矿山压力与控制复习题Word文档下载推荐.docx

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在矿山压力作用下，会引起各种力学现象，如岩体的变形、破坏、塌落、支护物的变形、破坏、折损，以及在岩体中产生的动力现象等。

这些由于矿山压力作用使岩硐周围岩体和支护物中产生的各种力学现象，统称为矿山压力显现。

5、控顶距：

控顶距是指工作面支架支护的空间宽度,显然控顶距愈大,顶板的挠曲变形量大,底板的鼓起量也大。

顶板下沉量与采高和控顶距成正比例关系。

或者采煤工作面中煤壁至末排支柱的顶梁后端，或至放顶柱之间的距离。

6.回采工作面：

用来直接大量开采煤炭资源的场所，也就是采煤作业的场所。

7.初次来压步距：

基本顶初次垮落时，其悬露跨度称为基本顶初次来压步距。

该值取决于基本顶岩层的岩石性质、厚度等因素，地质构造对其也有影响。

一般来压步距为20—35米。

8.支架工作阻力：

支柱对顶板的主动作用力称为支柱的撑力，支柱受顶板压力作用而反映出来的力称为支柱的阻力，又称工作阻力。

9.顶板下沉量：

一般指煤壁到采空区边缘裸露顶板的移近量。

随着工作面的推进，顶底板处于不断移近状态。

10.矿山压力：

矿山压力显现

开掘巷道或进行开采工作时，破坏了原岩的应力平衡状态，引起岩体内部的应力重新分布，直到形成新的平衡状态。

这种由于矿山开采活动的影响，在巷硐周围岩体中形成的作用在巷硐支护物上的力称为矿山压力。

11.矿山压力控制：

所有减轻、调节、改变、和利用矿山压力的各种方法，叫矿山压力控制。

12.端面距：

煤壁至支架处无支护空顶区的距离。

13.围岩极限平衡区：

在巷道内开掘巷道后，巷道围岩应力出现重新分布。

随着向岩体内部发展，岩块的抗压强度逐渐增加，直到某一半径R处岩块又处于弹性状态。

这样，半径R范围内的岩体就处于极限平衡状态，即此范围内岩块所处的应力圆与其强度包络线相切。

这个范围称为极限平衡区

14.支承压力：

在巷道内开掘巷道后，巷道围岩应力出现重新分布，一般将巷道两侧改变后的切向应力增高部分成为支承压力。

15、岩石：

是由一种或几种造岩矿物在地质作用下按一定方式结合而形成的矿物自然集合体，是构成地壳的主要物质。

16、孔隙度：

是指岩石中裂隙和空隙的发育程度，其衡量指标为孔隙率或孔隙比。

17、流变：

时间对岩石变形特征的影响称为岩石的变形时间效应，与时间因素有关的应力应变现象统称为流变。

18、蠕变：

应力不变条件下，应变随时间延长而自己的现象。

19、自重应力：

由地心引力引起的应力场称为自重应力场，地壳中任一点的自重应力等于单位面积的上覆岩层的重量。

20、构造应力：

由于地壳构造运动在岩体中引起的应力，岩体构造应力可以分为现代构造应力和地质构造残余应力。

21、直接顶：

是指在采空区已冒落，在采煤工作面内支架暂时支撑的悬臂梁，其结构特点是在推进方向上不能始终保持水平力的传递。

22、基本顶：

是指运动时对采场矿压显现有明显影响的传递岩梁的总和，第一次来压后是一组在推进方向上能传递水平的不等高裂隙梁。

三、简述题

1、简要叙述岩石单轴受压条件下的全过程应力-应变曲线的5个阶段。

答：

O—A为岩石微裂隙被压实阶段。

A—B为弹性变形阶段。

B点的应力值称为弹性极限。

B—C为塑弹性阶段。

C点的应力值称为屈服极限。

C—D为塑性阶段。

D点的应力值称为强度极限。

D—E为卸载阶段。

E点的应力值称为残余强度。

2、简述莫尔强度理论。

此理论认为材料发生破坏是由于材料的某一面上剪应力达到一定的极限，而这个剪应力与材料本身性质和正应力在破坏面上所造成的摩擦阻力有关。

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。

3、影响岩体强度的因素主要有哪些？

答:

