岩石性质学习教案

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1、会计学1岩石岩石(ynsh)性质性质第一页，共44页。2 213 31岩石岩石2地下水地下水3瓦斯瓦斯第1页/共44页第二页，共44页。岩石岩石(ynsh)按其生成原因不同，可按其生成原因不同，可分为岩浆岩，沉积岩和变质岩等三大分为岩浆岩，沉积岩和变质岩等三大类。类。 沉积岩是由沉积物经过压紧、胶结等作用而形成的岩石，是一种经过一系沉积岩是由沉积物经过压紧、胶结等作用而形成的岩石，是一种经过一系列地质作用的产物。列地质作用的产物。 随着地壳不断地沉降，沉积物由下而上，逐层逐层地堆积起来随着地壳不断地沉降，沉积物由下而上，逐层逐层地堆积起来而不断增厚，经过压实、脱水、脱结等固结成岩作用，松散的而

2、不断增厚，经过压实、脱水、脱结等固结成岩作用，松散的沉积物就形成了坚硬的沉积岩。沉积物就形成了坚硬的沉积岩。 第2页/共44页第三页，共44页。指粒径大于指粒径大于2mm的岩石碎屑胶结而成的碎屑结构的岩石碎屑胶结而成的碎屑结构(jigu)类型，如砾岩；类型，如砾岩； 指粒径变化在指粒径变化在20.05mm之间的碎屑结构类型，如砂岩；之间的碎屑结构类型，如砂岩； 指粒径变化在指粒径变化在0.050.005mm之间的碎屑结构类型，如粉砂岩、页岩等；之间的碎屑结构类型，如粉砂岩、页岩等； 指粒径小于指粒径小于0.005mm的碎屑结构类型，如泥岩、粘土岩等。的碎屑结构类型，如泥岩、粘土岩等。 1）岩石

3、的结构）岩石的结构第3页/共44页第四页，共44页。岩石的构造是指岩石中矿物颗粒集合体之间，以及它与其他组成部分之间的排列岩石的构造是指岩石中矿物颗粒集合体之间，以及它与其他组成部分之间的排列(pili)方式和充填方式。方式和充填方式。 岩石的颗粒互相严密地紧贴在一起，没有固定岩石的颗粒互相严密地紧贴在一起，没有固定(gdng)的排列方向的排列方向 岩石颗粒彼此相接并不严密，颗粒之间有许多小空隙岩石颗粒彼此相接并不严密，颗粒之间有许多小空隙(微孔微孔) 岩石颗粒互相交替，表现出层次叠置现象岩石颗粒互相交替，表现出层次叠置现象(层理层理) 2）岩石的构造）岩石的构造第4页/共44页第五页，共44

4、页。岩石的密度是指在绝对密实状态下，单位体积岩石的密度是指在绝对密实状态下，单位体积(tj)内岩石的质量。内岩石的质量。 Vm岩石的表观岩石的表观(bio un)密度是指在自然状态下，单位体积内岩石的质量。密度是指在自然状态下，单位体积内岩石的质量。 00Vm第5页/共44页第六页，共44页。表表1-1 煤矿中常见岩石煤矿中常见岩石(ynsh)的密度和表观密度的密度和表观密度 岩石名称岩石名称空空 隙隙 比比板板 岩岩0.0010.0101石石 灰灰 岩岩0.0530.25砂砂 岩岩0.0310.429页页 岩岩0.1110.538第6页/共44页第七页，共44页。岩石的空隙比是指岩石中各种孔

5、隙、裂隙体积占岩石内固体部分实体岩石的空隙比是指岩石中各种孔隙、裂隙体积占岩石内固体部分实体总体积的百分比。它反映总体积的百分比。它反映(fnyng)岩石中孔隙和裂隙的发育程度，岩石中孔隙和裂隙的发育程度，用用p来表示。来表示。%100)1 (%100)1 (%1000000VVVVV第7页/共44页第八页，共44页。表表1-2 煤矿中常见岩石煤矿中常见岩石(ynsh)的空隙比的空隙比岩石名称岩石名称密度（密度（g/cmg/cm3 3）表观密度（表观密度（/m/m3 3）砂砂 岩岩2.62.62.752.752000200026002600页页 岩岩2.572.572.772.77200020

