全应力应变曲线.ppt

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1、岩石力学基本性质及矿山压力主讲老师：赵源目录岩石力学基本性质矿山压力相互关系相互关系基础表现基础表现宏观表现宏观表现岩石的物理力学性质是岩体最基本、最重要的性质之一，也是岩石力学中研究最早、最完善的内容之一。岩石的岩石的基本概念岩石的基本概念；岩石的空隙性的空隙性；岩体力学特征及变形特性特征及变形特性；岩石的破坏机理和强度理论破坏机理和强度理论；岩石力学基本性质 1.概念 岩石：岩石：矿物或岩屑在地质作用下按一定规律聚集形成的自然物体。（岩石（岩石 =矿物颗粒矿物颗粒 +胶结物胶结物 +孔隙孔隙 +水）水）矿物：矿物：存在地壳中的具有一定化学成分和物理性质的自然元素和化合物。结构：结构：组成岩

2、石的物质成分、颗粒大小和形状以及其相互结合的情况。(结晶、胶结)构造构造:组成成分的空间分布及其相互间排列关系。（节理、裂隙、空隙、边界、缺陷）矿物、结构、构造矿物、结构、构造 是影响岩石力学性质和物理性质的三个重要因素是影响岩石力学性质和物理性质的三个重要因素。一、岩石的基本概念一、岩石的基本概念 岩浆岩：岩浆岩：强度高、均质性好2.2.岩石地质分类岩石地质分类 沉积岩：沉积岩：强度不稳定，各向异性 变质岩：变质岩：不稳定，与变质程度和岩性有关3.3.沉积岩石的力学特性：沉积岩石的力学特性：不连续性；（物质不能充满空间，有空隙存在）各向异性；（任一点的物理、力学性质沿不同方向均不相同）不均匀

3、性；（由不同物质组成，各点物理力学性质都不相同）岩块单元的可移动性；地质因素影响特性（水、气、热、初应力）（上述特性导致岩石力学的研究方法以实验测试为主）二、岩石的空隙性二、岩石的空隙性 空隙：空隙：岩石中孔隙和裂隙的总称。岩石中孔隙和裂隙的总称。空空隙隙度度：指指岩岩石石的的裂裂隙隙和和孔孔隙隙发发育育程程度度，其其衡衡量量指指标标为为空空隙隙率率(n)(n)或或空隙空隙比（比（e e）。）。小开型空隙小开型空隙空隙空隙闭型空隙闭型空隙开型空隙开型空隙大开型空隙大开型空隙 闭型空隙：闭型空隙：岩石中不与外界相通的空隙。岩石中不与外界相通的空隙。开型空隙：开型空隙：岩石中与外界相通的空隙。包括

4、大开型空隙和小开型空隙。岩石中与外界相通的空隙。包括大开型空隙和小开型空隙。在常温下水能进入大开型空隙，而不能进入小开型空隙。只有在真空中或在在常温下水能进入大开型空隙，而不能进入小开型空隙。只有在真空中或在150150个大气压以上，水才能进入小开型空隙。个大气压以上，水才能进入小开型空隙。弹弹性性：指指物物体体在在外外力力作作用用下下发发生生变变形形，当当外外力力撤撤出出后后变变形形能够恢复的性质能够恢复的性质。塑塑性性：指指物物体体在在外外力力作作用用下下发发生生变变形形，当当外外力力撤撤出出后后变变形形不能恢复的性质。不能恢复的性质。粘粘性性（流流变变性性）：物物体体受受力力后后变变形形

5、不不能能在在瞬瞬间间完完成成，且且应应变速度（变速度（d/dtd/dt）随应力大小而变化的性质。）随应力大小而变化的性质。脆性脆性：物体在外力作用下变形很小时就发生破坏的性质。：物体在外力作用下变形很小时就发生破坏的性质。延延性性：物物体体能能够够承承受受较较大大的的塑塑性性变变形形而而不不丧丧失失其其承承载载能能力力的性质。的性质。三、岩石的三、岩石的变形特性变形特性 岩石的力学性质包括：岩石的力学性质包括：变形性质：研究岩石在受力情况下的变形规律 强度特性：研究岩石受力破坏的规律四、岩石的弹性和塑性：四、岩石的弹性和塑性：变形分析的重要性（直观、易测、建立模型、准则）1、弹性变形：弹性变形