1结构面产状。

2结构面强度。

3试件尺寸。

4环境围压。

5孔隙水压。

4、简述原岩应力的分布基本规律。

（一）实测铅直应力基本上等于上覆岩层重量

（二）水平应力普遍大于铅直应力

（三）平均水平应力与铅直应力的比值随深度增加而减小

（四）最大水平主应力和最小水平主应力一般相差较大

5、怎样理解直接顶和基本顶的组成、破坏特征和控制要求？

所谓直接顶是指在老塘（采空区）内已垮落，在采场内由支架暂时支撑的悬臂梁，其结构特点是在采场推进方向上不能始终保持水平力的传递。

因此，控制直接顶的基本要求是：

当其运动时，支架应能承担其全部作用力。

基本顶是指运动时对采场矿压显现有明显影响的传递岩梁的总合，在初次来压后，是一组在推进方向上能始终传递水平力的不等高裂隙梁。

对于基本顶各岩梁控制的基本要求是：

防止由于基本顶运动对采场产生动压冲击和大面积切顶事故发生，把基本顶岩梁运动结束时在采场形成的顶板下沉量控制在要求的范围。

显然，如果基本顶岩梁运动没有动压冲击，岩梁运动结束后的自由位态所形成的采场顶板下沉量满足生产要求，此时支架可不承担基本顶岩梁的岩重。

换句话说，对这部分岩梁，支架承担的压力大小取决于所控制的岩梁位态。

6、如何判断顶板的离层？

离层发生的位置和条件如下：

①离层将发生在岩层的接触面或软弱夹层上。

②接触面的破坏力学条件为相应接触面上的剪应力超限。

即悬露岩层的跨度达到极限跨度时，离层才会发生，因此，控制岩梁的悬跨度是控制离层发生的重要方法。

③离层出现的位置取决于组合岩梁中各岩层的弯曲刚度和各夹层的强度。

当下部岩层弯曲刚度小，夹层（或接触面）强度低时，离层在下部发生；

反之，离层可能先在上部夹层出现。

对于相邻的两岩层，是否同时运动组成一个传递岩梁，还是分开运动形成两个传递岩梁，可以用两岩层沉降中最大曲率（ρmax）和最大挠度（ωmax）进行判断。

7、直接顶厚度的确定方法有哪几种？

直接顶厚度的确定方法有理论推断与现场实测方法。

1）理论推断方法对开采单一煤层或厚煤层顶分层有关推断冒高的方法和表达公式基本上有两大类：

（1）不考虑岩梁本身沉降的推断方法

（2）考虑岩梁本身沉降的推断方法

2）现场实测方法：

（1）直接观测法。

注水法、基点法、物探法

（2）直接顶厚度的实测推断方法。

包含以下两种情况。

利用采场来压前夕支柱承载值

可以反推直接顶垮落厚度。

利用采场来压前后顶板运动参数，计算顶板允许下沉值SA，再代入公式计算。

8.简述采空区处理的常用方法。

全部垮落法、刀柱法、缓慢下沉法、充填法。

9.试述“悬臂梁”假说。

此假设认为，工作面和采空区上方的顶板可视为梁，它一端固定于岩体内，另一端则处于悬伸状态。

当顶板由几个岩层组成时，形成组合悬臂梁。

在悬臂梁弯曲下沉后，受到已垮落岩石的支撑，当悬伸长度很大时，发生有规律的周期性折断，从而引起周期来压。

10、试述“压力拱”假说。

此假设认为，在回采工作面空间上方，由于岩层自然平衡的结果而形成了一个“压力拱”。

拱的一个支撑点是在工作面前方煤体内，形成了前拱脚，而另一个支撑点是在采空区内已垮落的矸石上，形成了后拱脚。

在前、后拱脚之间，形成了一个减压区，采煤工作面的支架只受压力拱内的岩石的重量。

11、简述厚层坚硬顶板大面积来压的预防方法。

（87-89）

