矿压真题整理版详解.docx

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矿压真题整理版详解

北矿历年

一、名词解释

1、矿山压力：

由于矿山开采活动的影响，在巷硐周围岩体中形成的和作用在巷硐支护物上的力定义为矿山压力。

2、支承压力：

在岩体内开掘巷道后，巷道围岩必然出现应力重新分布，一般将巷道两侧改变后的切向应力增高部分称为支承压力。

3、岩石碎胀系数：

岩石破碎后处于松散状态下的体积与岩石破碎前处于整体状态下的体积之比。

4、顶板：

赋存在煤层之上的岩层成为顶板或上覆岩层。

5、增载系数：

老顶来压与平时来压强度的比值。

6、初次来压步距：

由开切眼到初次来压时工作面推进的距离称为老顶的初次来压步距。

7、冲击矿压：

聚积在矿井巷道和采场周围煤岩体中的能量突然释放，在巷道发生爆炸性事故，产生的动力将煤岩抛向巷道，同时发出强烈声响，造成煤岩体振动和破坏，支架与设备损坏，人员伤亡，部分巷道垮落破坏等。

8、支架初撑力：

支架支设时，将活柱升起，托住顶梁，利用升柱工具和锁紧装置使支架对顶板产生一个主动力，这个最初形成的主动力称为支架的初撑力。

9、原岩应力：

存在于地层之中未受工程扰动的天然应力称为原岩应力，也称为岩体的初始应力、绝对应力或地应力。

10、冒落带（垮落带）：

岩层断裂后，岩块呈不规则垮落，排列也极不整齐，其破碎岩块的松散系数比较大（一般为Kp=1.3-1.5）的区域。

11、岩体：

地质体的一部分，并且是由处于一定地质环境中的各种岩性和结构特征岩石所组成的集合体。

12、周期来压：

由于裂隙带岩层周期性失稳而引起的顶板来压现象称之为工作面顶板的周期来压。

13、支架工作阻力：

支架受顶板压力作用而反映出来的力称为支架的阻力，又称工作阻力。

14、岩石的三轴抗压强度：

岩石试件在有围压且只受轴向荷载作用下，所能承受的最大压应力，称为岩石试件的三轴抗压强度。

15、裂隙带：

岩层断裂后，岩块仍然排列整齐的区域。

16、岩石残余碎胀系数：

岩石破碎后，在其自重和外加载荷的作用下逐渐被压实，体积随之减少，这种压实后的体积与破碎前原始体积之比称为岩石残余碎胀系数。

17、岩体的变形能：

岩体受外力作用而产生弹性变形时，在岩体内部所储存的能量，称为弹性变性能，又称弹性应变能，包括体变弹性能和形变弹性能。

18、关键层：

对采场上覆岩层局部或直至地表的全部岩层活动起控制作用的岩层称为关键层。

前者称为亚关键层，后者称为主关键层。

19、巷道松动圈：

井巷开挖后，巷道周边岩体产生裂隙，并逐步被破坏，出现塑性变形，形成非弹性变形区，称为巷道松动圈。

20、岩石蠕变：

应力不变条件下，应变随时间延长而增加的现象。

21、岩体龟裂系数：

利用弹性波在岩体和岩石试件中传播速度之比，就可反映岩体中裂隙发育程度，这个比值的平方称为岩体的完整性系数，又称岩体的龟裂系数。

22、岩石的线弹性：

岩石弹性变形的一种，卸载后岩石变性能完全恢复到其原始状态，且应力—应变关系曲线在加载和卸载过程中都呈相同的直线关系。

23、莫尔—库仑强度理论：

材料发生破坏是由于材料的某一面上剪应力达到一定的限度（即极限剪应力），而这个剪应力与材料本身的性质和正应力在破坏面上所造成的摩擦力有关，即材料发生破坏除了取决于该点的剪应力，还与该点的正应力有关。

24、岩石的强度理论：

研究岩石在复杂应力状态下的破坏原因、规律及强度条件的理论。

25、RQD指标：

钻孔中直接获取的岩心总长度L，扣除破碎岩心和软弱夹泥的长度l后的长度，与钻孔总进尺H之比，即

。

26、直接顶：

一般把直接位于煤层上方的一层或几层性质相近的岩层称为直接顶。

27、充分采动：

当采空区尺寸（长度和宽度）相当大时，地表最大下沉值达到该地址条件下应有的最大值，此时的采动称为充分采动。

28、格里菲斯强度理论：

在材料内部存在着许多均匀地、随机地分布窄缝形的微裂隙，在力的作用下，处于不利方位的裂隙端部就会产生应力集中现象，使该处的应力达到所施加压力的几十倍甚至上百倍，于是裂隙就沿其长度方向开始扩张，直至材料整体破坏。

