上覆岩层压力梯度及其拟合方法

1. 上覆岩层压力梯度及其拟合方法

上覆岩层压力是一个非常重要的地质参数，它是地下应力产生的主要根源，也是地层沉积压实的源动力。为便于计算，将上覆岩层压力的单位深度增加值定义为上覆岩层压力梯度，其表达式为：

科学超深井钻探技术方案预研究专题成果报告（下册）

式中：ρv为一定深度上覆岩层压力梯度，g/cm3；ρw为海水密度，g/cm3；hw为海水水深，m；ρ0为上部无密度测井地层段平均密度，g/cm3；h0为上部无密度测井地层段平均厚度，m；ρbi为一定深度的密度散点数据，g/cm3；Δh为深度间隔，m。
密度测井曲线可以比较真实的反映地下岩石的体密度随其埋深的变化规律，密度测井是求取上覆岩层压力最直接的手段。所以，式（4.1）又可以采用式（4.2）表达：

科学超深井钻探技术方案预研究专题成果报告（下册）

式中：ρ（z）为地层岩石密度，由密度测井求得，它是深度z的函数，kg/m3。
密度测井曲线主要受井径扩大率及钻井液浸泡的影响，井径扩大造成的井眼几何形状改变使密度极板贴不上井壁，导致密度数据降低，钻井液浸泡时间过长使井壁附近的泥岩发生蚀变，导致泥岩的密度读数小于实际密度值，所以，必须对密度测井曲线进行井径扩大及钻井液浸泡影响的校正。
4.2.1 井径扩大影响的校正
采用逐点估算和判断的方法进行校正。当前采样点估算密度值的公式为：

科学超深井钻探技术方案预研究专题成果报告（下册）

式中：ρfm为纯岩石密度；ρsh为泥岩密度值；Vsh为泥岩含量；ρe为校正后的密度值。
如果当前采样点密度读数ρe，且井径扩大值（井径减去钻头直径）大于给定的限定值ε，即dh-dB>ε，则令ρe作为当前采样点的密度近似值；若ρ≥ρe，则保留原始值ρ0。
4.2.2 钻井液浸泡影响的校正
对于水基钻井液，密度曲线浸泡影响校正可采用如下公式：

科学超深井钻探技术方案预研究专题成果报告（下册）

式中：ρc为校正后的密度值；ρ为密度测井值；a，b为模型系数。

2. 什么是上覆岩石啊？

　　上覆岩层压力（overburden pressure），又称积土压力或地静压力，是指覆盖在该地层以上的岩石及其岩石的孔隙中流体的总重量造成的压力，以P。表示上覆岩层压力。地下某一深处的上覆岩层压力就是指该点以上至地面岩石的重力和岩石孔隙内所含流体的重力之和施加于该点的压力。地下岩石平均密度大约为2．16～2．649/era3。平均上覆岩层压力梯度大约为22．62kPa/m。
　　上覆岩层压力梯度是所论及深度以上的平均密度。因为压实作用，上覆岩石压力梯度随深度而增大。但是，由于孔隙率很低，P s逼近P。。在继续埋藏和压实作用下，上覆岩层压力梯度将逐渐接近P。。因而在一很厚的沉积地层中平均体积密度约为2.3克/厘米^3，或19.2磅/加仑，1磅/英寸^2、英尺：
　　2.3×8.34磅/加仑=19.2磅/加仑或2.3×0.433=1磅/英寸^2、英尺。
　　陆上，由于压实较好，上覆岩石压力梯度可以假定接近1磅/英寸^2、英尺；海上，则由于海水深度、空隙高度和较厚的未固结的沉积物的影响，实际上覆岩层压力梯度可能低到14磅/加仑或0.73磅/英寸^2、英尺。
　　有效上覆岩层压力
　　由于孔隙压力增加，更多的上覆岩石被孔隙压力支撑，降低了有效上覆岩层压力。当孔隙压力等于上覆岩层压力时，有效上覆岩层压力为零；出现这种情况后，可能会出现重力滑移、穿刺和其他变形。有效上覆岩层压力是造成地层压实的动力。因此，除了孔隙压力等于上覆地层压力以外，只要异常压力带中的有效上覆岩层压力存在，压实过程就会进行，但效果很慢。

3. 上覆岩层压力是地应力中的垂向应力吗

(1)地应力影响岩体的承载能力：围压越大、承载能力越大。 (2)地应力影响岩体的变形和破坏机制。如在低围压条件下破坏的岩体，在高围压条件下呈现出塑性变形和塑性破坏。 (3)地应力影响岩体中的应力传播的法则。

4. 开采后上覆岩层形成结构有哪几种主要假说

（1）、压力拱假说 优点：对回采工作面前后的支承压力及回采空间处于减压范围作出了粗略的但是经典的解释。 缺点：对此拱的特性岩层变形、移动和破坏现象的发展过程以及支架与围岩的相互作用，并没有做任何分析。
（2）、悬臂梁假说 优点：此假说可以解释工作面区煤壁处顶板下沉量小，支架载荷也小，而距离煤壁越远则两者均大的现象，同时也可以解释工作面前方出现的周期来压现象； 缺点：未查明开采后上覆岩层活动规律，因此仅凭悬臂梁本身计算所得的顶板下沉量和支架载荷与实际所测差距相差甚远。
（3）、铰接岩块假说 优点：正确阐明了工作面上覆岩层的分带情况，并初步涉及岩层内部的力学关系及其可能形成的“结构”； 缺点：此假说未能对铰接岩块间的平衡条件做进一步探讨。
（4）、预成裂隙假说 优点：此假说从另一侧面解释了破断岩块的相互作用关系； 缺点：忽视了上覆岩层未发生裂隙岩层的受力情况。
（5）、“砌体梁”假说 优点：给出了破断岩块的咬合方式及平衡条件，同时还讨论了老顶破断时在岩体中引起的扰动，很好地解释了采场矿山压力显现规律，为采场矿山压力的控制及支护设计提供了理论依据。
（6）、关键层假说

