矿山压力与压力操纵课后习题答案Word文件下载.docx

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由于普氏理论没有以岩石破坏和应力从头散布的角度来揭露自然平稳拱形成的机理，没有深切研究围岩中应力散布和稳固的条件，因此不可能正确回答上述问题。

这也正是普氏理论普遍应用受到限制的缘故。

利用该模型能够说明采场第一次来压时期煤壁前方支承压力及采场支架上显现的压力随采场推动而增加的现象，但不能说明采场矿压显现的周期性转变规律。

这种假说所刻画的岩石运动和破坏规律与客观实际不符，因此不能用以说明回采工作面产生的矿山压力问题。

2）压力拱假说

较好的说明了采场周围支承压力的存在，较好的说明了支架上的压力远小于上覆岩层重量的缘故。

由于假说以为“压力拱”是随采场推动而前移，因此幸免了原自然平稳拱假说以为平稳拱随采场推动不断扩大的错误。

可是假说一样存在着以下缺点：

①没有明确压力拱的性质及其与岩层运动进展情形间的关系。

因此，那个压力拱始终是一个边界无法确信的模糊概念，无法说明采场周期来压等现象，无法找到采场支架需要操纵的具体岩层范围；

②假说没有正确的揭露采场支架与围岩间的力学关系，不能说明支架有可能对在“必然变形”条件下工作的事实，无法说明采场支架上显现的压力往往与支架本身力学特性有关的现象。

（2）掩护“梁”假说

掩护“梁”的有关假说可归纳如下：

①采场是在一系列“梁”的掩护之下。

这些梁在冒落前能将自身的重量传递至前后两头支承岩体之上，从而形成支承压力；

②“梁”的破坏（冒落）和沉降是采场支架上压力显现的本源；

③支架可能在由已破坏的岩石重力所“给定”的“必然载荷条件下”工作，也可能在由岩梁的沉降所决定的“必然变形条件下”工作，即支架存在着“给定载荷”和“给定变形”两种工作状态。