29、节理迹长：

节理面与岩石表面的交切迹线长度称为节理迹长。

30、非充分采动：

将刚达到充分采动状态的采空区尺寸称为临界开采尺寸。

如果采空区尺寸小于临界开采尺寸，称为非充分采动。

31、支架支护强度：

支架对单位面积顶板提供的工作阻力称为支架支护强度。

32、顶板破碎度：

指在工作面前方无支护空间悬漏顶板中，发生冒落部分占整个悬漏顶板的比例，常以单位面积无支护顶板中冒落面积来表示。

33、厚煤层：

厚煤层是指地下开采时厚度3.5m以上的煤层；露天开采时厚度10m以上的煤层。

34、砌体梁：

根据老顶的“

”型的破坏特点，将工作面分为上、中、下三个区。

破断的岩块由于相互挤压形成水平力，从而在岩块间产生摩擦力。

工作面的上、下两区是圆弧形破坏，岩块间是立体咬合关系，而在工作面中部，则形成外表似梁，实质是拱的裂隙体梁的平衡体，这种结构称之为“砌体梁”。

35、巷道松动围岩压力：

由于巷道开挖而松动或塌落的岩体，以重力的形式直接作用于支护物上的压力，表现为松动围岩压力载荷形式。

36、地表倾斜变形：

地表相邻点在竖直方向的相对位移与两相邻间水平距离的比值，称为地表倾斜变形。

37、井田：

划分给一个矿井（或露天矿）开采的那一部分煤田，称为井田。

38、近水平煤层：

地下开采时倾角在8°以下的煤层，露天开采时倾角在5°以下的煤层。

39：

长壁工作面：

回采工作面长度较长，工作面两端有可供运输、回风和行人的巷道，回采工作面内煤的运输方向与工作面煤壁平行。

40、老顶：

一般把直接位于直接顶之上（有时直接位于煤层之上）对采场矿山压力直接造成影响的厚而坚硬的岩层称为老顶。

41薄煤层：

地下开采时厚度1.3m以下的煤层；露天开采时厚度3.5m以下的煤层。

42弹性后效：

加载（或卸载）后经过一段时间应变才增加（或减小）到一定数值的现象。

43节理：

节理是指岩石受剪切应力破裂形成的裂隙

注：

41、42、43是14年新增加的三个名词解释。

二、论述分析题

1、绘图解释岩石应力—应变全过程曲线

解答：

图1岩石的应力应变全程曲线

岩石单轴受压条件下的全程应力—应变曲线可划为5个阶段。

①O—A段，原始空隙压密阶段，岩石应力—应变曲线呈上弯形，此段变形模量较小且不是一个常数。

②A—B段，线弹性阶段，岩石应力—应变曲线呈直线形，相应的B点得值称为弹性极限。

③B—C段，弹塑性过度阶段，岩石的应力—应变曲线从B点开始偏离直线，当应力达到0.6

时岩石开始有微破裂不断产生，岩石的体积由压缩转向膨胀。

对应于曲线上C点得应力值称为屈服极限。

④C—D段，塑性阶段，当应力超过屈服应力后，接近0.95

时，岩石破裂速度加快，岩石的应力—应变曲线继续向右上方延伸，岩石的体积膨胀加速，变形也随应力增长而迅速增长，直到D点破坏。

相应于D点的应力值称为岩石的强度极限（

）或峰值强度。

⑤D点以后为破坏阶段，又称后破坏阶段。

这段峰后曲线说明，岩石达到强度极限后，破坏的发展要经历一个过程，最终达到完全破坏。

后破坏的岩石仍有一定的承载能力，只是保持一较小值，相应于曲线E点所对应的应力值称残余强度。

D点后的峰后区表现出应变软化的特性。

2、运用莫尔—库仑强度曲线推导出以极限主应力σ1和σ3表示的莫尔—库仑强度准则

解答：

图2莫尔－库仑准则强度曲线

莫尔－库仑准则强度曲线如上图所示，已知莫尔应力圆方程为

在直角坐标系中，莫尔应力圆以（

）为圆心、以

为半径

由图中几何关系可得：

解得：

即得出以极限主应力

和

表示的莫尔库伦强度准则。

莫尔认为，固体材料的破坏是由于材料面上的剪应力达到一定程度（即极限剪应力），剪应力不仅与材料端面性质有关，并与作用在端面上的主应力有关。

3、简述岩体得基本特征

解答：

岩体较为明显的基本特征有：

⑴岩体的非均质性。