6、：线弹性非线弹性 滞弹性 线弹性直线型；当岩石致密，强度大，压力不高时，为此状态。非线弹性单向曲线型；基本没有。滞弹性双向曲线型，岩石多属滞弹性：滞弹性滞弹性应力应变不是唯一的对应关系，应变的产生（变化）较应力 的变化有一段时间的滞后。原因：物理学认为，当作用在滞弹性体上的力发生改变时，由于受力体内部物质的粘性或内摩擦的原因，引起变形效应滞后和迟延。滞弹性体具有两个重要性质：弹性滞后弹性滞后由于内摩擦原因，岩石随应力变化出现的变形滞后。弹弹性性后后效效由于热传导等原因，外力停止变化，而变形仍随时间而缓慢变化。理想塑性具有应变硬化的塑性2、塑性变形：、塑性变形：岩石塑性普遍存在；岩石塑性与岩石的

7、组成、结构、构造及外界环境有关。（颗粒及胶结物物质成分、排列结合、含水、温度、应力等）理想塑性理想塑性超过弹性极限，进入完全塑性状态（极少）；应变硬化应变硬化超过弹性极限，承载能力随应变增加而增加。3、一般岩石的变形：、一般岩石的变形：瞬时弹性变形 后效弹性变形 塑性变形 岩石与其它金属及晶体矿物不同，因其有节理、裂隙存在，在应力不高阶段，内部结构即有破坏，在产生弹性变形的同时，产生塑性变形。岩石不是理想的弹性体、塑性体、粘性体，是混合体。岩石不是理想的弹性体、塑性体、粘性体，是混合体。有弹塑；塑弹；弹粘塑；粘弹等多种变形特性。（粘性粘性变形不能在瞬间完成，变形速率随应力变化。）典型变形性质：

8、典型变形性质：直线型直线型弹脆弹塑下凹型下凹型塑弹上凹型上凹型弹粘平缓平缓 型型塑弹塑S 型型五、岩石单向压缩变形性质：五、岩石单向压缩变形性质：1、轴向变形：、轴向变形：2、横向变形：、横向变形：普通试验机下岩石应力、应变曲线普通试验机下岩石应力、应变曲线刚性试验机下岩石应力、应变曲线刚性试验机下岩石应力、应变曲线 （1 1）0A0A段：微裂隙闭合阶段段：微裂隙闭合阶段,微裂隙压密极限微裂隙压密极限A A。（2）ABAB段：近似直线，弹性阶段，段：近似直线，弹性阶段，B B 为弹性极限。为弹性极限。（3）BCBC段：屈服阶段，段：屈服阶段，C C为屈服极限。为屈服极限。（4 4）CDCD段：

9、破坏阶段，段：破坏阶段，D D为强度极限，即单轴抗压强度。为强度极限，即单轴抗压强度。（5 5）DEDE段：即破坏后阶段段：即破坏后阶段,E E为残余强度。为残余强度。3、全应力应变曲线：、全应力应变曲线：孔隙裂隙压密阶段（OA段）：即试件中原有张开性结构面或微裂隙逐渐闭合，岩石被压密，形成早期的非线性变形，曲线呈上凹型。在此阶段试件横向膨胀较小，试件体积随载荷增大而减小。本阶段变形对裂隙化岩石来说较明显，而对坚硬少裂隙的岩石则不明显，甚至不显现。弹性变形至微弹性裂隙稳定发展阶段（AC段：该阶段的应力应变曲线成近似直线型。其中，AB段为弹性变形阶段，BC段为微破裂稳定发展阶段。非稳定破裂发展阶