顶板高压注水、强制放顶、预防风暴措施。

12、试分析影响采场矿山压力显现的主要因素。

（92-94）

1、顶板岩层组成，包括直接顶的影响，基本顶的影响。

2、采煤工作面推进的影响。

3、开采深度。

4、采高和控顶距。

5、煤层倾角。

13、基本顶初次来压的特点。

1、顶板剧烈下沉，2、支柱载荷突增，3、煤壁片帮严重，4、采空区有顶板断裂的闷声，有时伴随基本顶岩块的滑落失稳，导致顶板台阶下沉。

基本顶初次来压比较剧烈，又由于来压前工作面顶板压力较小，往往容易使人疏忽大意。

来压时，跨距比较大，，影响范围也大，工作面易出现事故，应严格注意。

来压期间必须注意采煤工作面的支护质量，加强支架的支撑力，增强支架的稳定性。

14、分层开采矿压显现

1.基本顶来压步距小，强度低。

2.支架载荷一般较小。

3.顶板下沉量变大。

4.下分层顶板管理具有一定难度。

15、放顶煤开采矿压显现

大量矿压观测表明，放顶煤开采有以下矿压显现特点。

1.工作面来压特点：

放顶煤工作面在开采过程中同样有周期性压力显现。

由于顶板岩层的分层垮落特性，综放工作面均出现直接顶初次来压。

由于基本顶结构远离采煤工作面，与分层开采相比初次来压步距明显较大，一般均在50米以上。

由于煤壁前方支承压力增高和顶板超前破坏范围的增大，基本顶周期来压步距相对减小。

2.支架载荷变化特点：

和分层开采相比支架载荷减小了，工作面支架所受动载的显现不强烈，实际载荷均不大，支架前柱的支护阻力普遍比后柱高。

16、简述回采工作面支架-围岩相互作用原理。

117

1、支架与围岩的相互作用

1.（要点）采煤工作面的支架与其支撑的围岩是一对相互作用着的矛盾统一体。

。

支架结构及性能的设计必须符合采煤工作面围岩运动规律，只有这样才能使支护结构设计既经济又合理。

同时也只有支架的支撑力分布合适，护顶装置可靠，才有可能维护好顶板，以保证矿工的安全和生产正常进行。

2、支架和围岩相互作用的特点

（1）支架与围岩是一对相互作用的一对力。

（2）支架受力的大小及其在采煤工作面分布的规律与支架性能有关。

不仅如此，支架受力大小还余围岩的性质，即支架与围岩形成的总特征有关。

（3）支架结构及尺寸对顶板压力有影响。

3、支架阻力与顶板下沉量的关系

在一定条件下控制顶板就是控制顶板下沉的结论，在实际工作中，减少顶板下沉量后对顶板管理也带来一定好处。

但由理论和实践可知，控制顶板下沉量是有一定限度的，超过此限度，支架也是无能为力的。

因而，事实上只能在工作阻力偏低情况下，提高工作阻力才有可能对顶板下沉有明显的影响。

事实上各类岩层的容许下沉量也不是一样的。

相同的下沉量对不同的岩层会造成顶板不同的破坏。

因此，在实际工作中常常辅以护顶措施。

掩护式支架的发展，更证明了在一定条件下采用护顶办法改善顶板状况是可行的。

在周期来压比较剧烈，而且常发生台阶下沉的工作面，合理的工作阻力只能是防止顶板不发生上述现象时所需的工作阻力。

也就是平衡基本顶初次来压或周期来压时，不能自身取得平衡的直接顶与基本顶岩块的重量。

前提是支架必须具有与基本顶岩层活动过程中形成的顶板下沉量相适应的活柱下缩量。

17、顶板分类方案及其指标。

采煤工作面直接顶类别按其在开采过程中表现的稳定性程度进行分类，共分为4类，其中，1类和2类直接顶，可根据需要分为两个亚类。