有多种岩石组成的岩体，因其结构面方向、分布、密度以及在自然条件下组成岩石的物质成分和组合状况经常发生变化，所以认为岩体是非均质的。

即岩体的非均质性是岩体物理力学性质随空间位置的不同，其性质也不相同的特性。

⑵岩体的各向异性。

因岩体中结构面的分布往往有一定的方向，随受力岩体的结构面趋向不同，其力学性质也不同。

岩体的各向异性指岩体的全部或部分物理力学特征随方向不同而表现出不同性质的特征。

岩体的许多物理力学性质，如弹性模量、抗拉、抗压强度等随测试或加载方向不同而又显著差异。

⑶岩体的非连续性。

由于岩体被各种结构面所切割，因此从总体上说岩体属于非连续介质，而岩块则可作为连续介质。

岩体的非连续性使其与其他连续介质在物理力学性质上有很大不同，布洛伊里将两者的区别总结为一下四点：

1、岩体结构对岩石性质的影响小于对岩体性质的影响；2、岩体变形取决于组成岩体单元的活动性；3、不同结合程度的多块体的残余强度构成岩体强度；4、岩体的结构特征决定岩体变形和强度。

4、绘图说明双向等压作用下圆形巷道周边应力分布的基本规律，并加以解释

答：

1、弹性变形应力分布

图3弹性条件下圆形巷道应力分布图

在弹性条件下，即此时围岩应力小于岩体强度，围岩处于弹性状态，根据弹性力学应力问题分析计算可得

，

巷道边缘切向应力

是所加应力的2倍，径向应力是零。

随着距离的增大，切向应力和径向应力都逐渐接近原岩应力

。

将圆形巷道简化为圆孔，圆孔在双向等压应力场中周围应力分布如上图所示：

主要有以下结论：

（1）在双向等压应力场中，圆孔周边全处于压缩应力状态。

（2）应力大小与弹性常数E、

无关。

（3）

、

的分布和角度无关，皆为主应力，即切向和径向平面均为主平面。

（4）双向等压应力场中孔周边的切向应力为最大应力，其最大应力集中系数K=2，且与孔径的大小无关。

当

=

超过孔周边围岩的弹性极限时，围岩将进入塑性状态。

（5）其他个点的应力大小与孔径有关。

（6）圆孔周围任意点的切向应力

与径向应力

之和为常数，且等于

。

2、在塑性条件下

图4塑性条件下圆形巷道应力分布图

由于巷道开挖，引起巷道周边应力重新分布，重新分布的应力使围岩应力大于岩体强度，巷道围岩会产生塑性变形，形成塑性变形区，即形成塑性圈。

而径向压力

与弹性条件下一致，但切向应力

由于塑性变形使其在巷道边缘不为0，并在巷道边缘到塑性圈逐渐增大，过了塑性圈，规律与弹性条件下一致，其应力分布如图4所示。

5、绘图说明采煤工作面前方支承压力分布的基本规律及其分区

图5支承压力的分区

煤层开采后，采空区上部岩层重量将向采空区周围新的支撑点转移，从而形成支承压力带，工作面前方形成超前支承压力，它随工作面推进向前移动，称为移动支承压力或临时支承压力。

常将采场前方的切向应力分布按其大小进行分区，如上图所示，按切向应力的大小可以分为减压区，增压区和稳压区，比原岩应力小的压力区是减压区，原岩应力大的压力区是增压区，增压区即通常所说的支承压力区，支撑压力区的边界一般可以取高于原岩应力的5%处作为分界处。

再向内部发展即处于稳压状态的原岩应力区。

另一种分类方法是将其分为极限平衡区和弹性区。

在巷道两侧或工作面煤壁某处，岩体内的应力等于或大于该处岩体强度的区域，即支承压力以外的区域为极限平衡区，在这个区域内，岩体产生塑性变形和破坏，再向岩体深处，岩体内的应力小于其强度极限，岩体处于弹性状态，即最高支撑压力以里的区域为弹性区，弹性区包括一部分支承压力区和原始应力区。

6、试述近水平工作面推进过程中矿山压力显现的一般规律（=工作面顶板来压过程

=回采工作面矿压显现规律）

答：

工作面有开切眼向前推进，当老顶悬露达到极限跨距时，老顶断裂形成三绞拱式平衡，同时发生断裂岩块的回转失稳，有时可能伴随着滑落失稳，从而导致工作面顶板的急剧下沉，且工作面支架呈现压力普遍加大现象，即老顶的初次来压，由开切眼到初次来压时工作面推进的距离称为老顶的初次来压步距，老顶初次来压以后，随