第一章岩石性质.ppt

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1、第一章第一章 岩石的性质与分级岩石的性质与分级第一节第一节 岩石的物理性质岩石的物理性质第三节第三节 岩石分级和围岩分类岩石分级和围岩分类第二节第二节 岩石的力学变形和强度特性岩石的力学变形和强度特性第四节第四节 井巷地压理论井巷地压理论2 213 31岩石岩石2地下水地下水3瓦斯瓦斯岩石按其生成原因不同，可分为岩浆岩石按其生成原因不同，可分为岩浆岩，沉积岩和变质岩等三大类。岩，沉积岩和变质岩等三大类。沉沉积积岩岩是是由由沉沉积积物物经经过过压压紧紧、胶胶结结等等作作用用而而形形成成的的岩岩石石，是是一种经过一系列地质作用的产物。一种经过一系列地质作用的产物。随随着着地地壳壳不不断断地地沉沉降

2、降，沉沉积积物物由由下下而而上上，逐逐层层逐逐层层地地堆堆积积起起来来而而不不断断增增厚厚，经经过过压压实实、脱脱水水、脱脱结结等等固固结结成成岩岩作作用用，松散的沉积物就形成了坚硬的沉积岩。松散的沉积物就形成了坚硬的沉积岩。指粒径大于指粒径大于2mm的岩石碎屑胶结而成的碎屑的岩石碎屑胶结而成的碎屑结构类型，如砾岩；结构类型，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，之间的碎屑结构类型，如砂岩；如砂岩；指粒径变化在指粒径变化在0.050.005mm之间的碎屑结构之间的碎屑结构类型，如粉砂岩、页岩等；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

3、，如泥的碎屑结构类型，如泥岩、粘土岩等。岩、粘土岩等。1）岩石的结构）岩石的结构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方式和充填方式。的排列方式和充填方式。岩石的颗粒互相严密地紧贴在一起，没有固定的岩石的颗粒互相严密地紧贴在一起，没有固定的排列方向排列方向 岩石颗粒彼此相接并不严密，颗粒之间有许多岩石颗粒彼此相接并不严密，颗粒之间有许多小空隙小空隙(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）岩石的构造岩石的密度是指在绝对密实状态下，

4、单位体积内岩石的质量。岩石的密度是指在绝对密实状态下，单位体积内岩石的质量。岩石的表观密度是指在自然状态下，单位体积内岩石的质量。岩石的表观密度是指在自然状态下，单位体积内岩石的质量。表表1-1 煤矿中常见岩石的密度和表观密度煤矿中常见岩石的密度和表观密度 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。它反映岩石中孔隙和裂隙的发育程度，用实体总体积的百分

5、比。它反映岩石中孔隙和裂隙的发育程度，用p来表示。来表示。表表1-2 煤矿中常见岩石的空隙比煤矿中常见岩石的空隙比岩石名称岩石名称密度（密度（g/cmg/cm3 3）表表观观密度（密度（/m/m3 3）砂砂 岩岩2.62.62.752.752000200026002600页页 岩岩2.572.572.772.772000200024002400石石 灰灰 岩岩2.482.482.852.852200220026002600煤煤1200120014001400 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

6、的体积比称为碎胀系数，用性质。两种状态下的体积比称为碎胀系数，用来表示，按下式计算：来表示，按下式计算：岩石的碎胀系数；岩石的碎胀系数；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）表表1-3 煤矿中常见岩石的碎胀系数煤矿中常见岩石的碎胀系数岩石名称岩石名称碎碎胀胀系数系数残余碎残余碎胀胀系数系数砂砂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泥泥质页质页岩岩1.401.401.101.10砂砂质页质页岩岩1.601.601.801.801.101.101.15

7、1.15硬硬 砂砂 岩岩1.501.501.801.8021岩岩石石的的水水胀胀性性是是指指软软岩岩遇遇水水而而膨膨胀胀的的性性质质。常常以以试试件件浸浸入入水水中中后后，厚厚度度膨膨胀胀量量与与原原始始厚厚度之比作为水胀性指标。度之比作为水胀性指标。岩石的水解性是指软岩遇水崩解、破裂的岩石的水解性是指软岩遇水崩解、破裂的性质。性质。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

