[科普中国]-应力增高区

随着采煤工作面的不断推进,将引起上覆岩层的移动与破断,形成采动裂隙;同时上覆岩体的应力亦重新分布,使一些区域出现应力增高区,一些区域出现应力降低形成采动覆岩卸压区。1

底板岩层受附加应力影响的区域划分煤层未开挖时,底板岩层处于三维应力平衡状态,内部应力的分布是均匀的、平缓的。随着煤层的开采,底板岩层内部应力平衡状态被破坏,应力进行了重新分布。在工作面推进过程中,煤层底板具有工作面前方压缩、后方膨胀及恢复3个阶段,这3个阶段随着工作面推进而重复出现,根据这一特征,沿煤层走向,可将底板岩层因受采动影响而产生的附加应力按照位置的不同划分为3个区域。

(1)底板应力增高区。该区位于工作作面前方,底板应力明显增大,在该区域内,底板岩体在集中应力和支承压力的联合作用下,呈现前方受水平挤压,后方受水平引张的应力状态,从而导致煤层底板岩体产生原位节理、裂隙等结构面。

(2)底板应力降低区。在这个范围内,煤体不能将矿山压力有效的传递到底板深部岩体内。

(3)底板应力恢复区。随着工作面的开采,附加应力均有明显的降低,表明在采空区应力总是小于原始应力,即该区为卸压状态,在这个范围外,附加加应力有增加的趋势,表明应力逐渐恢复。2

岩体变形对围岩应力分布的影响岩体弹性变形和塑性变形均对围岩应力分布有影响,应力大小和变化又直接影响岩体变形。围岩应力未超过岩体强度之前,岩体以弹性变形为主;当岩体的=1时,困国岩应力重分布而在洞壁附近出现应力增高区或“紧密圈”。离开3倍洞径附近,应力接近天然状态,称天然应力区或“天然状态圈”。当应力增高值达到或超过围岩强度时,围岩进入塑性变形状态,在洞壁附近产生裂隙、破坏、松胀,因而应力释放、降低,出现应力降低区或“松动圈为围岩强度被削弱的地带。若洞壁没有衬砌保护,应力降低区的半径会扩大,应力增高区也向深处移动。这样,洞室围岩可同时存在应力降低区、应力增高区和天然应力区;即同时存在松动图、紧密圈和天然状态圈。松动圏是洞室围岩变形与破坏的重要地带。3

本词条内容贡献者为:

刘军 - 副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所