其中，在“给定变形”条件下工作的支架，其压力显现的大小仅只取决于支架自身的力学特性（即自身的变形量与产生的阻抗力间的关系）。

因此，当顶板的移动量（顶底板移近量）和支架力学特性已知时，顶板压力即能够事前确信；

④支架的阻抗力（支架反力）相关于岩层压力来讲是微乎其微的，因此不可能对顶板下沉移动量产生阻碍。

也确实是说，支架在改变采场顶板下沉移动量方面是无能为力的。

为此，支架作用在于避免已碎岩体垮落和维持各类属性结构梁的持续性，没必要要也不可能在改变顶板下沉量方面发挥作用。

与“拱”说相较，“梁”的假说在说明回采工作面支架上压力显现的规律方面，包括压力的来源、压力大小与支架的力学特性及围岩运动间关系等方面，有了重要的进展。

下面引述几种有代表性的掩护“梁”的假说。

（1）“悬臂梁”假说

“悬臂梁”假说比较简捷的说明了采场上覆岩层运动的规律，较好的说明了采场来压周期性现象，因此取得相当多采矿工作者的认可。

从进展上来看，能够以为“悬臂梁”假说在有关掩护梁假说的进展进程中，起到了奠基的作用。

“悬臂梁”假说从提出开始，一直没有进展到用于采场矿压操纵定量计算方面的要紧缘故有：

①未能进一步研究采场上覆岩层自下而上的运动进展规律，专门是“悬臂梁”的岩层组合条件；

②没有明确采场矿压操纵需要考虑的悬臂梁范围，没有从理论上和方式上解决生产现场找到那个范围的方法。

上述缺点令人们无法成立起结构范围明确的具体力学模型来解决采场矿压操纵方面的问题。

另外，该假说没有研究采场围岩中的应力，没有考虑支承压力可能预先破坏顶板的情形，因此不能对采场上覆岩层的结构状态作出更全面的描述。

2）“预生裂隙梁”假说

“预生裂隙梁”假说或岩石的预先破坏假说以为，采场支架上显现的压力，是裂隙梁沉降或平稳受到破坏的结果。

预生裂隙假说的重大奉献是揭露了煤层及临近采场的部份岩层在支承压力作用下超前于煤壁破坏的可能性，正确指出其破坏的缘故是岩层中两个方面的应力差超过岩石强度极限所致。

用拉巴斯的预生裂隙假说不能正确的说明采场上覆岩层周期性破坏和来压的规律。

实践证明，即便强度不高的岩梁，其超前破坏也是按必然步距有规律显现的。

而且显现的步距在正常的情形下是由岩梁自身的强度所决定。

也确实是说，只有当岩梁的悬垮度达到极限值，端部拉应力达到预定的极限从而开裂以后，其自身及相邻岩层的紧缩剪破坏才有可能发生。

因为，只有把预生裂隙假说压裂机理和悬臂梁假说有规律的折断结合在一路，才能正确的说明采场上覆岩层的破坏规律，说明采场周期来压及顶板周期性破碎等压力显现。

如悬臂梁假说一样，拉巴斯的假说一样没能够正确的回答采场支架需要操纵的岩层范围问题。

尽管假说成立了由新生裂隙轨迹连线所决定的覆盖面的概念，划定了预生裂隙梁（预应力梁）的范围。

可是那个界限事实上无法确信，加上假说没有进一步研究采场支架反力与对各个预生裂隙操纵间的力学关系，因此一样无法直接用于采场矿压操纵的定量计算。

（3）铰接岩块假说

该假说以为，用冒落法治理顶板的采场，支架上的压力显现是由冒落带与上部未冒落在水平推力作用下铰接在一路的岩层运动所决定。

铰接岩块假说比较深切的揭露了采场上覆岩层的进展状况，专门是岩层垮落实现的条件；

正确的提了同了支架有可能在“给定载荷”和“给定变形”两种状态下工作的概念；

相当深切的研究和揭露了采场支架与围岩间的部份关系。

这一功效从理论上为采场顶板操纵设计提供了重要依据。

该假说存在的问题是：

未能够确信出呈铰接状态的老顶形成的条件和具体的范围；

未能更全面的研究和揭露支架与这部份岩梁运动间的关系；

没有说明采场顶板下沉量在专门大程度上能够由支架的阻力操纵的事实，因此未能将采场顶板操纵设计提高到科学定量的程度。

（4）砌体梁结构力学模型与关键层理论

采动后岩体内形成的砌体梁力学模型是一个大结构，而此大结构中阻碍采场顶板操纵的主若是岩层移动中形成的离层区周围的几个岩块。

显然，关键块平稳与否直接阻碍采场顶板的稳固性和支架受力大小。

因此，在砌体梁结构研究的前提下应重点分析其中关键块的平稳关系。

在这项研究中要紧提出了砌体梁关键块的滑落和回转变形稳固条件，即“S—R”稳固条件。

关于砌体梁关键块的分析，为采场直接顶的上部作使劲和位移提供了边界条件，从而为分析直接顶稳固性奠定基础。

（5）以岩层运动为中心的矿山压力理论

以岩层运动为中心的矿压理论，确实是要力争在弄清上覆岩层运动进展规律，弄清矿山压力的散布和显现与上覆岩层运动间关系的基础上，解决有关的操纵问题。

显然，关于一个回采工作来讲，若是不明白顶板中哪些岩层需要操纵，不明白这些岩层大面积运动发生的时刻、范围和可能的运动方向，操纵设计将是盲目的。

一样，若是不了解支承压力散布随上覆岩层运动进展转变的规律，不能依照具体的条件（包括时刻、地址及上覆岩层运动的进展情形等）弄清采场周围压力的真实散布情形，要正确选择巷道合理开掘位置和时刻，解决好巷道支护必需的阻力和缩量等方面的问题也是不可能的。

4、以上覆岩层运动为中心的矿压理论要紧要点是什么？

以岩层运动为中心的矿山压力和岩层操纵理论核心要点如下：

（1）强调“矿山压力”及“矿山压力显现”两个大体概念间的不同和联系。

以为：

矿山压力（即采动后促使围岩运动的力）的存在是绝对的，在任何已采空间的周围岩体中都存在着。

可是矿山压力的显现（包括围岩变形、位移和破坏，和支架受力、下缩和折损等）那么是相对的，有条件的，因此也是能够操纵的。

进行矿山压力研究的目的，确实是要制造条件，把矿山压力的显现操纵在平安上靠得住、技术上可能、经济上合理化的范围内。

（2）和其它工程不同，煤矿的采场始终是处在不断推动和进展的进程中，因此不管是存在于围岩中的“矿山压力”，仍是由矿山压力作用而引发的“矿山压力显现”，都不是静止的。

