特別是地形和斷層的擾動(dòng)影 響最大本預(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(dòng)影響巷道的圍巖應(yīng)力(一) 原巖體內(nèi)掘進(jìn)巷道引起的圍巖應(yīng)力雙向等壓原巖應(yīng)力場(chǎng)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(qiáng)度，巷道圍巖會(huì)產(chǎn)生塑性變形，從巷道周邊向圍巖深處擴(kuò)展到一定范圍，出現(xiàn)塑性變形區(qū)，為彈塑性介質(zhì)。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；ot切向應(yīng)力；or徑向應(yīng)力；pl 支護(hù)阻力；一巷道半徑；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

10、件下，圓形巷道塑性區(qū)半徑R和周邊位移u的計(jì)算式為：P C ctg1 sinR r0 P C ctg iu 1sin 1 sin 2sin(6-1 ) 1 sin 2sini (6-2)式中PT原巖應(yīng)力；Pl 支護(hù)阻力；r0 圓形巷道半徑； 圍巖的內(nèi)摩擦角；C 巖的粘聚力；G剪切彈性模數(shù)。 巷道的周邊位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(zhǎng)；指數(shù) 的大小取決于$的變化，$值越小，指數(shù)越大，u值增長(zhǎng)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(qiáng)度 降低，顯著增大。(二) 回采工作面周圍支承壓力分布進(jìn)而向前移動(dòng)，稱為移動(dòng)性支承壓力或臨時(shí)支承壓力。工作

11、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(guò)一段時(shí)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?；夭晒ぷ髅嫱七^(guò)一定距離后，采空區(qū)上覆巖層活動(dòng)將趨于穩(wěn)定，采空區(qū)內(nèi)某些地帶冒落矸石被逐漸壓實(shí)，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。rOsi n P C ctg1 sin1 sin 2G P C ctg2si n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

12、承壓力的顯現(xiàn)特征通過(guò)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，塑性區(qū)寬度（支承壓力峰值距離）xO，支承壓力的影響距離x1。目前，上述參數(shù)主要由現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)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)23.5倍回采高度。影響范圍為4060m，少數(shù)可達(dá)6080m，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1520m，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(gè)別情況下達(dá)到1.3。相鄰的采空區(qū)所形

13、成的支承壓力會(huì)在某些地點(diǎn)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(shí)甚至更高（圖6-4）。（三）采動(dòng)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)

14、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 1.52B ;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oZ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cZ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cZ以煤柱中心線處較小，靠近煤柱邊緣出現(xiàn)峰值。 無(wú)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(kuò)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

15、夾角為影響角収“一般為300400。二、構(gòu)造應(yīng)力對(duì)巷道穩(wěn)定性的影響構(gòu)造應(yīng)力是由于地殼構(gòu)造運(yùn)動(dòng)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(guò)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(yùn)動(dòng)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(guò)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(diǎn)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(qiáng)烈的區(qū)域，要重視巷道布置方向， 依靠正

16、確調(diào)整巷道方向與構(gòu)造應(yīng)力方向間的關(guān)系，削減構(gòu)造應(yīng)力對(duì)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(jì)算結(jié)果表明，巷道軸向與構(gòu)造應(yīng)力方向平行時(shí)，構(gòu)造應(yīng)力對(duì)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(shí)，影響最大。構(gòu)造應(yīng)力對(duì)巷道穩(wěn)定程度的影響，主要隨a角正弦的平方值變化；如果a角小于250300時(shí)，構(gòu)造應(yīng)力對(duì)巷道穩(wěn)定性的影響無(wú)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(dòng)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(bào)廢， 經(jīng)歷采動(dòng)造成的圍巖應(yīng)力重新分布過(guò)程，

17、圍巖變形會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)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(gè)階段:(1)巷道掘進(jìn)影響階段(2)掘進(jìn)影響穩(wěn)定階段(3)采動(dòng)影響階段(4)采動(dòng)影響穩(wěn)定階段(5)二次采動(dòng)影響階段每個(gè)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(duì)位置及采掘時(shí)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(shí)受到本分層和上分層 以及相鄰煤層回采工作面的采動(dòng)影響。二、區(qū)段巷道的位置

18、和礦壓顯現(xiàn)規(guī)律預(yù)覽：（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 I ）。（2） 煤體-煤柱（采動(dòng)穩(wěn)定）巷道（圖6-7 II 1）;煤體-煤柱（正采動(dòng)）巷道（圖6-7川1）。（3）煤體-無(wú)煤柱（沿空掘進(jìn)）巷道（圖6-7 I 2）;煤體-無(wú)煤柱（沿空保留）巷道（圖6-7川2）。圖6-7區(qū)段巷道布置方式示意圖a煤柱護(hù)巷；b無(wú)煤柱護(hù)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(gè)階段，即巷道掘進(jìn)影響階段、 掘進(jìn)影響穩(wěn)定階段和采動(dòng)影響階段。（2）煤體-煤柱或采空區(qū)（采動(dòng)穩(wěn)定）巷道服務(wù)期間，圍巖變形經(jīng)歷巷道掘

19、進(jìn)影響階段、掘進(jìn)影響穩(wěn)定階段和采動(dòng)影響階段（工作面前方采動(dòng)影響）。但巷道整個(gè)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(gè)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(wú)煤柱（正采動(dòng)）巷道服務(wù)期間，圍巖的變形將經(jīng)歷全部的五個(gè)階段。圍巖變形量遠(yuǎn)大于煤體-煤體巷道和煤體-煤柱或無(wú)煤柱（采動(dòng)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(duì)下部分層巷道會(huì)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(guò) 2m影響已不明顯。中、下分層巷道如果位于上分層兩側(cè)均已