10、段，或称累进性破裂阶段（CD段）：C点是岩石从弹性变为塑性的转折点，称为屈服点。相应于该点的应力为屈服极限，其值约为峰值强度的2/3。进入本阶段后，微破裂的发展出现了质的变化，破裂不断发展，直至试件完全破坏。试件由体积压缩转为扩容，轴向应变和体积应变速率迅速增大。本阶段的上界应力称为峰值强度。破裂后阶段（D点以后段）：岩块承载力达到峰值强度后，其内部结构遭到破坏，但试件基本保持整体状。到本阶段，裂隙快速发展，交叉且相互联合形成宏观断裂面。此后，岩块变形主要表现为沿宏观断裂面的块体滑移，试件承载力随变形增大迅速下降，但并不降到零，说明破裂的岩石仍有一定的承载力。预测岩爆预测岩爆若AB，会产生岩爆

11、若BA，不产生岩爆。预测蠕变破坏预测蠕变破坏当应力水平在H点以下时保持应力恒定，岩石试件不会发生蠕变。应力水平在G-H点之间保持恒定。蠕变应变发展会和蠕变终止轨迹相交，蠕变将停止，试件不会破坏。若应力水平在G点及以上保持恒定，则蠕变应变发展就和全应力应变曲线的右半部，试件将发生破坏。预测循环加载条件下岩石的破坏。预测循环加载条件下岩石的破坏。循环荷载：爆破，而且是动荷载。在高应力水平下循环加载，岩石在很短时间内就破坏。在低应力水平下循环加载，岩石可以经历相对较长一段时间，岩石工程才会发生破坏。所以，根据岩石受力水平，循环荷载的大小、周期、全应力应变曲线来预测循环加载条件下岩石破坏时间。应力应力

12、-应变曲线的外包线与连续加载条件下的曲线基本一应变曲线的外包线与连续加载条件下的曲线基本一致，说明加、卸荷过程并未改变岩块变形的基本习性，致，说明加、卸荷过程并未改变岩块变形的基本习性，这种现象称为这种现象称为岩石记忆岩石记忆。随循环次数增加，塑性滞回环的随循环次数增加，塑性滞回环的面积有所扩大，卸载曲线的斜率面积有所扩大，卸载曲线的斜率（代表岩石的弹性模量）逐次略（代表岩石的弹性模量）逐次略有增加，这个现象称为有增加，这个现象称为强化强化。每次加荷、卸荷曲线都不每次加荷、卸荷曲线都不重合，且围成一环形面积重合，且围成一环形面积称为回滞环称为回滞环岩块的破坏产生在反复加、卸荷曲线与应力岩块的破

13、坏产生在反复加、卸荷曲线与应力-应变全应变全过程曲线交点处。这时的循环加、卸荷试验所给定过程曲线交点处。这时的循环加、卸荷试验所给定的应力，称为疲劳强度。它是一个比岩块单轴抗压的应力，称为疲劳强度。它是一个比岩块单轴抗压强度低且与循环持续时间等因素有关的值。强度低且与循环持续时间等因素有关的值。1.1.破坏形式破坏形式u脆性破坏围压小、温度较低、岩石坚硬的情况下发生的，特点是破坏前变形小，当继续加载时岩石突然破坏，岩石碎块强烈弹出。通常把在外力作用下破坏总应变小于3的岩石称为脆性岩石。u塑性破坏又称延性破坏、韧性破坏，多发生围压大、温度高、岩石软的情况下发生的，特点是破坏前变形大，表现出明显的

14、塑性变形。通常把在外力作用下破坏总应变大于5的岩石称为塑性岩石。2.2.破坏机理破坏机理 只有两种基本类型：拉坏和剪坏第三节第三节 岩石的破坏机理和强度理论岩石的破坏机理和强度理论一、岩石的破坏机理一、岩石的破坏机理（三）库伦（三）库伦（Coulomb)Coulomb)准则准则 1773 1773年库伦提出了一个重要的准则（年库伦提出了一个重要的准则（“摩擦摩擦”准则）。准则）。库伦认为，材料的破坏主要是库伦认为，材料的破坏主要是剪切破坏剪切破坏，当材料某一斜面，当材料某一斜面上的剪应力达到或超过该破坏面上的粘结力和摩擦阻力之上的剪应力达到或超过该破坏面上的粘结力和摩擦阻力之和，便会造成材料沿