6、0024002400石石 灰灰 岩岩2.482.482.852.852200220026002600煤煤1200120014001400第8页/共44页第九页，共44页。 岩石的碎胀性是指岩石破碎以后的体积将比整体状态下的体积增大的性质。两种状岩石的碎胀性是指岩石破碎以后的体积将比整体状态下的体积增大的性质。两种状态下的体积比称为碎胀系数，用态下的体积比称为碎胀系数，用来表示来表示(biosh)，按下式计算：，按下式计算：0VV岩石岩石(ynsh)的碎胀系数；的碎胀系数； V岩石破碎膨胀后的堆积体积（岩石破碎膨胀后的堆积体积（m3） 第9页/共44页第十页，共44页。表表1-3 煤矿中常见煤矿

7、中常见(chn jin)岩石的碎胀系数岩石的碎胀系数岩石名称岩石名称碎胀系数碎胀系数残余碎胀系数残余碎胀系数砂砂1.061.061.151.151.011.011.031.03粘粘 土土1.201.201.031.031.071.07碎碎 煤煤1.201.201.051.05泥质页岩泥质页岩1.401.401.101.10砂质页岩砂质页岩1.601.601.801.801.101.101.151.15硬硬 砂砂 岩岩1.501.501.801.80第10页/共44页第十一页，共44页。21岩石的水胀性是指软岩遇水而膨胀岩石的水胀性是指软岩遇水而膨胀(png zhng)的性质。常以试件浸入水中后

8、，厚度膨胀的性质。常以试件浸入水中后，厚度膨胀(png zhng)量与原始厚度之比作为水胀性指标。量与原始厚度之比作为水胀性指标。 岩石的水解性是指软岩遇水崩解、破裂的性质。岩石的水解性是指软岩遇水崩解、破裂的性质。 第11页/共44页第十二页，共44页。 岩石的软化性是指岩石浸水后的强度明显降低的特征，用软化系数来表示。即吸水饱和状态下岩石试件的单向抗压强度与干燥岩石试件单向抗压强度的比值表示水分对岩石强度的影响岩石的软化性是指岩石浸水后的强度明显降低的特征，用软化系数来表示。即吸水饱和状态下岩石试件的单向抗压强度与干燥岩石试件单向抗压强度的比值表示水分对岩石强度的影响(yngxing)程度

9、。程度。 gbRffK 岩石浸水后的软化程度，与岩石中亲水性矿物和易溶性矿物的含量、空隙岩石浸水后的软化程度，与岩石中亲水性矿物和易溶性矿物的含量、空隙(kngx)发育情况、水的化学成分以及岩石浸水时间的长短等因素有关，亲水矿物和易溶矿物含量愈多，开口空隙发育情况、水的化学成分以及岩石浸水时间的长短等因素有关，亲水矿物和易溶矿物含量愈多，开口空隙(kngx)愈发育，岩石浸水时间愈长，则岩石浸水后强度降低程度愈大。愈发育，岩石浸水时间愈长，则岩石浸水后强度降低程度愈大。第12页/共44页第十三页，共44页。表表1-4 煤矿中常见岩石的软化煤矿中常见岩石的软化(runhu)系数系数岩石名称岩石名称

10、干试件抗压强度干试件抗压强度(Mpa)水饱和试件抗压强度水饱和试件抗压强度(Mpa)软化系数软化系数粘土岩粘土岩20.759.02.431.80.080.87页页 岩岩57.0136.013.775.10.240.55砂砂 岩岩17.5250.85.7245.50.440.97石灰岩石灰岩13.4206.77.8189.20.580.94第13页/共44页第十四页，共44页。是指岩石表面抵抗其他较硬物体压是指岩石表面抵抗其他较硬物体压入或刻划入或刻划(k hu)的能力。的能力。 指岩石表面抵抗磨损的能力。指岩石表面抵抗磨损的能力。 AmmN21N岩石的磨损率（岩石的磨损率（g/2）；）；m1岩

11、石磨损前的质量（岩石磨损前的质量（g）；）；m2岩石磨损后的质量（岩石磨损后的质量（g）；）；A岩石试件受磨面积（岩石试件受磨面积（2）。）。 第14页/共44页第十五页，共44页。岩石的弹性是指在外力作用下产生变形，当取消外力后，能完全恢复到原形状的性质。岩石的弹性是指在外力作用下产生变形，当取消外力后，能完全恢复到原形状的性质。E岩石的塑性是指在外力作用下产生变形，当取消外力后，仍保持变形后的形状和尺寸的性质。岩石的塑性是指在外力作用下产生变形，当取消外力后，仍保持变形后的形状和尺寸的性质。 第15页/共44页第十六页，共44页。1）蠕变：是指在恒定载荷）蠕变：是指在恒定载荷(zi h)持