8、对岩石强度的影响程度。向抗压强度的比值表示水分对岩石强度的影响程度。岩岩石石浸浸水水后后的的软软化化程程度度，与与岩岩石石中中亲亲水水性性矿矿物物和和易易溶溶性性矿矿物物的的含含量量、空空隙隙发发育育情情况况、水水的的化化学学成成分分以以及及岩岩石石浸浸水水时时间间的的长长短短等等因因素素有有关关，亲亲水水矿矿物物和和易易溶溶矿矿物物含含量量愈愈多多，开开口口空空隙隙愈愈发发育育，岩岩石石浸浸水水时时间间愈愈长长，则则岩石浸水后强度降低程度愈大。岩石浸水后强度降低程度愈大。表表1-4 煤矿中常见岩石的软化系数煤矿中常见岩石的软化系数岩石名称岩石名称干干试试件抗件抗压压强强度度(Mpa)水水饱饱

9、和和试试件抗件抗压压强强度度(Mpa)软软化系数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的能力。入或刻划的能力。指岩石表面抵抗磨损的能力。指岩石表面抵抗磨损的能力。N岩石的磨损率（岩石的磨损率（g/2）；）；m1岩石磨损前的质量（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

10、（岩石试件受磨面积（2）。）。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。状的性质。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。和尺寸的性质。1）蠕变：是指在恒定载荷持续作用下，应变随时间变化而增）蠕变：是指在恒定载荷持续作用下，应变随时间变化而增长的现象称蠕变。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，有）后效弹性变形：是指岩石在弹性变形阶段，卸载以后，有一部分变形

11、立刻恢复，还有一部分变形不能立刻恢复，但是经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。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）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。渐减小的现象称为松弛。1.定定义义：岩岩石石试试件件在在压压缩缩时时所所能能承承受受的的最最大大压压应应力力值值，称称为为岩岩石石的的抗抗压强度。压强度。2.分类：分类：岩石的单向抗压强度岩石的单向抗压强度 和岩石的三向抗

12、压强度。和岩石的三向抗压强度。3.影影响响因因素素：岩岩石石中中含含强强度度高高的的矿矿物物多多，矿矿物物颗颗粒粒间间的的连连结结力力大大，空空隙隙度度小小则则岩岩石石抗抗压压强强度度大大，反反之之亦亦然然。此此外外，在在一一定定变变化化范范围围内内，试试件尺寸愈小，加载速度愈大，则抗压强度愈大。件尺寸愈小，加载速度愈大，则抗压强度愈大。1.定定义义：岩岩石石试试件件在在拉拉伸伸时时能能承承受受的的最最大大拉拉应应力力值值称称为为岩石的抗拉强度。岩石的抗拉强度。2.影影响响因因素素：岩岩石石的的抗抗拉拉强强度度，主主要要受受其其内内部部因因素素的的影影响响，如如果果组组成成岩岩石石的的矿矿物物

13、强强度度高高，颗颗粒粒之之间间的的连连结结力力强强，且空隙不发育，则其抗拉强度高。且空隙不发育，则其抗拉强度高。1.定义：定义：岩石的抗剪强度是指岩石抵抗剪切作用的能力岩石的抗剪强度是指岩石抵抗剪切作用的能力 表表1-5 煤矿中常见岩石强度值（煤矿中常见岩石强度值（kg/2）岩石名称岩石名称抗抗压压强强度度抗拉抗拉强强度度抗剪抗剪强强度度煤煤5050500500202050501111165165砂岩砂岩类类细细砂岩砂岩10601060146014605656180180178178 545545中砂岩中砂岩875875136013606161143143136136372372粗砂岩粗砂岩5

14、80580126012605555119119126126310310粉砂岩粉砂岩370370560560141425257070117117砾砾岩岩类类砂砂砾砾岩岩71071012401240292999997272294294砾砾 岩岩82082096096041411201206767269269页页岩岩类类砂砂质页质页岩岩4904909209204040121121210210305305页页 岩岩19019040040028285555160160238238灰岩灰岩类类石灰岩石灰岩540540161016107979141141100100310310三向等压抗压强度三向不等压抗压