15、该斜面产生剪切滑移破坏。和，便会造成材料沿该斜面产生剪切滑移破坏。式中：式中：f f 材料剪切面上的抗剪强度；材料剪切面上的抗剪强度；c c材料的粘结力；材料的粘结力；剪切面上的正应力。剪切面上的正应力。（四（四）莫尔强度理论）莫尔强度理论1 1、莫尔强度理论的基本思想、莫尔强度理论的基本思想 ：莫尔强度理论是建立在试验数据的统计分析基础之莫尔强度理论是建立在试验数据的统计分析基础之上的。上的。19101910年莫尔提出材料的破坏是剪切破坏，材料在年莫尔提出材料的破坏是剪切破坏，材料在复杂应力状态下，某一斜面上的剪应力达到一极限值，复杂应力状态下，某一斜面上的剪应力达到一极限值，造成材料沿该斜

16、面产生剪切滑移破坏，且破坏面平行于造成材料沿该斜面产生剪切滑移破坏，且破坏面平行于中间主应力中间主应力2 2作用方向（即作用方向（即2 2不影响材料的剪切破坏），不影响材料的剪切破坏），破坏面上的剪应力破坏面上的剪应力f f 是该面上法向应力是该面上法向应力的函数的函数,即：即：f f()2 2、莫尔强度包络线：、莫尔强度包络线：指各极限应力圆的破坏点所组成的轨迹线。指各极限应力圆的破坏点所组成的轨迹线。f f f()f()在在f f 坐标中是一条曲线，称为莫尔包络线，坐标中是一条曲线，称为莫尔包络线，表示材料受到不同应力作用达到极限状态时，滑动面上的表示材料受到不同应力作用达到极限状态时，滑

17、动面上的法向应力法向应力与剪应力与剪应力f f 的关系。极限应力圆上的某点与的关系。极限应力圆上的某点与强度包络线相切，即表示在该应力状态下材料发生破坏。强度包络线相切，即表示在该应力状态下材料发生破坏。用极限应力表示的莫尔圆称为极限莫尔应力圆（简称极用极限应力表示的莫尔圆称为极限莫尔应力圆（简称极限应力圆）。限应力圆）。莫尔强度包络线的意义：莫尔强度包络线的意义：包络线上任意一点的坐标都包络线上任意一点的坐标都代表岩石沿某一剪切面剪切破坏所需的剪应力和正应力，代表岩石沿某一剪切面剪切破坏所需的剪应力和正应力，即任意一点都对应了一个与之相切的极限应力圆。即任意一点都对应了一个与之相切的极限应力

18、圆。莫尔强度包络线的应用：莫尔强度包络线的应用：运用强度曲线可以直接判断岩运用强度曲线可以直接判断岩石能否破坏。将应力圆与强度曲线放在同一个坐标系中，若石能否破坏。将应力圆与强度曲线放在同一个坐标系中，若莫尔应力圆在包络线之内，则岩石不破坏；若莫尔应力圆与莫尔应力圆在包络线之内，则岩石不破坏；若莫尔应力圆与强度曲线相切，则岩石处于极限平衡状态；若莫尔应力圆与强度曲线相切，则岩石处于极限平衡状态；若莫尔应力圆与强度曲线相交，则岩石肯定破坏。强度曲线相交，则岩石肯定破坏。莫尔强度包络线与应力圆莫尔强度包络线与应力圆3 3、莫尔库仑强度理论、莫尔库仑强度理论 f f=f(f()所表达的是一条曲线，该

19、曲线的型式有：直所表达的是一条曲线，该曲线的型式有：直线型、抛物线型、双曲线型、摆线型。而直线型与库伦准则线型、抛物线型、双曲线型、摆线型。而直线型与库伦准则表达式相同，因此，也称为库伦莫尔表达式相同，因此，也称为库伦莫尔强度理论。强度理论。由库仑公由库仑公式表示莫尔包络线的强度理论，称为莫尔库仑强度理论。式表示莫尔包络线的强度理论，称为莫尔库仑强度理论。用主应力表示：用主应力表示：上式也称为极限平衡方程。上式也称为极限平衡方程。莫尔库仑强度理论不适合剪切莫尔库仑强度理论不适合剪切面上正应力为拉应力的情况。面上正应力为拉应力的情况。（五）格里菲斯强度理论（五）格里菲斯强度理论（Griffith