12、续作用下，应变随时间变化而增长的现象称蠕变。持续作用下，应变随时间变化而增长的现象称蠕变。 2）后效弹性变形：是指岩石在弹性变形阶段，卸载以后）后效弹性变形：是指岩石在弹性变形阶段，卸载以后(yhu)，有一部分变形立刻恢复，还有一部分变形不能立刻恢复，但是经过一定时间仍能完全恢复。这部分变形，不是塑性变形，这种现象称为后效弹性变形。，有一部分变形立刻恢复，还有一部分变形不能立刻恢复，但是经过一定时间仍能完全恢复。这部分变形，不是塑性变形，这种现象称为后效弹性变形。 3）松弛：是指在应变保持一定的条件下，应力将随时间而逐渐减小的现象称为松弛。）松弛：是指在应变保持一定的条件下，应力将随时间而逐渐

13、减小的现象称为松弛。 第16页/共44页第十七页，共44页。1.定义：岩石试件在压缩时所能承受的最大压应力值，称为岩石的抗压定义：岩石试件在压缩时所能承受的最大压应力值，称为岩石的抗压强度。强度。2.分类：岩石的单向抗压强度分类：岩石的单向抗压强度 和岩石的三向抗压强度。和岩石的三向抗压强度。3.影响因素：岩石中含强度高的矿物多，矿物颗粒间的连结力大，空隙影响因素：岩石中含强度高的矿物多，矿物颗粒间的连结力大，空隙度小则岩石抗压强度大，反之亦然。此外，在一定变化度小则岩石抗压强度大，反之亦然。此外，在一定变化(binhu)范围内范围内，试件尺寸愈小，加载速度愈大，则抗压强度愈大。，试件尺寸愈小

14、，加载速度愈大，则抗压强度愈大。 第17页/共44页第十八页，共44页。1.定义定义(dngy)：岩石试件在拉伸时能承受的最大拉应力值称为：岩石试件在拉伸时能承受的最大拉应力值称为岩石的抗拉强度。岩石的抗拉强度。2.影响因素：岩石的抗拉强度，主要影响因素：岩石的抗拉强度，主要(zhyo)受其内部因素的影受其内部因素的影响，如果组成岩石的矿物强度高，颗粒之间的连结力强，且空响，如果组成岩石的矿物强度高，颗粒之间的连结力强，且空隙不发育，则其抗拉强度高。隙不发育，则其抗拉强度高。第18页/共44页第十九页，共44页。1.定义：岩石定义：岩石(ynsh)的抗剪强度是指岩石的抗剪强度是指岩石(ynsh

15、)抵抗抵抗剪切作用的能力剪切作用的能力 表表1-5 煤矿中常见岩石煤矿中常见岩石(ynsh)强度值（强度值（kg/2）岩石名称岩石名称抗压强度抗压强度抗拉强度抗拉强度抗剪强度抗剪强度煤煤5050500500202050501111165165砂岩类砂岩类细砂岩细砂岩10601060146014605656180180178178 545545中砂岩中砂岩875875136013606161143143136136372372粗砂岩粗砂岩580580126012605555119119126126310310粉砂岩粉砂岩370370560560141425257070117117砾岩类砾岩类砂砾

16、岩砂砾岩71071012401240292999997272294294砾砾 岩岩82082096096041411201206767269269页岩类页岩类砂质页岩砂质页岩4904909209204040121121210210305305页页 岩岩19019040040028285555160160238238灰岩类灰岩类石灰岩石灰岩540540161016107979141141100100310310第19页/共44页第二十页，共44页。三向等压抗压强度三向等压抗压强度(kn y qin d)三向不等压抗压强度三向不等压抗压强度(kn y qin d)双向抗压强度双向抗压强度(kn y

17、 qin d)单向抗压强度单向抗压强度(kn y qin d)抗剪强度抗拉强度抗剪强度抗拉强度抗拉强度抗拉强度/单向抗压强度单向抗压强度=1/51/38抗剪强度抗剪强度/单向抗压强度单向抗压强度=1/21/15抗剪强度抗剪强度=3/ )(单向抗压强度抗拉强度 针对岩石强度的特点，在破岩时应使岩石单向或双向受力井处于拉伸或剪切的状态。在井巷维护时使岩石处于受压状态。针对岩石强度的特点，在破岩时应使岩石单向或双向受力井处于拉伸或剪切的状态。在井巷维护时使岩石处于受压状态。第20页/共44页第二十一页，共44页。1926年前苏联采矿工程师年前苏联采矿工程师MM普洛托吉雅可诺夫普洛托吉雅可诺夫(简称普