15、强度双向三向等压抗压强度三向不等压抗压强度双向抗压强度单向抗压强度抗剪强度抗拉强度抗压强度单向抗压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抗剪抗剪强强度度=针针对对岩岩石石强强度度的的特特点点，在在破破岩岩时时应应使使岩岩石石单单向向或或双双向向受受力力井井处处于于拉拉伸伸或或剪剪切的状态。在井巷维护时使岩石处于受压状态。切的状态。在井巷维护时使岩石处于受压状态。1926年年前前苏苏联联采采矿矿工工程程师师MM普普洛洛托托吉吉雅雅可可诺诺夫夫(简简称称普普氏氏)提提出出用用一一个个综综合合性性的的指

16、指标标“坚坚固固性性系系数数”来来划划分分岩岩石石等等级级。坚坚固固性性系系数数不不同同于于岩岩石石的的硬硬度度、强强度度、可可钻钻性性和和可可爆爆性性等等指指标标，它它表表示示岩岩石石在在各各种种采采矿矿作作业业(如如锹锹、镐镐、钻钻机机、炸炸药药爆爆破破等等)以以及及地地压压等等外外力力作作用用下下被被破破坏坏的的相相对对难难易易程程度度。该该方方法法是是以以岩岩块块的的强强度度为为基基础础的的，适适用用于于岩岩石石破破碎碎方方面面的的应应用用。普普氏氏认认为为，岩岩石石的的坚坚固固性性在在各各方方面面的的表表现现是是趋趋于于一一致致的的，难难破破碎碎的的岩岩石石用用各各种种方方法法都都难

17、难于于破碎，容易破碎的岩石用各种方法都易于破碎。破碎，容易破碎的岩石用各种方法都易于破碎。岩石的坚固性系数表示岩石破坏的相对难易程度，用岩石的坚固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。根据根据f值的大小，普氏将岩石分为十级共十五种。值的大小，普氏将岩石分为十级共十五种。随随着着采采矿矿业业、水水电电工工程程和和其其它它地地下下工工程程技技术术的的迅迅速速发发展展，单单纯纯采采用用岩岩石石坚坚固固性性系系数数分分级级带带有有一一定定的的局局限限性性,不不能能全全面面反反映映工工程程煤煤矿矿锚锚喷喷支支护护巷巷道道的的围围岩岩分分类类岩岩体体的的质质

18、量量。由由此此逐逐步步建建立立了了一一些些综综合合考考虑虑工工程程地地质质构构造造特特征征的的分分类类方方法法，大大多多围围绕绕围围岩岩稳稳定定性性来来划划分分，以以选选择择合合理理支支护护方方式式为为明明确确目目的的。他他们们的的共共同同特特点点是是：不不仅仅考考虑虑了了岩岩块块的的强强度度，而而且且考考虑虑了了岩岩体体的的完完整整性性，即即地地质质构构造造的的影影响响程程度度；节节理理和和裂裂隙隙的的发发育育程程度度；风风化化程程度度；层层状状岩岩层层的的层层厚厚等等。以以调调查查研研究究为为基基础础，根根据据经经验验总结，对各类岩体提出了维护措施，便于应用。总结，对各类岩体提出了维护措施

19、，便于应用。表表1-7 煤矿锚喷支护巷道围岩分类表煤矿锚喷支护巷道围岩分类表围围岩分岩分类类岩岩 层层 描描 述述巷道开掘后巷道开掘后围围岩的岩的稳稳定状定状态态（3 35m5m跨度）跨度）岩岩 种种 举举 例例类别类别名称名称稳稳定岩定岩层层1.1.完整完整坚坚硬岩硬岩层层，R Rb b60MPa60MPa，不易，不易风风化，化，2.2.层层状岩状岩层层间层层间狡狡结结好，无好，无软软弱弱夹层夹层围围岩岩稳稳定，定，长长期不支期不支护护无无碎碎块块掉落掉落现现象象完整的玄武岩完整的玄武岩;石英石英质质砂砂岩岩;奥陶奥陶纪纪灰岩灰岩;茅口灰茅口灰岩，大冶厚岩，大冶厚层层灰岩灰岩稳稳定性定性较较

