頂板災害防治

第一部分 基礎理論知識
一、有關礦山壓力的 基礎知識
(一) 岩石的物理力學性質
1、岩石的物理性質
（1）岩石的重力密度γ（容重）：岩石所受的重力與包括空隙在內的岩石總體積之比。

如砂岩的重力密度（容重）為：γ=19.6KN/m³-27.5KN/m³
（2）岩石的孔隙率 (n):岩石的孔隙體積與其總體積之比。

沉積岩的孔隙率一般小於10%，但部分礫岩和膠結性較差的砂岩孔隙率可達標10%~20%。
（3）岩石的碎脹性:岩石破碎後體積增大的性質。

殘餘碎脹性係數( kp。)：破碎岩石在礦山壓力作用下，壓實後的體積與破碎前的體積之比。

2、岩石的變形性質
岩石單軸壓縮，應力（σ）─應變（ε）曲線。（見圖1）
應力σ：單位麵積上的力 ；應變=（L–L′）⁄ L

（1）壓縮階段；
（2）彈性變形階段；
（3）塑性變形階段，直至破壞。
岩石性質不同，應力─應變曲線各不相同。
3、岩石強度性質
（1）強度概念：抵抗外力(應力)而不破壞的能力。
根據應力狀態，強度有：抗壓強度，抗拉強度，抗剪強度,抗彎強度；
抗壓強度：單向抗壓強度，雙向抗壓強度，三向抗壓強度。
（2）強度的特征
抗壓>抗剪>抗彎>抗拉


三向抗壓>雙向抗壓>單向抗壓；
三向抗壓強度，側壓力愈大強度愈大：

（3）岩石強度的指標: f稱為普氏係數

硬石灰岩、硬砂岩，f=8；普通砂岩，f=6；
砂質頁岩，f=5；礫岩，f=4；
普通頁岩，f=3；軟頁岩、無煙煤，f=2；
煤，f=1-1.5。
4、岩體的變形與強度特性
岩體與岩塊特性的差別：
（1）構造上的差別：岩體充滿裂隙、層理等弱麵；
（2）受力狀態差別：岩體受三向應力；
（3）岩塊尺寸不同，強度也不同；岩塊尺寸愈大，強度愈小。
岩體被許多裂縫切割，但塊度也很大。
（二）礦山岩體內原始應力分布規律
1、自重力
地下岩體處於三向應力狀態。

2、構造應力（見圖2）

原因：構造應力。地殼運動使岩體變形，岩體內儲存彈性變形能。當應力超過岩體強度時，岩體破壞，能量全部或部分釋放。未釋放的能量，變為構造應力（殘餘應力）。

構造應力特征：

（三）孔的周圍應力分布（見圖3）





4、大小孔周圍的應力

5、壓力在底板內傳播（見圖5）

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