18、氏简称普氏)提出用一个综合性的指标提出用一个综合性的指标“坚固坚固(jing)性系数性系数”来划分岩石等级。坚固来划分岩石等级。坚固(jing)性系数不同于岩石的硬度、强度、可钻性和可爆性等指标，它表示岩石在各种采矿作业性系数不同于岩石的硬度、强度、可钻性和可爆性等指标，它表示岩石在各种采矿作业(如锹、镐、钻机、炸药爆破等如锹、镐、钻机、炸药爆破等)以及地压等外力作用下被破坏的相对难易程度。该方法是以岩块的强度为基础的，适用于岩石破碎方面的应用。普氏认为，岩石的坚固以及地压等外力作用下被破坏的相对难易程度。该方法是以岩块的强度为基础的，适用于岩石破碎方面的应用。普氏认为，岩石的坚固(jing)

19、性在各方面的表现是趋于一致的，难破碎的岩石用各种方法都难于破碎，容易破碎的岩石用各种方法都易于破碎。性在各方面的表现是趋于一致的，难破碎的岩石用各种方法都难于破碎，容易破碎的岩石用各种方法都易于破碎。第21页/共44页第二十二页，共44页。 岩石的坚固岩石的坚固(jing)性系数表示岩石破坏的相对难易程度，用性系数表示岩石破坏的相对难易程度，用f来表示来表示, f亦称为普氏系数。亦称为普氏系数。10Rf 根据根据f值的大小，普氏将岩石值的大小，普氏将岩石(ynsh)分为十级共十五种。分为十级共十五种。 第22页/共44页第二十三页，共44页。随着采矿业、水电工程随着采矿业、水电工程(gngch

20、ng)和其它地下工程和其它地下工程(gngchng)技术的迅速发展，单纯采用岩石坚固性系数分级带有一定的局限性技术的迅速发展，单纯采用岩石坚固性系数分级带有一定的局限性,不能全面反映工程不能全面反映工程(gngchng)煤矿锚喷支护巷道的围岩分类岩体的质量。由此逐步建立了一些综合考虑工程煤矿锚喷支护巷道的围岩分类岩体的质量。由此逐步建立了一些综合考虑工程(gngchng)地质构造特征的分类方法，大多围绕围岩稳定性来划分，以选择合理支护方式为明确目的。他们的共同特点是：不仅考虑了岩块的强度，而且考虑了岩体的完整性，即地质构造的影响程度；节理和裂隙的发育程度；风化程度；层状岩层的层厚等。以调查研究

21、为基础，根据经验总结，对各类岩体提出了维护措施，便于应用。地质构造特征的分类方法，大多围绕围岩稳定性来划分，以选择合理支护方式为明确目的。他们的共同特点是：不仅考虑了岩块的强度，而且考虑了岩体的完整性，即地质构造的影响程度；节理和裂隙的发育程度；风化程度；层状岩层的层厚等。以调查研究为基础，根据经验总结，对各类岩体提出了维护措施，便于应用。第23页/共44页第二十四页，共44页。表表1-7 煤矿锚喷支护巷道围岩煤矿锚喷支护巷道围岩(wi yn)分类表分类表围岩分类围岩分类岩岩 层层 描描 述述巷道开掘后围岩的稳定状巷道开掘后围岩的稳定状态（态（3 35m5m跨度）跨度）岩岩 种种 举举 例例类

22、别类别名称名称稳定岩层稳定岩层1.1.完整坚硬岩层，完整坚硬岩层，R Rb b60MPa60MPa，不易风化，不易风化，2.2.层状岩层层间狡结好，无软弱夹层层状岩层层间狡结好，无软弱夹层围岩稳定，长期不支护无围岩稳定，长期不支护无碎块掉落现象碎块掉落现象完整的玄武岩完整的玄武岩; ;石英质石英质砂岩砂岩; ;奥陶纪灰岩奥陶纪灰岩; ;茅口茅口灰岩，大冶厚层灰岩灰岩，大冶厚层灰岩稳定性较稳定性较好岩层好岩层1.1.完整比较坚硬岩层，完整比较坚硬岩层，R Rb b=40=4060 MPa60 MPa2.2.层状岩层，胶结较好层状岩层，胶结较好3.3.坚硬块状岩层，裂隙面闭合，无泥质坚硬块状岩层，