20、好岩好岩层层1.1.完整比完整比较坚较坚硬岩硬岩层层，R Rb b=40=4060 60 MPaMPa2.2.层层状岩状岩层层，胶，胶结较结较好好3.3.坚坚硬硬块块状岩状岩层层，裂隙面，裂隙面闭闭合，无泥合，无泥质质充填物充填物R Rb b 60 60 MPaMPa围围岩基本岩基本稳稳定，定，较长时间较长时间不支不支护护会出会出现现小小块块掉落掉落胶胶结结好的砂岩、好的砂岩、砾砾岩；岩；大冶薄大冶薄层层灰岩灰岩中等中等稳稳定定岩岩层层1.1.完整的中硬岩完整的中硬岩层层，R Rb b202040 40 MPaMPa2.2.层层状岩状岩层层,以以坚坚硬岩硬岩层为层为主主,夹夹有少数有少数软软岩

21、岩层层3.3.比比较坚较坚硬的硬的块块状岩状岩层层，R Rb b=40=4060 60 MPaMPa围围岩能岩能维维持一个月以上持一个月以上稳稳定定,有有时时会会产产生局部岩生局部岩块块掉落掉落砂岩、砂砂岩、砂质页质页岩、粉砂岩、粉砂岩、石灰岩、硬岩、石灰岩、硬质质疑灰疑灰岩岩稳稳定性定性较较差岩差岩层层1.1.较软较软的完整岩的完整岩层层，R Rb b20 20 MPaMPa2.2.中硬的中硬的层层状岩状岩层层3.3.中硬的中硬的块块状岩状岩层层，R Rb b=20=2040 40 MPaMPa围围岩的岩的稳稳定定时间仅时间仅有几天有几天页页岩、泥岩、胶岩、泥岩、胶结结不好不好的砂岩、硬煤的

22、砂岩、硬煤不不稳稳定岩定岩层层1.1.易易风风化潮解剥落的松化潮解剥落的松软软岩岩层层2.2.各各类类破碎岩破碎岩层层围围岩很容易岩很容易产产生冒生冒顶顶片帮片帮炭炭质页质页岩、花斑泥岩、岩、花斑泥岩、软质软质凝灰岩、煤、破碎凝灰岩、煤、破碎的各的各类类岩石岩石 经经过过大大量量的的现现场场松松动动圈圈测测试试及及其其与与巷巷道道支支护护难难易易程程度度相相关关关关系系的的调调研研之之后后，结结合合锚锚喷喷支支护护机机理理，依依据据围围岩岩松松动动圈圈的的大大小小将将围围岩岩分分成成小小松松动动圈圈（040cm)，中松动圈，中松动圈(40150cm),大松动圈大松动圈(150cm)三大类，六小

23、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程度及锚喷支护机理而确定的；锚喷支护是指锚杆，锚、喷、支护的难易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。网，锚网、网梁等以锚杆为支护主体的支护的总称。表表1-8 巷道支护围岩松动圈分类表巷道支护围岩松动圈分类表围围岩岩类别类别分分类类名称名称围围岩松岩松动动圈（）圈（）支支护护机理及方法机理及方法备备 注注小松小松动动圈圈稳稳定定围围岩岩0 04040喷喷混凝土支混凝土支护护围围岩整体性

24、好，不易岩整体性好，不易风风化的化的可不支可不支护护中松中松动动圈圈较稳较稳定定围围岩岩4010040100锚锚杆杆悬悬吊理吊理论论喷层喷层局部支局部支护护一般一般围围岩岩100100150150锚锚杆杆悬悬吊理吊理论论喷层喷层局部支局部支护护刚刚性支性支护护有局部破坏采用可有局部破坏采用可缩缩性支性支护护大松大松动动田田lVlV一般不一般不稳稳定定围围岩岩（软软岩）岩）150150200200锚锚杆杆组组合拱理合拱理论论，喷层喷层，金，金属网局部支属网局部支护护刚刚性支性支护护大面大面积积破坏，采用破坏，采用可可缩缩性支性支护护V V不不稳稳定定围围岩岩（较软围较软围岩）岩）20020030