20、采空 的煤柱附近，由于受到上分層煤柱支承壓力疊加的強(qiáng)烈影響，圍巖變形顯著。為了改善這種巷道的維護(hù)，要求巷道與上分層煤柱邊緣保持的510m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(shí)，實(shí)行無(wú)煤柱開采，既可以減少煤炭損失，又 對(duì)改善下部分層巷道的維護(hù)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(hù)巷煤柱；c巷道布置在護(hù)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6-9中巷道I,巷道整個(gè)服務(wù)期間內(nèi)不受采動(dòng)影響

21、。（2）巷道布置在保護(hù)煤柱下部，經(jīng)歷保護(hù)煤柱兩側(cè)回采工作面的超前采動(dòng)影響，見 圖6-9中巷道n。保護(hù)煤柱形成后，一直受保護(hù)煤柱支承壓力的影響。當(dāng)保護(hù)煤柱足夠?qū)捇蛘呦锏琅c保護(hù)煤柱的間距足夠大時(shí)，巷道可以避開采動(dòng)影響，處于原巖應(yīng)力場(chǎng)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中巷道川）。圖6-9底板巷道位置I 巷道布置在已穩(wěn)定的采空區(qū)下部；n 巷道布置在保護(hù)煤柱下部；川一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I僅經(jīng)歷在應(yīng)力降低區(qū)內(nèi)的巷道掘進(jìn)影響階段，然后進(jìn)入掘進(jìn)影響穩(wěn)定階

22、段，圍巖變形趨向穩(wěn)定，變形量不大。巷道n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(hù)煤柱不足夠?qū)挄r(shí)，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(qiáng)烈變形，然后再次趨向以較大的變形速度持續(xù)變形。巷道川圍巖變形要經(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(shí)引起圍巖強(qiáng)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(hù)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、下山位于底板巖層內(nèi)，上部煤層工作面跨越上、下山回采，不留護(hù)巷煤柱?？缭椒绞饺鐖D6

23、-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。跨越方式如圖6-10d所示，右翼工作面在左翼工作面還遠(yuǎn)離上、下山時(shí)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(dòng)影響期間顯著變形，然后又趨向穩(wěn)定，另一翼采動(dòng)影響期間強(qiáng)烈變形，最后在兩側(cè)采空引起的疊加支承壓力作用下，再次趨向以較大的變形速度持續(xù)變形這六個(gè)時(shí)期。（2）上、下山（圖6-10C ）巷道圍巖變形在

24、掘巷期間、掘巷影響趨向穩(wěn)定期間、一翼采動(dòng)影響期間、一翼采動(dòng)影響趨向穩(wěn)定期間與上、下山用煤柱保護(hù)時(shí)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(dòng)引起的支承壓力的疊加影響，隨著右翼工作面推進(jìn)，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(hù)時(shí)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(hù)時(shí)兩翼采動(dòng)影響趨向穩(wěn)定時(shí)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(guò)掘巷期間明顯變形，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(gè)時(shí)期，總變形量顯著減少。五、巷道位置參數(shù)的選擇（

25、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）之間呈幕函數(shù)關(guān)系。u az b （ 6-3）式中a、b 取決于上部煤層采動(dòng)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(dòng)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6-11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)1 原巖應(yīng)力區(qū)；n 應(yīng)力集中區(qū)；川 一卸壓區(qū)；W 應(yīng)力恢復(fù)區(qū)；A拉伸破裂區(qū)；B、C 剪切滑

26、移區(qū)2 巷道穩(wěn)定性指數(shù)1 實(shí)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(kuò)大，應(yīng)力高峰位置前移；導(dǎo)致綜放整層實(shí)體煤回采巷道礦壓顯現(xiàn)與綜采分層實(shí)體煤回采巷道有較大差異，一般情況下綜放巷道各項(xiàng)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(jìn)巷道（1）綜放沿空巷道與實(shí)體煤巷道礦壓顯現(xiàn)對(duì)比分析對(duì)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(dòng)影響，明顯變形出現(xiàn)在工作面前方35m左右，分別比實(shí)體煤巷道增加近 20m。巷道劇烈變形在工作面前方 010m。沿空巷道與實(shí)體煤巷道相比，頂?shù)装逡平吭龃?05倍，兩幫相對(duì)移近量可高達(dá) 4015倍。回采影響期間巷道圍巖移近量與掘巷影響期間相比

27、較，沿空巷道前者是后者的510倍;實(shí)體煤巷道前者是后者的1.21.5倍。實(shí)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浚罢呤呛笳叩?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(duì)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(xiàng)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、15m，巷道掘進(jìn)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还ぷ髅婊夭善陂g，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(hù)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(duì)圍巖支護(hù)。這種圍巖變形受阻而作用在支護(hù)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(dòng)圍巖壓力由于巷道開挖而松動(dòng)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(dòng)圍巖壓力載荷形式。（2）變形圍巖壓力支護(hù)能控制圍巖變形的發(fā)展時(shí)，圍巖位移擠壓支架而產(chǎn)生的壓力，稱為變形圍巖壓力簡(jiǎn)稱變形壓