23、裂隙面闭合，无泥质充填物充填物R Rb b 60 MPa60 MPa围岩基本稳定，较长时间围岩基本稳定，较长时间不支护会出现小块掉落不支护会出现小块掉落胶结好的砂岩、砾岩；胶结好的砂岩、砾岩；大冶薄层灰岩大冶薄层灰岩中等稳定中等稳定岩层岩层1.1.完整的中硬岩层，完整的中硬岩层，R Rb b202040 MPa40 MPa2.2.层状岩层层状岩层, ,以坚硬岩层为主以坚硬岩层为主, ,夹有少数夹有少数软岩层软岩层3.3.比较坚硬的块状岩层，比较坚硬的块状岩层，R Rb b=40=4060 MPa60 MPa围岩能维持一个月以上稳围岩能维持一个月以上稳定定, , 有时会产生局部岩块有时会产生局部

24、岩块掉落掉落砂岩、砂质页岩、粉砂砂岩、砂质页岩、粉砂岩、石灰岩、硬质疑灰岩、石灰岩、硬质疑灰岩岩稳定性较稳定性较差岩层差岩层1.1.较软的完整岩层，较软的完整岩层，R Rb b20 MPa20 MPa2.2.中硬的层状岩层中硬的层状岩层3.3.中硬的块状岩层，中硬的块状岩层，R Rb b=20=2040 MPa40 MPa围岩的稳定时间仅有几天围岩的稳定时间仅有几天页岩、泥岩、胶结不好页岩、泥岩、胶结不好的砂岩、硬煤的砂岩、硬煤不稳定岩不稳定岩层层1.1.易风化潮解剥落的松软岩层易风化潮解剥落的松软岩层2.2.各类破碎岩层各类破碎岩层围岩很容易产生冒顶片帮围岩很容易产生冒顶片帮炭质页岩、花斑泥

25、岩、炭质页岩、花斑泥岩、软质凝灰岩、煤、破碎软质凝灰岩、煤、破碎的各类岩石的各类岩石第24页/共44页第二十五页，共44页。 经过大量的现场松动圈测试及其与巷道支护难易程度相关关系经过大量的现场松动圈测试及其与巷道支护难易程度相关关系(gun x)的调研之后，结合锚喷支护机理，依据围岩松动圈的大小将围岩分成小松动圈（的调研之后，结合锚喷支护机理，依据围岩松动圈的大小将围岩分成小松动圈（040cm)，中松动圈，中松动圈(40150cm),大松动圈大松动圈(150cm)三大类，六小类，三大类，六小类， 该分类法的主要特点是按锚喷支护机理划分围岩类别，分类区间是以支护的难易该分类法的主要特点是按锚喷

26、支护机理划分围岩类别，分类区间是以支护的难易(nn y)程度及锚喷支护机理而确定的；锚喷支护是指锚杆，锚、喷、网，锚网、网梁等以锚杆为支护主体的支护的总称。程度及锚喷支护机理而确定的；锚喷支护是指锚杆，锚、喷、网，锚网、网梁等以锚杆为支护主体的支护的总称。第25页/共44页第二十六页，共44页。表表1-8 巷道支护围岩松动巷道支护围岩松动(sngdng)圈分类表圈分类表围岩类别围岩类别分类名称分类名称围岩松动圈（）围岩松动圈（）支护机理及方法支护机理及方法备备 注注小松动圈小松动圈稳定围岩稳定围岩0 04040喷混凝土支护喷混凝土支护围岩整体性好，不易风化的围岩整体性好，不易风化的可不支护可不

27、支护中松动圈中松动圈较稳定围岩较稳定围岩4040100100锚杆悬吊理论锚杆悬吊理论喷层局部支护喷层局部支护一般围岩一般围岩100100150150锚杆悬吊理论锚杆悬吊理论喷层局部支护喷层局部支护刚性支护有局部破坏采用可刚性支护有局部破坏采用可缩性支护缩性支护大松动田大松动田lVlV一般不稳定围岩一般不稳定围岩（软岩）（软岩）150150200200锚杆组合拱理论，喷层，金锚杆组合拱理论，喷层，金属网局部支护属网局部支护刚性支护大面积破坏，采用刚性支护大面积破坏，采用可缩性支护可缩性支护V V不稳定围岩不稳定围岩（较软围岩）（较软围岩）200200300300锚杆组合拱理论，喷层，金锚杆组合拱

