顶板灾害防治

　　第一部分基础理论知识

　　一、有关矿山压力的基础知识

　　（一）岩石的物理力学性质

　　1、岩石的物理性质

　　（1）岩石的重力密度γ（容重）：岩石所受的重力与包括空隙在内的岩石总体积之比。

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　　如砂岩的重力密度（容重）为：γ=19.6KN/m³-27.5KN/m³

　　（2）岩石的孔隙率（n）：岩石的孔隙体积与其总体积之比。

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　　沉积岩的孔隙率一般小于10%，但部分砾岩和胶结性较差的砂岩孔隙率可达标10%~20%。

　　（3）岩石的碎胀性：岩石破碎后体积增大的性质。

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　　残余碎胀性系数（kp。）：破碎岩石在矿山压力作用下，压实后的体积与破碎前的体积之比。

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　　2、岩石的变形性质

　　岩石单轴压缩，应力（σ）─应变（ε）曲线。（见图1）

　　应力σ：单位面积上的力；应变=（L–L′）⁄L

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　　（1）压缩阶段；

　　（2）弹性变形阶段；

　　（3）塑性变形阶段，直至破坏。

　　岩石性质不同，应力─应变曲线各不相同。

　　3、岩石强度性质

　　（1）强度概念：抵抗外力（应力）而不破坏的能力。

　　根据应力状态，强度有：抗压强度，抗拉强度，抗剪强度，抗弯强度；

　　抗压强度：单向抗压强度，双向抗压强度，三向抗压强度。

　　（2）强度的特征

　　抗压>抗剪>抗弯>抗拉

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　　三向抗压>双向抗压>单向抗压；

　　三向抗压强度，侧压力愈大强度愈大：

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　　（3）岩石强度的指标：f称为普氏系数

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　　硬石灰岩、硬砂岩，f=8；普通砂岩，f=6；

　　砂质页岩，f=5；砾岩，f=4；

　　普通页岩，f=3；软页岩、无烟煤，f=2；

　　煤，f=1-1.5。

　　4、岩体的变形与强度特性

　　岩体与岩块特性的差别：

　　（1）构造上的差别：岩体充满裂隙、层理等弱面；

　　（2）受力状态差别：岩体受三向应力；

　　（3）岩块尺寸不同，强度也不同；岩块尺寸愈大，强度愈小。

　　岩体被许多裂缝切割，但块度也很大。

　　（二）矿山岩体内原始应力分布规律

　　1、自重力

　　地下岩体处于三向应力状态。

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　　2、构造应力（见图2）

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　　原因：构造应力。地壳运动使岩体变形，岩体内储存弹性变形能。当应力超过岩体强度时，岩体破坏，能量全部或部分释放。未释放的能量，变为构造应力（残余应力）。

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　　构造应力特征：

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　　（三）孔的周围应力分布（见图3）

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　　4、大小孔周围的应力

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　　5、压力在底板内传播（见图5）

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