20、Griffith的脆性断裂理论）的脆性断裂理论）1921 1921年格里菲斯在年格里菲斯在研究脆性材料的基础上，研究脆性材料的基础上，提出了评价脆性材料的提出了评价脆性材料的强度理论。该理论大约强度理论。该理论大约在上世纪在上世纪7070年代末年代末8080年年代初引入到岩石力学研代初引入到岩石力学研究领域。究领域。（1 1）在脆性材料内部存）在脆性材料内部存在着许多杂乱无章的扁平在着许多杂乱无章的扁平微小张开裂纹。微小张开裂纹。在外力在外力作用下，这些裂纹尖端作用下，这些裂纹尖端附附近近产生很大的拉应力集中，产生很大的拉应力集中，导致新裂纹产生，原有裂导致新裂纹产生，原有裂纹扩展、贯通，从而

21、使材纹扩展、贯通，从而使材料产生宏观破坏。料产生宏观破坏。1、格里菲斯强度理论的基本思想：、格里菲斯强度理论的基本思想：（2 2）裂纹将沿着与最大拉应力作用方向相垂直的方向扩展。）裂纹将沿着与最大拉应力作用方向相垂直的方向扩展。式中：式中：新裂纹长轴与原裂纹新裂纹长轴与原裂纹长轴的夹角；长轴的夹角；原裂纹长轴与最大主原裂纹长轴与最大主应力的夹角。应力的夹角。采场矿山压力概述采场矿山压力概述掌握矿山压力的必要性掌握矿山压力的必要性 生态环境保护：水、瓦斯、地表、矸石等。保证安全和正常生产：通风、行人、生产。减少资源损失：减小煤柱等。改善开采技术：巷道支护、采煤方法。提高社会和经济效益。矿矿山山压

22、压力力：由由于于矿矿山山开开采采活活动动的的影影响响，在在巷巷硐硐周周围围岩岩体体中中形形成成的的和和作用在巷硐支护物上的力。作用在巷硐支护物上的力。矿矿山山压压力力显显现现：矿矿山山压压力力作作用用下下引引起起的的各各种种力力学学现现象象，以以及及在在岩岩体体中产生的动力现象。中产生的动力现象。矿山压力控制：矿山压力控制：减轻、调节、改变和利用矿山压力作用的各种方法。减轻、调节、改变和利用矿山压力作用的各种方法。采场矿山压力概述采场矿山压力概述 回回采采工工作作面面/采采场场：直直接接进进行行采采煤煤或或采采其其它它矿矿物物的的工工作作空空间间称称为为回回采采工工作作面面或或简简称称为为采采

23、场场。我我国国煤煤矿矿主主要要采采用用长长壁壁采采煤煤法法，工工作作面面煤煤壁壁长长度度通通常常150 200 m，推推进进方方向向10002000m。最最长长的的回回采采工工作作面面已已经经达达到到400m，推推进进度度最最大大的的已已经经达到达到11kmq顶板顶板：赋存在煤层之上的岩层称为顶板或称为上覆岩层赋存在煤层之上的岩层称为顶板或称为上覆岩层。底板：底板：位于煤层下方的岩层称为底板。位于煤层下方的岩层称为底板。直直接接顶顶：直直接接位位于于煤煤层层上上方方的的一一层层或或几几层层性性质质相相近近的的岩岩层层称称为为直直接接顶顶。直直接接顶指采空区已经冒落岩层的总合。顶指采空区已经冒落