相反，它们都随采场推动而处于不断的进展和转变进程中。

造成这一进展转变的全然缘故，确实是上覆岩层的运动。

（3）阻碍采场矿山压力显现的岩层范围是有限的、可知的和能够转变的。

实践证明，对采场矿山压力显现有明显阻碍的岩层范围，仅仅是上覆岩层中很小的一部份，包括“直接顶”和“老顶”两个部份。

对“直接顶”和“老顶”的概念和界限不能简单的只考虑岩层的冒落性能，必需从岩层运动可能的进展程度，从其运动时对压力显现的作用和阻碍，专门是操纵要求上的不同，从定性和定量两个方面给予更确切的含义。

为此，所谓直接顶，应该是指在老塘已经冒落的岩层的总合。

由于它们在推动方向上不能始终维持传递力的联系，因此一旦运动，其作使劲将由支架全数承担。

“老顶”那么是由运动对采场矿山压力显现有明显阻碍的“传递岩梁”（简称“岩梁”）组成，关于“老顶”中每一“岩梁”由于始终能维持向煤壁前方和老塘矸石上传递力的联系，因此，当其运动时，其作使劲无需由支架全数承担。

支架承担“岩梁”作使劲的大小，由对岩梁“位态”的操纵情形决定。

（4）研究老顶来压时刻的“支架—围岩”关系，包括支架对直接顶的操纵方式和对老顶岩梁的操纵方式等两个部份。

其中，为了操纵直接顶板，只能采取“给定载荷”的工作方式，即必需考虑直接顶的作使劲，全数由支架承担。

研究证明，那个作使劲能够被看成是一个与老顶位态操纵无关的常数。

关于老顶岩梁的操纵，那么能够采取以下两种，工作方式：

①“给定变形”工作方式。

岩梁的位态（或在既定控顶距处的顶板下沉量）由岩梁自身的强度和两头支承的刚度条件决定，没有受到支架阻抗力的限制。

②“限定变形”工作方式。

岩梁的位态由支架的阻抗力限定。

支架的阻抗力愈大，岩梁的位置愈高（即在限定控顶距处的顶板下沉量愈小）。

现在支架在既定控顶距和合力作用点的情形下，经受的作使劲大小决定于对岩梁位态操纵的要求，与支架的刚度等力学特性无关。

第1章矿山压力与矿山压力显现

一、断面为圆形的长巷道，位于地表下1000m处。

在垂直于巷道轴线的平面内，应力场主应力沿水平和铅垂方向，铅垂应力等于深度应力，水平应力为，岩体平均容重为27KN/m3，抗压强度由库仑准那么规定，C=20MPa，