28、理论，喷层，金属网局部支护属网局部支护围岩变形有稳定期围岩变形有稳定期极不稳定围岩极不稳定围岩（极软围岩）（极软围岩）300300围岩变形在一般支护下无稳围岩变形在一般支护下无稳定期定期第26页/共44页第二十七页，共44页。地压现象地压现象(xinxing) 采掘工作破坏了原岩应力的平衡状态，引起岩体内部的应力重新分布，直到形成一个新的应力平衡状态，产生巷道围岩二次应力。若二次应力大于岩体强度极限，就产生变形松动，造成巷道顶板下沉，片帮冒顶，底板鼓起的这种力学现象，称地压现象。采掘工作破坏了原岩应力的平衡状态，引起岩体内部的应力重新分布，直到形成一个新的应力平衡状态，产生巷道围岩二次应力。若

29、二次应力大于岩体强度极限，就产生变形松动，造成巷道顶板下沉，片帮冒顶，底板鼓起的这种力学现象，称地压现象。 地压地压 作用在围岩和支作用在围岩和支架上的力称为地架上的力称为地压。压。 第27页/共44页第二十八页，共44页。原岩应力主要是由于岩体（包括覆盖的岩体）的自重原岩应力主要是由于岩体（包括覆盖的岩体）的自重和地质构造作用引起的。显然，这与岩体的特性（如和地质构造作用引起的。显然，这与岩体的特性（如裂隙的方向、分布密度、岩体的流变性等）有密切的裂隙的方向、分布密度、岩体的流变性等）有密切的关系关系(gun x)；还与断层、褶皱等地压构造现象有密；还与断层、褶皱等地压构造现象有密切的关系切

30、的关系(gun x)。因此，岩体中每一个单元的原岩。因此，岩体中每一个单元的原岩应力状态随该单元的位置不同而有所变化。应力状态随该单元的位置不同而有所变化。第28页/共44页第二十九页，共44页。处于一定深度的原岩体，承受着上部岩体的重量，处于一定深度的原岩体，承受着上部岩体的重量，由于这个重量所引起的单位面积上的内力，就是自由于这个重量所引起的单位面积上的内力，就是自重应力。重应力。 岩体的自重应力随着深度呈线性增长，在一定深度范围内岩体的自重应力数值不大，岩体基本上处于弹性状态。当埋深较大且超过某一极限深度时，岩体的自重应力就会超过岩体的弹性限度，岩体将处于塑性状态。岩体的自重应力随着深度

31、呈线性增长，在一定深度范围内岩体的自重应力数值不大，岩体基本上处于弹性状态。当埋深较大且超过某一极限深度时，岩体的自重应力就会超过岩体的弹性限度，岩体将处于塑性状态。 岩体自重应力的方向是指向地心的。但巷道开挖后，自重应力不但能产生顶板压力，同样可产生侧压，并且根据岩性不同而产生的水平压力约等于垂直压力的岩体自重应力的方向是指向地心的。但巷道开挖后，自重应力不但能产生顶板压力，同样可产生侧压，并且根据岩性不同而产生的水平压力约等于垂直压力的25%40%。第29页/共44页第三十页，共44页。地质地质(dzh)构造作用在岩体内积存着的应力构造作用在岩体内积存着的应力称为构造应力。称为构造应力。

32、构造应力产生的原因是岩体中储存的弹性变形能构造应力产生的原因是岩体中储存的弹性变形能很大。岩体的弹性变形能越大，若岩体中的应力很大。岩体的弹性变形能越大，若岩体中的应力达到强度极限，岩体就破坏，产生地质构造。达到强度极限，岩体就破坏，产生地质构造。 第30页/共44页第三十一页，共44页。常见的是：向、背斜、逆断层常见的是：向、背斜、逆断层(duncng)，他们的共同特点是构造应力的方向与构造走向垂直，若巷道穿越压应力构造带，巷道围岩不产生拉应力。，他们的共同特点是构造应力的方向与构造走向垂直，若巷道穿越压应力构造带，巷道围岩不产生拉应力。 最明显常见的是张性断层（正断层），构造应力的方向与走