基本指标为直接顶平均初次垮落距，及岩层岩性和结构特征。

基本顶的分类指标是基本顶初次来压当量，其值由基本顶初次来压步距、直接顶充填系数和煤层采高按公式确定。

基本顶分4级，来压显现分别为不明显、明显、强烈、非常强烈、

18、支撑式支架的工作特点、优点及适用范围。

一般性结构的支撑式支架较适应于直接顶比较完整的工作面，若周期来压又较剧烈，则更易于适应。

支撑式支架通风断面大、行人方便、结构简单及重量轻等优点，在瓦斯矿井中使用具有很大优越性。

我国煤炭行业标准认为支撑式支架适用于采高1.5米以下，直接顶3-4米、底板三类以上、煤层倾角20度以内的长壁工作面。

19、综采液压支架选型的具体步骤。

（1）根据顶板岩石力学性质、厚度及岩层结构和弱面发育程度确定直接顶类型。

（2）根据基本顶岩石力学特性及矿压显现特征确定其级别。

（3）根据底板岩性及底板抗压入强度和刚度测定结果，确定底板类型。

（4）根据矿压实测数据计算额度工作阻力或根据采高、控顶距宽度及周期来压步距，估算支架所需的支护强度和每米阻力。

（5）根据顶底板类型、级别及采高，初选所需的额定支护强度，初选支架型式。

（6）考虑工作面风量、行人断面、煤层倾角，修正架型及参数。

（7）考虑采高、煤壁片帮的倾向性及顶板端面冒落度，确定顶梁及护帮结构。

（8）考虑煤层倾角及工作面推进方向，确定侧推结构及参数。

（9）根据底板抗压入强度，确定支架底座结构参数及对架型参数的要求。

（10）利用支架参数优化程序，使支架结构优化。

巷道及运输等有时对选架型也有较大影响。

20、实践证明，提高支架的初撑力对采场矿压控制有哪些作用？

提高支架初撑力可以减少顶板离层，增强顶板自身强度，增加顶板的稳定性；

提高支架对机道顶板的支撑能力，减少工作面顶板端面破碎度及煤壁片帮；

压实顶梁上机底座下浮矸，提高支撑系统刚度；

充分利用支架额定支撑能力，减少顶底板相对移近量。

21、论述采区平巷沿走向矿压显现的规律。

（1）煤体-煤体巷道服务期间，围岩的变形将经历巷道掘进影响、掘进影响稳定和采动影响三个阶段。

由于巷道在采面后方已经废弃，巷道仅经历采面前方采动影响，围岩变形比采动影响阶段全过程小得多，一般仅三分之一。

（2）煤柱-煤体巷道服务期间，围岩的变形同样经历巷道掘进影响、掘进影响稳定和采动影响三个阶段。

但巷道服务期间，受相邻区段采空区残余支承压力的影响，三个影响阶段的围岩变形一般都大于煤体-煤体巷道。

保护煤柱宽度是影响巷道围岩变形量的主要因素。

（3）无煤柱-煤体巷道沿空掘巷期间，围岩的变形同样经历巷道掘进影响、掘进影响稳定和采动影响三个阶段。

巷道位于低应力区，围岩变形比较充分，巷道压力较小，有利于巷道维护；

无煤柱-煤体巷道沿空留巷期间，围岩的变形将经历全部五个阶段，变形量大，维护困难。

须选用可适应较大移动量的支护方式。

22.论述完全沿空留巷和沿空掘巷的优缺点。

沿空留巷的优点是：

下区段回采是可少掘一条巷道，从而大大降低巷道掘进率；

有利于上下区段按正常的顺序连续开采；

有利于矿井生产集中和改善采掘接替关系。

缺点是沿空留下的巷道要先后经受二次采动影响，其中一次采动时工作面后方出现的强烈矿压显现，对巷道影响尤为严重，即沿空留巷得顶板会在较长时间内受到基本顶上覆岩层移动的影响。

