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(dòng)的天然應(yīng)力，也稱(chēng)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)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(kāi)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(kāi)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

2、：板塊邊界受壓、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

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(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)

4、力降低較多， 但有一部分來(lái)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(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

5、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

6、 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

7、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變化的規(guī)律。在深度 為 252700m 范圍內(nèi)，實(shí)測(cè)垂直應(yīng)力呈線(xiàn)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。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

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(shí)測(cè)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(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 。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(xiàn)性增長(zhǎng)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(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、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(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)

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(hù)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(jì)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(hù)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(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?chē)С袎毫Ψ植疾煽諈^(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(jìn)而向前移動(dòng)， 稱(chēng)為移動(dòng)性支承壓力或臨時(shí)支承壓力。 工作面沿傾斜和仰斜方向及開(kāi)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(chēng)為固定性支承 壓力或殘余支承壓力。 回采工作面推過(guò)一定距離后， 采空區(qū)上覆巖層活動(dòng)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(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(chēng)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(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

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(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) 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(gè)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(huì)在某些地點(diǎn)發(fā)生相互疊加， 稱(chēng)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(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)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)與煤柱邊緣垂線(xiàn)的夾角為影響角，一般為 300 400。二、構(gòu)造應(yīng)力對(duì)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(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(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 角正弦的平方值變化；如果 角小于 250 300 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(jiàn)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(kāi)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， 圍巖變形會(huì)

18、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(jiàn)表6-1 。一、巷道位置類(lèi)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(lèi)型：（ 1）本煤層巷道（2）位于回采空間所在層面下方的巷道稱(chēng)為底板巷道，位于回采空間所在層面上方的巷道稱(chēng)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(dòng)穩(wěn)定）巷道 （圖6-7 1）；煤體 -煤柱（正采動(dòng)）巷道 （圖6-71）。（3）煤體-無(wú)煤柱（沿空掘進(jìn)）巷道（圖6-72）；煤體 -無(wú)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(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)歷巷道掘進(jìn)影響階段、

20、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

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(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(kāi)采時(shí)，實(shí)行無(wú)煤柱開(kāi)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(jiàn)圖

22、 6-9 中巷道，巷道整個(gè)服務(wù)期間內(nèi)不受采動(dòng)影響。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(jiàn)圖6-9中巷道。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?者巷道與保護(hù)煤柱的間距足夠大時(shí)，巷道可以避開(kāi)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(kāi)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(hù)煤柱下部； 巷道布置在 尚未開(kāi)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(jìn)影響階段， 然后進(jìn)入掘進(jìn)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(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 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(kāi)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

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(hù)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(xiàn)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

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(gè)時(shí)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(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(kāi)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

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(gè)時(shí)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(dòng)狀況、圍巖性質(zhì)、開(kāi)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-

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(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 。

28、巷道劇烈變形在工作面前方 0 10m 。沿空巷道與實(shí)體煤巷道相比，頂?shù)装逡平吭龃?0 5倍，兩幫相對(duì)移近量可高達(dá) 40 15倍?；夭捎绊懫陂g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(shí)體煤巷道前者是后者的 1.2 1.5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?，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(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

29、、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?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(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(chēng)為圍巖壓力。 根據(jù)圍巖壓力的成因， 可分為以下四種類(lèi)型： （1 ） 松動(dòng)圍巖壓力由于巷道開(kāi)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