33、向一致，若在构造应力场内布置巷道，巷道围岩将遭受拉应力作用，支护非常困难。最明显常见的是张性断层（正断层），构造应力的方向与走向一致，若在构造应力场内布置巷道，巷道围岩将遭受拉应力作用，支护非常困难。 常见的是平推断层和剪切缝，构造应力的方向是剪切缝锐角平分线方向。构造应力值的主要获取手段是实测，并辅以麦克库钦理论加以验证。常见的是平推断层和剪切缝，构造应力的方向是剪切缝锐角平分线方向。构造应力值的主要获取手段是实测，并辅以麦克库钦理论加以验证。 第31页/共44页第三十二页，共44页。在岩体内开掘巷道后，巷道上方悬露岩层的质（重）量将要转移到两在岩体内开掘巷道后，巷道上方悬露岩层的质（重）量

34、将要转移到两帮的煤（岩）体上，在巷道两侧形成应力升高区，而在巷道底板出现帮的煤（岩）体上，在巷道两侧形成应力升高区，而在巷道底板出现应力降低区，在应力升高区以外，仍保持应力降低区，在应力升高区以外，仍保持(boch)原始应力状态原始应力状态 。第32页/共44页第三十三页，共44页。开掘后，巷道周边岩石的受力状态由三向压缩转为双向压缩，岩石强度有很大减弱。在集中应力的作用下，巷道两侧边缘的围岩就要被压裂甚至压碎，此处应力也随之降低。由于这种破碎区的产生，从而导致应力再一次重新分布，支承压力开掘后，巷道周边岩石的受力状态由三向压缩转为双向压缩，岩石强度有很大减弱。在集中应力的作用下，巷道两侧边缘

35、的围岩就要被压裂甚至压碎，此处应力也随之降低。由于这种破碎区的产生，从而导致应力再一次重新分布，支承压力(yl)向岩体深部发展，巷道周围即被应力降低区（即破碎区）所包围向岩体深部发展，巷道周围即被应力降低区（即破碎区）所包围 。第33页/共44页第三十四页，共44页。井巷地压包括变形地压和松动地压两类。变形地压又分为弹性变形压力井巷地压包括变形地压和松动地压两类。变形地压又分为弹性变形压力(yl)和塑性变形压力和塑性变形压力(yl)。弹性变形压力。弹性变形压力(yl)，不是支护的对象。，不是支护的对象。 塑性变形压力塑性变形压力(yl)。如果能及时地进行支护。如果能及时地进行支护,不会造成巷道

36、失稳。不会造成巷道失稳。 减小应力集中和避免采动影响是控制变形压力的首要措施。减小应力集中和避免采动影响是控制变形压力的首要措施。 围岩压力松动压力按成因划分为巷道的顶压、侧压和底压三种类型。围岩压力松动压力按成因划分为巷道的顶压、侧压和底压三种类型。 第34页/共44页第三十五页，共44页。巷道开掘以后，暴露出来的顶板岩石巷道开掘以后，暴露出来的顶板岩石(ynsh)，类似双支梁一样支承上部岩石，类似双支梁一样支承上部岩石(ynsh)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(ynsh)承受拉力而裂开承受拉力而裂开 。随着裂隙的

37、增多、扩大，岩石就开始冒落，它的压力也将逐渐降低，而作用随着裂隙的增多、扩大，岩石就开始冒落，它的压力也将逐渐降低，而作用(zuyng)在巷道两帮岩石上的压力却逐渐增加在巷道两帮岩石上的压力却逐渐增加 当顶板破碎岩石冒落到一定范围而形成自然当顶板破碎岩石冒落到一定范围而形成自然(zrn)平衡拱时，就停止冒落。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。顶板下沉变形和顶板冒落的岩石作用在支承物上的压力称为顶压。平衡拱时，就停止冒落。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。顶板下沉变形和顶板冒落的岩石作用在支承物上的压力称为顶压。 第35

38、页/共44页第三十六页，共44页。（a）顶板下沉两帮挤进）顶板下沉两帮挤进 （b）顶板起尖两帮挤进）顶板起尖两帮挤进 （c）顶底板移近两帮挤进）顶底板移近两帮挤进巷道巷道(hng do)侧压引起的两帮挤进图侧压引起的两帮挤进图第36页/共44页第三十七页，共44页。巷道产生的侧压得到新的平衡之后，新的自然平衡拱仍将上部的压力传给巷道两帮，再传给底板。当巷道底板结构为软弱岩层时，底板在水平集中压力作用巷道产生的侧压得到新的平衡之后，新的自然平衡拱仍将上部的压力传给巷道两帮，再传给底板。当巷道底板结构为软弱岩层时，底板在水平集中压力作用(zuyng)下的底鼓变形十分明显，围岩控制的重点将是底鼓。下