25、0300锚锚杆杆组组合拱理合拱理论论，喷层喷层，金，金属网局部支属网局部支护护围围岩岩变变形有形有稳稳定期定期极不极不稳稳定定围围岩岩（极（极软围软围岩）岩）300300围围岩岩变变形在一般支形在一般支护护下无下无稳稳定期定期地压现象地压现象 采掘工作破坏了原岩应力的平衡状态，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，造成巷道顶板极限，就产生变形松动，造成巷道顶板下沉，片帮冒顶，

26、底板鼓起的这种力学下沉，片帮冒顶，底板鼓起的这种力学现象，称地压现象。现象，称地压现象。地压地压 作用在围岩和作用在围岩和支架上的力称支架上的力称为地压。为地压。原原岩岩应应力力主主要要是是由由于于岩岩体体（包包括括覆覆盖盖的的岩岩体体）的的自自重重和和地地质质构构造造作作用用引引起起的的。显显然然，这这与与岩岩体体的的特特性性（如如裂裂隙隙的的方方向向、分分布布密密度度、岩岩体体的的流流变变性性等等）有有密密切切的的关关系系；还还与与断断层层、褶褶皱皱等等地地压压构构造造现现象象有有密密切切的的关关系系。因因此此，岩岩体体中中每每一一个个单单元元的的原原岩岩应应力力状状态随该单元的位置不同而

27、有所变化。态随该单元的位置不同而有所变化。处处于于一一定定深深度度的的原原岩岩体体，承承受受着着上上部部岩岩体体的的重重量量，由由于于这这个个重重量量所所引引起起的的单单位位面面积积上上的的内内力力，就就是是自自重重应应力。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。限度，岩体将处于塑性状

28、态。岩岩体体自自重重应应力力的的方方向向是是指指向向地地心心的的。但但巷巷道道开开挖挖后后，自自重重应应力力不不但但能能产产生生顶顶板板压压力力，同同样样可可产产生生侧侧压压，并并且且根根据据岩岩性不同而产生的水平压力约等于垂直压力的性不同而产生的水平压力约等于垂直压力的25%40%。地质构造作用在岩体内积存着的应力称为地质构造作用在岩体内积存着的应力称为构造应力。构造应力。构构造造应应力力产产生生的的原原因因是是岩岩体体中中储储存存的的弹弹性性变变形形能能很很大大。岩岩体体的的弹弹性性变变形形能能越越大大，若若岩岩体体中中的的应应力力达达到到强强度度极极限限，岩岩体体就就破破坏坏，产生地质构

29、造。产生地质构造。常常见见的的是是：向向、背背斜斜、逆逆断断层层，他他们们的的共共同同特特点点是是构构造造应应力力的的方方向向与与构构造造走走向向垂垂直直，若若巷巷道道穿越压应力构造带，巷道围岩不产生拉应力。穿越压应力构造带，巷道围岩不产生拉应力。最最明明显显常常见见的的是是张张性性断断层层（正正断断层层），构构造造应应力力的的方方向向与与走走向向一一致致，若若在在构构造造应应力力场场内内布布置置巷巷道道，巷巷道道围围岩岩将将遭遭受受拉拉应应力力作作用用，支支护护非非常常困难。困难。常常见见的的是是平平推推断断层层和和剪剪切切缝缝，构构造造应应力力的的方方向向是是剪剪切切缝缝锐锐角角平平分分线

30、线方方向向。构构造造应应力力值值的的主主要要获获取取手手段段是是实实测测，并并辅辅以以麦麦克克库库钦钦理理论论加加以以验验证。证。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）量将要转移到两帮的煤（岩）体上，在巷道两侧形成应力升高区，而在巷道底板两帮的煤（岩）体上，在巷道两侧形成应力升高区，而在巷道底板出现应力降低区，在应力升高区以外，仍保持原始应力状态出现应力降低区，在应力升高区以外，仍保持原始应力状态。开开掘掘后后，巷巷道道周周边边岩岩石石的的受受力力状状态态由由三三向向压压缩缩转转为为双双向向压压缩缩，岩岩石石强强度度有有很很大大