24、岩层的总合。伪伪顶顶：在在煤煤层层与与直直接接顶顶之之间间有有时时存存在在厚厚度度小小于于0.30.5 m、极极易易垮垮落落（随随采采随冒）的软弱岩层，称为伪顶。随冒）的软弱岩层，称为伪顶。基基本本顶顶：位位于于直直接接顶顶之之上上(有有时时直直接接位位于于煤煤层层之之上上)对对采采场场矿矿山山压压力力直直接接造造成成影响的厚而坚硬的岩层称为基本顶影响的厚而坚硬的岩层称为基本顶/老顶。老顶。顶板下沉：顶板下沉：一般指煤壁到采空区边缘裸露的顶底板相对移近量。常用一般指煤壁到采空区边缘裸露的顶底板相对移近量。常用s s表示。表示。有时为了对比，把顶板下沉换算为单位采高、单位推进度的顶板下沉量，有时

25、为了对比，把顶板下沉换算为单位采高、单位推进度的顶板下沉量，以每米采高、每米推进度下沉量表示，即以每米采高、每米推进度下沉量表示，即：q顶板下沉速度：顶板下沉速度：指单位时间内顶底板移近量指单位时间内顶底板移近量以以mm/hmm/h计算，它表示顶板活计算，它表示顶板活动的剧烈程度。动的剧烈程度。采场矿山压力概述采场矿山压力概述 局部冒顶：局部冒顶：指回采工作面顶板形成局部塌落，影响回采工作的正常进行。指回采工作面顶板形成局部塌落，影响回采工作的正常进行。工工作作面面顶顶板板沿沿煤煤壁壁切切落落（或或称称大大面面积积冒冒顶顶）：指指采采面面由由于于顶顶板板来来压压而而导导致顶板沿工作面切落，它常

26、严重影响工作面的生产。致顶板沿工作面切落，它常严重影响工作面的生产。煤煤壁壁片片帮帮：指指采采面面运运输输机机前前面面煤煤体体在在没没有有采采煤煤机机切切割割时时，受受支支承承压压力力作作用发生破坏塌落显现。用发生破坏塌落显现。采场矿山压力概述采场矿山压力概述 煤层开采后，将首先引起直接顶的垮落。煤层开采后，将首先引起直接顶的垮落。回回采采工工作作面面从从开开切切眼眼开开始始向向前前推推进进，直直接接顶顶悬悬露露面面积增大，当达到其极限跨距时开始垮落。积增大，当达到其极限跨距时开始垮落。直接顶第一次垮落高度超过直接顶第一次垮落高度超过11.5 m，范围超过全，范围超过全工作面长度的一半，叫做直

27、接顶初次垮落，此时直接顶工作面长度的一半，叫做直接顶初次垮落，此时直接顶的跨距称为的跨距称为“直接顶初次垮落距直接顶初次垮落距”。直接顶的垮落直接顶的垮落采场矿山压力概述采场矿山压力概述 直接顶初次垮落前，相对基本顶而言，其变形大，直接顶初次垮落前，相对基本顶而言，其变形大，容易出现直接顶与老顶间的离层。对直接顶初次垮落前容易出现直接顶与老顶间的离层。对直接顶初次垮落前可以简化为可以简化为“两端固支梁两端固支梁”式结构，其离层与变形分析式结构，其离层与变形分析如下。如下。直接顶直接顶老老 顶顶直接顶初次垮落前的离层分析直接顶初次垮落前的离层分析 采场矿山压力概述采场矿山压力概述 回回采采工工作

28、作面面从从开开切切开开始始采采煤煤，采采空空区区范范围围逐逐渐渐增增大大，当当老老顶顶悬悬露露达达到到极极限限跨跨距距时时，老老顶顶断断裂裂形形成成三三铰铰拱拱式式的的平平衡衡，同同时时发发生生已已破破断断的的岩岩块块回回转转失失稳稳（变变形形失失稳稳），有有时时可可能能伴伴随随滑滑落落失失稳稳（顶顶板板的的台台阶阶下下沉沉），从从而而导导致致工工作作面面顶顶板板的的急急剧剧下下沉沉。此此时时，工工作作面面支支架架呈呈现现受受力力普普遍遍加加大大现现象，即称为象，即称为老顶的初次来压老顶的初次来压。老顶的初次来压老顶的初次来压采场矿山压力概述采场矿山压力概述 老老顶顶初初次次来来压压前前，采采

