地应力对巷道围岩稳定性影响分析.doc

地应力对巷道围岩稳定性影响分析 王雪芹 (内蒙古科技大学 矿业工程学院 内蒙古包头 014010) 摘 要：通过对巷道布置与地应力关系的分析，论述了地应力对巷道围岩稳定性的影响以及巷道开挖引起的围岩应力和围岩结构变化，对巷道变形破坏机理进行了分析。 关键词：地应力；巷道；围岩；稳定性 The Influence of Crustal Stress on the stability of Surrounding Rock Roadway Wang xue-qin (Faculty of Mining Engineering Inner Mongolia University of Science and Technology Baotou Inner Mongolia 014010 China) Abstract: Through the analysis of the relationship between roadway layout and crustal stress, discussed the influence of crustal stress on the stability of surrounding rock and the stress and changes in rock structure induced by rock tunnel excavation .Then analyzes the on the mechanism of the deformation of the roadway. Key words: crustal stress; roadway; surrounding rock；stability 1 引言 地应力是影响巷道围岩稳定性的重要因素。随着煤矿开采强度与广度的不断增加,开采深度越来越大,地质条件也越来越复杂,地应力对巷道围岩变形与破坏的影响更加突出。煤矿中的一些灾害,如顶板冒落、冲击矿压、煤与瓦斯突出及透水等事故,均与地应力有直接或间接的关系[1]。本文通过对地应力的成因、影响因素和特征分析，进一步分析地应力对巷道布置与围岩稳定性的影响，对于采矿工程设计,煤矿安全、高效生产具有重要意义。 2 地应力的成因、影响因素及特征 2.1 地应力的成因及影响因素 地应力的成因是十分复杂的，它的形成主要与地球的各种动力运动过程有关，其中包括：板块边界受压、地幔热对流、地球内应力、地心引力、地球旋转、岩浆侵入和地壳非均匀扩容等。另外，温度不均、水压梯度、地表剥蚀或其它物理化学变化等也可引起相应的地应力场，其中构造应力场和重力应力场是现今地应力场的主要组成部 分[2]。 地应力的影响因素众多，主要包括：地形地貌、岩体结构特征、岩体力学性质、地下水等因素，特别是地形和断层对地应力的影响最大。在断层和结构面附近地应力分布将会受到明显的扰动，断层端部、拐角处及交汇处将出现应力集中的现象。 2.2地应力场的特征 地应力场是一个以水平应力为主的三向不等压应力场，三个主应力的大小多数情况下存在明显差异，且水平应力一般大于垂直应力。地应力场是一个具有相对稳定性的非稳定应力场，它在小范围内变化明显，而在大范围内相对稳定。一定深度范围内，随着深度的增加，垂直应力和水平应力均呈线性增长，且平均水平应力与垂直应力的比值随深度的增加而减小。水平应力具有明显的各向异性，且普遍大于垂直应力，在绝大多数情况下，水平应力之一为最大主应力。 2.3高地应力现象 高地应力是一个相对概念，是相对于围岩强度而言的，只有当围岩内部的最大地应力与围岩强度的比值 达到某一水平时，才称为高地应力或极高地应力。高地应力现象主要包括：岩心饼化现象、钻孔缩径现象、岩爆、岩质基坑底部隆起、剥离以及回弹错动现象等。 3 巷道布置与地应力关系的理论分析 大量地应力测量结果表明,岩层中的水平应力在很多情况下大于垂直应力,而且水平应力具有明显的方向性,最大水平主应力明显高于最小水平主应力,这种趋势在浅部矿井尤为明显[3-6]。因此,水平应力的作用逐步得到人们的认识和重视。当巷道轴线与最大水平主应力平行,巷道受水平应力的影响最小,有利于顶、底板稳定;当巷道轴线与最大水平主应力垂直,巷道受水平应力的影响最大,顶、底板稳定性最差;当两者呈一定夹角时,巷道一侧会出现水平应力集中,顶、底板的变形与破坏会偏向巷道的某一帮。根据最大水平主应力、最小水平主应力及垂直主应力三者数值的大小,把原岩应力场分为3种不同的形式,即型,;型, ;型,。从地应力的角度考虑巷道布置时,必须考虑巷道轴线方向与最大水平主应力之间的夹角,最优的夹角应使作用在巷道围岩边界上的法向应力比值 (为作用在巷道两侧的水平法向应力)。最优夹角随原岩应力场型式的不同而不同。 3.1