5. 煤层开采后，上覆岩层按破坏方式可以分为哪几个区

采场上覆岩层悬露后发展到破坏有两种运动形式：弯拉破坏和剪切破坏。
弯拉破坏的发展过程是:随采场推进，上覆岩层悬露→在重力作用下弯曲→岩层悬露达一定跨度，弯曲沉降发展到一定限度后，在伸入煤壁的端部开裂→中部开裂形成“假塑性岩梁”→当其沉降值超过“假塑性岩梁”允许沉降值时，悬露岩层自行冒落。

影响
采场一般位于地下数百米乃至上千米的深度，开采实践表明，有些矿井以每平方米1～2根的单体支柱就能支护住采动空间，说明对采场矿压有明显影响的上覆岩层范围是有限的。
通过对国内外有关资料的研究，特别是对我国开滦矿区和大屯矿区深孔布网的研究得出一般采场的需榨岩层厚度范围为采高的6～8倍 。
以上内容参考：百度百科-上覆岩层

6. 煤层开采后，上覆岩层按破坏方式可以分为哪几个区

（1）、压力拱假说
优点：对回采工作面前后的支承压力及回采空间处于减压范围作出了粗略的但是经典的解释。
缺点：对此拱的特性岩层变形、移动和破坏现象的发展过程以及支架与围岩的相互作用，并没有做任何分析。
（2）、悬臂梁假说
优点：此假说可以解释工作面区煤壁处顶板下沉量小，支架载荷也小，而距离煤壁越远则两者均大的现象，同时也可以解释工作面前方出现的周期来压现象；
缺点：未查明开采后上覆岩层活动规律，因此仅凭悬臂梁本身计算所得的顶板下沉量和支架载荷与实际所测差距相差甚远。
（3）、铰接岩块假说
优点：正确阐明了工作面上覆岩层的分带情况，并初步涉及岩层内部的力学关系及其可能形成的“结构”；
缺点：此假说未能对铰接岩块间的平衡条件做进一步探讨。
（4）、预成裂隙假说
优点：此假说从另一侧面解释了破断岩块的相互作用关系；
缺点：忽视了上覆岩层未发生裂隙岩层的受力情况。
（5）、“砌体梁”假说
优点：给出了破断岩块的咬合方式及平衡条件，同时还讨论了老顶破断时在岩体中引起的扰动，很好地解释了采场矿山压力显现规律，为采场矿山压力的控制及支护设计提供了理论依据。
（6）、关键层假说

7. 褶皱构造上覆岩层是什么形成的

褶皱构造上覆岩层是由 _外力的沉积作用_ 形成的，在这之前该地区经过地壳的 _下沉_ 运动或相邻地区抬升。

褶皱的形成

地壳中的岩层，在构造运动影响下，发生一系列向上和向下的波状弯曲，并保持其完整性的变形称为褶皱。这是地壳中广泛发育的一种地质构造形态，在层状岩石中表现最为明显，它是岩石在构造应力作用下，发生的塑性变形。

褶皱大多是岩层受到水平挤压的作用形成的，但有的褶皱是在垂直作用力或力偶作用下形成的。
褶皱的基本形态

1、背斜：岩层向上弯曲，核部由较老的地层组成，两翼由较新的地层组成，并相背的褶曲，称为向斜。背斜形成以后，因受到风化剥蚀作用的破坏，造成地层在地面的分布规律是从中心至两侧，地层由老到新对称出现。

2、向斜：岩层向下弯曲，核部由相对较新的地层组成，两翼由相对较老的地层组成并相向倾斜的褶曲，称为向斜。向斜形成受风化剥蚀破坏后，在地面从中心到两侧，地层由新到老对称出现。

8. 矿山压力来自上覆岩层的哪三种

以上是由奥普矿山机械为您提供的矿山压力形成的几种假说：
（1）、压力拱假说 优点：对回采工作面前后的支承压力及回采空间处于减压范围作出了粗略的但是经典的解释。 缺点：对此拱的特性岩层变形、移动和破坏现象的发展过程以及支架与围岩的相互作用，并没有做任何分析。
（2）、悬臂梁假说 优点：此假说可以解释工作面区煤壁处顶板下沉量小，支架载荷也小，而距离煤壁越远则两者均大的现象，同时也可以解释工作面前方出现的周期来压现象； 缺点：未查明开采后上覆岩层活动规律，因此仅凭悬臂梁本身计算所得的顶板下沉量和支架载荷与实际所测差距相差甚远。
（3）、铰接岩块假说 优点：正确阐明了工作面上覆岩层的分带情况，并初步涉及岩层内部的力学关系及其可能形成的“结构”； 缺点：此假说未能对铰接岩块间的平衡条件做进一步探讨。
（4）、预成裂隙假说 优点：此假说从另一侧面解释了破断岩块的相互作用关系； 缺点：忽视了上覆岩层未发生裂隙岩层的受力情况。
（5）、“砌体梁”假说 优点：给出了破断岩块的咬合方式及平衡条件，同时还讨论了老顶破断时在岩体中引起的扰动，很好地解释了采场矿山压力显现规律，为采场矿山压力的控制及支护设计提供了理论依据。
（6）、关键层假说