29、场场顶顶板板压压力力并并不不大大，但但煤煤壁壁内内的的支支承承压压力力却却达达到到了了最最大大值值。所所以以，煤煤帮帮的的变变形形与与塌塌落落(片片帮帮)，常常常常是是预预示示工工作作面面顶顶板板来来压压的的一一个个重重要要标志。标志。老老顶顶初初次次来来压压前前强强大大的的前前支支承承压压力力可可能能导导致致直直接接顶顶在在煤煤壁壁前前方方剪剪切切破破坏坏，形形成预成裂隙，不利于顶板管理。成预成裂隙，不利于顶板管理。老顶初次来压比较突然，易使人疏忽大意。老顶初次来压比较突然，易使人疏忽大意。老老顶顶初初次次来来压压对对回回采采工工作作面面的的影影响响较较大大，必必须须掌掌握握初初次次来来压压

30、步步距距的的大大小小，及时采取对策（如加强木垛、抬棚、斜撑等）。及时采取对策（如加强木垛、抬棚、斜撑等）。老顶初次来压步距越大，工作面来压显现越剧烈。老顶初次来压步距越大，工作面来压显现越剧烈。老老顶顶初初次次来来压压步步距距与与来来压压强强度度，与与老老顶顶岩岩层层的的力力学学性性质质、厚厚度度、破破断断岩岩块咬合条件、直接顶厚度、采高等因素有关。块咬合条件、直接顶厚度、采高等因素有关。采场矿山压力概述采场矿山压力概述来压的预测预报；来压的预测预报；加强支护；加强支护；工工作作面面与与开开切切眼眼斜斜交交，使使老老顶顶悬悬板板呈呈梯梯形形，根根据据顶顶板板达达极极限限跨跨度度时时破破断断的的

31、原原理理，老老顶顶初初次次来来压压的的破破断断将将不不致致于于造造成成工工作作面面全全面面来来压压，而而呈呈局局部部来来压压。让让工工作作面面呈呈局局部部来来压。压。预防老顶初次来压期间造成事故的主要措施预防老顶初次来压期间造成事故的主要措施预防老顶初次来压期间造成事故的主要措施预防老顶初次来压期间造成事故的主要措施采场矿山压力概述采场矿山压力概述结论结论 老顶的初次来压步距：与老顶初次断裂步距相当。老顶的初次来压步距：与老顶初次断裂步距相当。动载系数：支架来压时载荷与平时载荷之比。动载系数：支架来压时载荷与平时载荷之比。老顶初次步距越大，工作面来压显现越剧烈，相应的动老顶初次步距越大，工作面

32、来压显现越剧烈，相应的动载系数也越大。载系数也越大。老顶初次来压步距是老顶岩层分类的主要依据。老顶初次来压步距是老顶岩层分类的主要依据。据统计，据统计，我国煤矿现有生产工作面中，我国煤矿现有生产工作面中，我国初次来压步距我国初次来压步距1030m占占54，3055m占占37.5。山西大同矿有的矿井有的老顶山西大同矿有的矿井有的老顶初次来压步距达到初次来压步距达到160 m左右。左右。采场矿山压力概述采场矿山压力概述 随随着着回回采采工工作作面面的的推推进进，在在老老顶顶初初次次来来压压以以后后，裂裂隙隙带带岩岩层层形形成成的的结结构构将将始始终终经经历历“稳稳定定失失稳稳再再稳稳定定”周周而而

33、复复始始的的变变化化过过程程。老老顶顶岩岩层层的的周周期期性性破破断断而而引引起起“砌砌体体梁梁”结结构构的的周周期期性性失失稳稳而而引引起起的的顶顶板板来来压现象称为压现象称为采场周期来压采场周期来压。周周期期来来压压的的主主要要表表现现形形式式是是：顶顶板板下下沉沉速速度度急急剧剧增增加加，顶顶板板的的下下沉沉量量变变大大；支支柱柱载载荷荷普普遍遍增增加加；有有时时还还可可能能引引起起煤煤壁壁片片帮帮、顶顶板板台台阶阶下下沉沉、支支柱柱折折损损，甚甚至工作面冒顶事故。至工作面冒顶事故。采场矿山压力概述采场矿山压力概述周期来压期间顶板的控制：周期来压期间顶板的控制：周期来压期间顶板的控制：周