为了顺利地应用沿空留巷，须考虑采用可缩量大的支架、临时加强支架、联合支护等；

其次在掘进时巷道应预留变形断面；

还应尽可能缩短巷道保留的时间。

沿空掘巷破坏了煤体原有的平衡，在巷道边缘的煤体会出现新的破裂区、塑性区，支承压力向煤体深部移动，一般应力扰动不大。

巷道受到本区段工作面回采影响后，处于支承压力的重叠区内，围岩变形会显著增长，通常巷道维护不太困难。

应用这种掘巷方式时，由于一侧是采空区，故巷道施工比较困难。

要正确掌握沿空巷道相对于上区段采煤工作面的合理滞后掘进时间，即沿空巷道必须在上区段回采引起的围岩移动和垮落过程结束后再进行掘进。

一般不应少于2-3个月，通常为4-6个月。

23.矿山压力与岩层控制研究历史上主要存在几种假说？

并叙述各假说的内容及优缺点？

（56-57）

主要有以下几种：

压力拱假说、悬臂梁假说、铰接岩块假说、预成裂隙假说等。

压力拱假说内容为在回采工作面空间上方，由于岩层自然平衡的结果而形成了一个“压力拱”。

此假说对采煤工作面前后的支承压力及回采工作空间处于减压区做出了粗略而经典的解释，而对于此拱的特性、岩层变形、移动和破坏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。

悬臂梁假说内容为工作面和采空区上方的顶板可视为梁，它一端固定于岩体内，另一端则处于悬伸状态。

此假说可以解释工作面近煤壁处顶板下沉量小，支架载荷也小，而距煤壁越远则两者越大的现象。

但出于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和支架载荷与实际所得的数据相差甚远。

铰接岩块假说内容为工作面上覆岩层的破坏可分为垮落带和其上的规则移动带。

规则移动带岩块间可以相互铰合而形成一条多环节的铰链，并规则地在采空区上方下沉。

此假说正确地阐述了工作面上覆岩层的分带情况，并初步涉及到岩层内部的力学关系及其可能形成的“结构”。

但此假说未能对铰接岩块间的平衡条件做进一步探讨。

预成裂隙假说内容为由于开采的影响，采煤工作面上覆岩层的连续遇到破坏，从而成为非连续体。

此假说还认为，为了有效地控制顶板，应保证支架具有足够的初撑力和工作阻力，并应及时支撑住顶板，使各岩层及岩块之间保持挤紧状态，借助于彼此之间的摩擦阻力，阻止岩层破断岩块之间的相对滑移、张裂、与离层。

24.控制顶板就是控制顶板下沉的提法对不对，为什么？

不完全对。

由前苏联和国内外的试验结果证明了一个事实，即在一定工作阻力以上，支架工作阻力增加对顶板下沉影响较小，但低于此值则影响较大。

即采煤工作面支架的工作阻力并不能改变上覆岩层的总体活动规律。

25、矿山压力与岩层控制研究的方法。

1理论研究

解析分析方法、数值分析方法、模糊分析、概率统计、随机分析、灵敏度分析、趋势分析、近代数学、力学和计算机科学方法

2实验室研究

岩石的物理力学性质

相似模拟

支架的整体性能

3现场观测

出现了利用红外遥感、声波、遥控、自动监测

四、计算题

1、计算只考虑自重条件下，赋存在600m深处岩体内的原岩应力，假设岩层平均位积力为25kN/m3,泊松比μ=0.2。

（23页公式1-23）

2、见书本P65

3、P128

1、怎样理解直接顶和基本顶的组成、破坏特征和控制要求？

2、如何判断顶板的离层？

3、直接顶厚度的确定方法有哪几种？