31、减减弱弱。在在集集中中应应力力的的作作用用下下，巷巷道道两两侧侧边边缘缘的的围围岩岩就就要要被被压压裂裂甚甚至至压压碎碎，此此处处应应力力也也随随之之降降低低。由由于于这这种种破破碎碎区区的的产产生生，从从而而导导致致应应力力再再一一次次重重新新分分布布，支支承承压压力力向向岩岩体体深深部部发发展展，巷巷道道周周围围即即被被应应力力降降低低区区（即即破破碎区）所包围碎区）所包围。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和塑性变形压力。弹性变形压力，不是支护的对象。变形压力和塑性变形压力。弹性变形压力，不是支护的对象。塑

32、性变形压力。如果能及时地进行支护塑性变形压力。如果能及时地进行支护,不会造成巷道失稳。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。型。巷道开掘以后，暴露出来的顶板岩石，类似巷道开掘以后，暴露出来的顶板岩石，类似双支梁一样支承上部岩石的压力。受力后的双支梁一样支承上部岩石的压力。受力后的顶板梁将向下弯曲，靠近巷道顶板线的岩石顶板梁将向下弯曲，靠近巷道顶板线的岩石承受拉力而裂开承受拉力而裂开。随着裂隙的增多

33、、扩大，岩石就开始冒落，它的压力也将逐渐降低，而作用在巷随着裂隙的增多、扩大，岩石就开始冒落，它的压力也将逐渐降低，而作用在巷道两帮岩石上的压力却逐渐增加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平当顶板破碎岩石冒落到一定范围而形成自然平衡拱时，就停止冒落。这时顶板又处于新的平衡拱时，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。作用在支承物上的压力称为顶压。（a）顶板下沉两帮挤进）顶板下沉两帮

34、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侧压引起的两帮挤进图巷道侧压引起的两帮挤进图巷道产生的侧压得到新的平衡之后，新的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，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下的底鼓变时，底板在水平集中压力作用下的底鼓变形十分明显，围岩控制的重点将是底鼓。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根据上述三种围岩松动压力产生的原因可

35、知，侧压和底压都是由顶压引起的，而顶压与巷道的掘进及支护关系更为密切。因此，在生产实引起的，而顶压与巷道的掘进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。践中，对于顶压所引起的围岩变形移动现象，应特别注意。（1）巷道掘进后，围岩首先产生弹性变形。）巷道掘进后，围岩首先产生弹性变形。（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，围岩变形速度将日趋缓和。（3）当当巷巷道道周周边边岩岩石石为为较较软软岩岩层层时时，围围岩岩变变形形从从位位移移扩扩大大到到松松软软破破裂带直至岩石冒落，此时围岩压力显著增大。裂带直至岩石冒落，此时围岩压力显

36、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。由由此此可可见见，巷巷道道围围岩岩压压力力随随围围岩岩变变形形移移动动及及破破碎碎过过程程，将将经经过过掘掘巷巷期期间间从从产产生生到到明明显显增增大大缓缓慢慢增增长长趋趋向向稳稳定定岩岩石石破破碎碎冒冒落落期期间间显显著著增增大大逐逐渐渐降降低低趋趋向向稳稳定定6个个时时期期。认认识识到到这这种种巷巷道道围围岩岩从从掘掘进进巷巷道道到到围围岩岩破破坏坏期期间间压压力力变变化化的的动动态态过过程程，对对于于正正确确选选择择支支护护结结构构类类型型，及及时时发发挥挥

37、支支护护的作用，防止围岩的不利影响，是非常有用的。的作用，防止围岩的不利影响，是非常有用的。围围岩岩压压力力的的大大小小，是是由由围围岩岩的的变变形形移移动动和和破破碎碎状状况况决决定定的的。变变形形的的大大小小首首先先决决定定于于原原岩岩应应力力，而而原原岩岩应应力力的的大大小小与与深深度度成成正正比比。所所以以巷巷道道埋埋深深越越大大，变变形形越越大大，围围岩岩压压力力也也越越大大。在在同同一一深深度度条条件件下下，构构造造应应力力较较大大的的地地区区，围围岩岩压压力力因变形增大而显著增大。因变形增大而显著增大。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

38、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？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？它包括哪两个方面什么是原岩应力？它包括哪两个方面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？