34、期来压期间顶板的控制：直接顶传递老顶的作用力及支架的支撑力。因此，保证直接顶的完整直接顶传递老顶的作用力及支架的支撑力。因此，保证直接顶的完整性对老顶的控制有十分重要的意义。性对老顶的控制有十分重要的意义。但是，在老顶来压期间。由于煤壁前方强大的支承压力，使得直接顶但是，在老顶来压期间。由于煤壁前方强大的支承压力，使得直接顶在煤壁前方形成剪切破断，不利于直接顶的管理。在煤壁前方形成剪切破断，不利于直接顶的管理。此外，来压大小与直接顶在采空区冒落矸石充满采空区的程度直接相此外，来压大小与直接顶在采空区冒落矸石充满采空区的程度直接相关。采空区冒落愈严实，老顶对工作面影响愈小；反之，则越大。关。采空

35、区冒落愈严实，老顶对工作面影响愈小；反之，则越大。老顶来压时老顶控制不当，将导致工作面的垮顶现象老顶来压时老顶控制不当，将导致工作面的垮顶现象。措施：措施：来来压的预测预报。压的预测预报。加强加强支护支护。工作面工作面与开切眼斜交，使老顶悬板呈梯形，让与开切眼斜交，使老顶悬板呈梯形，让工作面工作面 呈呈局部来压局部来压。采场矿山压力概述采场矿山压力概述蝶形巷道“孔”周围的应力分布蝶形塑性区理论计算与数值模拟结果，实现了非均匀应力场条件下理论上的重大飞跃，认为围岩的偏应力张量是产生不规则塑性区的根本原因，论述了巷道围岩蝶形塑性区的基本几何特征和关键影响因素，并阐述了围岩的非对称大变形是有蝶形塑性

36、区引起的力学机制“孔”周围的应力分布“孔”周围的应力分布“孔”周围的应力分布(1)煤层巷道蝶型冲击地压机理应用蝶形塑性区理论搭建了应力环境与冲击地压围岩变形破坏特征之间的理论桥梁，从理论上合理解释了冲击地压启动后煤岩变形破坏的局部化问题，将冲击地压发生时伴随的物理现象统一到蝶叶突变的理论框架内。(2)尽管提出煤巷蝶型冲击地压机理还处于“猜想”阶段，但是在理论上和数值模拟分析方面所做的基础工作已经证明了巷道蝶形塑性区的存在、找到了蝶叶大规模扩展的变化规律、阐明了蝶叶塑性区爆炸式急剧扩展的力学本质和物理过程、获得了蝶叶塑性区爆炸式急剧扩展引发冲击地压的判定准则，并利用该理论猜想合理解释了巷道顶板冲

37、击、底板冲击、煤帮冲击等不同类型的冲击地压发生机理。(4)该猜想将千变万化的各类巷道冲击地压机理研究高度凝聚为巷道围岩塑性区的产生、演化和爆炸式急剧扩展的科学问题，将复杂繁琐的冲击地压判定准则抽象为寻求巷道围岩蝶叶突变条件的纯数学力学问题，将具体巷道冲击地压评价因素简化为区域应力和破坏煤岩的煤岩体强度两类均可用常规方法直接测量参量的关键参数，使冲击地压判定具有可操作性和高度实用性。(3)该猜想关于冲击地压发生机理的解释，可以与已有普遍认可的冲击地压理论相互印证和补充，例如蝶叶突变的应力强度条件符合强度理论“应力达到煤岩体强度极限，煤岩体突然破坏引起冲击地压”的观点，区别在于蝶型冲击地压机理更加具体的解释了巷道围岩达到极限强度后的冲击区域(蝶叶位置）。谢 谢！