39、的底鼓变形十分明显，围岩控制的重点将是底鼓。 根据上述三种围岩松动压力产生的原因可知，侧压和底压都是由顶压引起的，而顶压与巷道的掘进根据上述三种围岩松动压力产生的原因可知，侧压和底压都是由顶压引起的，而顶压与巷道的掘进(jujn)及支护关系更为密切。因此，在生产实践中，对于顶压所引起的围岩变形移动现象，应特别注意。及支护关系更为密切。因此，在生产实践中，对于顶压所引起的围岩变形移动现象，应特别注意。第37页/共44页第三十八页，共44页。（1）巷道掘进后，围岩首先产生弹性）巷道掘进后，围岩首先产生弹性(tnxng)变形。变形。 （2）随掘进时间的延长，围岩变形速度将日趋缓和。）随掘进时间的延长

40、，围岩变形速度将日趋缓和。 （3）当巷道周边岩石为较软岩层时，围岩变形从位移扩大到松软破裂带直至岩石冒落，此时围岩压力显著增大。）当巷道周边岩石为较软岩层时，围岩变形从位移扩大到松软破裂带直至岩石冒落，此时围岩压力显著增大。 （4）围岩开始冒落到完成，围岩压力将从高峰值逐渐降低并趋于稳定。）围岩开始冒落到完成，围岩压力将从高峰值逐渐降低并趋于稳定。 第38页/共44页第三十九页，共44页。由此可见，巷道围岩压力随围岩变形移动及破碎过程，将经过掘由此可见，巷道围岩压力随围岩变形移动及破碎过程，将经过掘巷期间从产生到明显增大巷期间从产生到明显增大缓慢增长缓慢增长趋向稳定趋向稳定岩石破碎冒落岩石破碎

41、冒落期间显著增大期间显著增大逐渐降低逐渐降低趋向稳定趋向稳定6个时期。认识到这种巷道围个时期。认识到这种巷道围岩从掘进巷道到围岩破坏岩从掘进巷道到围岩破坏(phui)期间压力变化的动态过程，对期间压力变化的动态过程，对于正确选择支护结构类型，及时发挥支护的作用，防止围岩的不于正确选择支护结构类型，及时发挥支护的作用，防止围岩的不利影响，是非常有用的。利影响，是非常有用的。第39页/共44页第四十页，共44页。围岩压力的大小，是由围岩的变形移动和破碎状况围岩压力的大小，是由围岩的变形移动和破碎状况决定的。变形的大小首先决定的。变形的大小首先(shuxin)决定于原岩应决定于原岩应力，而原岩应力的

42、大小与深度成正比。所以巷道埋力，而原岩应力的大小与深度成正比。所以巷道埋深越大，变形越大，围岩压力也越大。在同一深度深越大，变形越大，围岩压力也越大。在同一深度条件下，构造应力较大的地区，围岩压力因变形增条件下，构造应力较大的地区，围岩压力因变形增大而显著增大。大而显著增大。 第40页/共44页第四十一页，共44页。第41页/共44页第四十二页，共44页。思考题思考题1.岩体的组成部分有哪些？岩石和岩体有什么区别？岩体的组成部分有哪些？岩石和岩体有什么区别？2.地质构造对井巷工程稳定性有哪些主要影响？地质构造对井巷工程稳定性有哪些主要影响？3.何谓岩石的密度和表观密度？何谓岩石的密度和表观密度

43、？4.何谓普氏系数？根据普氏系数煤炭行业把围岩划分为哪五类？何谓普氏系数？根据普氏系数煤炭行业把围岩划分为哪五类？5.根据锚喷与支护的需要，巷道围岩分哪几类？根据锚喷与支护的需要，巷道围岩分哪几类？6.什么是原岩应力？它包括哪两个什么是原岩应力？它包括哪两个(lin )方面方面7.岩体的原始应力和围岩应力分布有什么区别？岩体的原始应力和围岩应力分布有什么区别？8.如何用变形量判别围岩的稳定性？如何用变形量判别围岩的稳定性？9.什么是围岩压力？影响因素有哪些？什么是围岩压力？影响因素有哪些？10.巷道开掘后，支承压力对巷道稳定性产生哪些影响？巷道开掘后，支承压力对巷道稳定性产生哪些影响？第42页/共44页第四十三页，共44页。第43页/共44页第四十四页，共44页。