=25°

，抗拉强度

，试回答：

（a）预计巷道围岩在上述条件下的应力散布；

（b）为巷道提出一种供选择的设计方案。

二、如何明白得矿山压力与矿山压力显现及二者之间关系？

采动后作用于岩层边界上或存在于岩层当中的这种促使围岩向已采空间的运动的力（即采动后保使围岩运动的力），称为矿山压力。

采动后，在矿山压力作用下通过围岩运动与支架受力等形式所表现出来的矿山压力现象，统称为“矿山压力显现”。

研究与实践充分证明，矿山压力的存在是客观的、绝对的，它存在于采动空间的周围岩体中。

但矿山压力显现那么是相对的、有条件的，它是矿山压力作用的结果。

但是，围岩中有矿山压力存在却不必然有明显的显现。

因为围岩的明显运动本身确实是有条件的，只有当应力达到其强度后才会发生。

支架受力也是如此，它不仅取决于围岩的明显运动，而且还取决于支架对围岩运动的抗击程度。

压力显现强烈的部位不必然是压力顶峰的位置。

就某一点而言，压力显现的转变幅度与该点压力大小的增减幅度是相关的、对应的，但不必然成正比。

3、矿山压力显现与支护有如何的关系？

答：

采场支护作为围岩运动进程中的支撑体，支架上压力显现是相对的，它不仅与围岩运动的进展情形紧密相关，而且取决于支架特性、支架对围岩运动的抗击程度等等。

支架的作用就在于帮忙围岩稳固，把矿山压力显现操纵在要求的范围内。

为了能有效地操纵矿山压力显现，合理的支架与围岩彼此作用关系应当是依照平安的需要，把围岩运动与变形程度限制在控顶要求的范围内。

4、构造应力与自重应力要紧不同有哪些？

试分析构造应力场内布置巷道的要点是什么？

五、γ=25KN/m3，煤层厚度m=2.5m，内摩擦角ψ=25°

，C=2×

105N/m2，煤层与顶底板的摩擦系数为f=，支架对煤壁无支护强度，假设煤层的紧缩角为α=9°

，试别离用两种公式计算塑性区范围，并求顶峰压力值？

第二章采场上覆岩层运动和进展的大体规律

一、如何明白得直接顶和大体顶的组成、破坏特点和操纵要求？

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

因此，操纵直接顶的大体要求是：

当其运动时，支架应能承担其全数作使劲。

大体顶是指运动时对采场矿压显现有明显阻碍的传递岩梁的总合，在第一次来压后，是一组在推动方向上能始终传递水平力的不等高裂隙梁。

关于大体顶各岩梁操纵的大体要求是：

避免由于大体顶运动对采场产生动压冲击和大面积切顶事故发生，把大体顶岩梁运动终止时在采场形成的顶板下沉量操纵在要求的范围。

显然，若是大体顶岩梁运动没有动压冲击，岩梁运动终止后的自由位态所形成的采场顶板下沉量知足生产要求，现在支架可不承担大体顶岩梁的岩重。

换句话说，对这部份岩梁，支架承担的压力大小取决于所操纵的岩梁位态。

二、如何判定顶板的离层？

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，操纵岩梁的悬跨度是操纵离层发生的重要方式。

③离层显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显现。

关于相邻的两岩层，是不是同时运动组成一个传递岩梁，仍是分开运动形成两个传递岩梁，能够用两岩层沉降中最大曲率（ρmax）和最大挠度（ωmax）进行判定。

3、直接顶厚度的确信方式有哪几种？

直接顶厚度的确信方式有理论推断与现场实测方式。

1）理论推断方式对开采单一煤层或厚煤层顶分层有关推断冒高的方式和表达公式大体上有两大类：

（1）不考虑岩梁本身沉降的推断方式

（2）考虑岩梁本身沉降的推断方式

2）现场实测方式：

（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式。

包括以下两种情形。

利用采场来压前夕支柱承载值

能够反推直接顶垮落厚度。

利用采场来压前后顶板运动参数，计算顶板许诺下沉值SA，再代入公式计算。

4、如何明白得直接顶与大体顶之间的相互转化？

对同一采场，本地质条件和采动条件等发生转变或改变采空区顶板的处置方式时，直接顶和大体顶之间有可能彼此转化。

原属直接顶的岩层可能变成大体顶，一样，原属大体顶的岩层也能够转化为直接顶。

弄清二者转化的缘故和条件，是预测采场矿压显现的基础。

依照需要制造条件增进这种转化，是操纵采场上覆岩层运动和矿压显现的重要手腕。

实践证明，可能造成直接顶和大体顶两部份岩梁转化的缘故，要紧有以下几个方面：

（1）地质条件的转变，主若是岩层厚度和断层等构造的阻碍。

岩层厚度变小，其许诺沉降值

相应地减少，原处于大体顶的岩层垮落；

相反岩层变厚，原垮落的岩层那么可能向大体顶转化。

大的断层构造，能够切割传递岩梁，使专门大范围内的大体顶向直接顶转化，这是十分危险的。

（2）采动条件的转变，主若是采高和推动速度的转变。

采高加高，许诺岩梁弯曲沉降的实际空间增大，可能造成

>

。

因此，大体顶中的岩梁可能转化为直接顶；

相反，降低采高，原直接顶那么可能转化大体顶。

在一样采高条件下，若是因岩层的岩性或厚度转变而扩大了直接顶的范围，那么许诺岩梁运动的空间减少，运动减缓，由此阻碍采场的移顶范围会相对地减少；

相反，随直接顶变薄，大体顶范围将相应扩大。

改变推动速度到必然限度，也可能造成二者间的转化。

例如，肥城大封矿八层煤，石灰岩顶板在每日推动2m左右时不显现直接顶，而在一样采高条件下，当日推动速度超过4m后，厚度2m左右的最基层即发生垮落。

（3）改变采空区顶板处置方式。

采纳充填，减小岩层弯曲沉降的运动空间，可使

原直接顶转化为大体顶；

采纳强制放顶，能够改变原整体垮落的运动形式为弯曲沉降的运动形式，而使原直接顶的大部份岩层转化为大体顶。

（4）改变开采程序。

厚煤层或近距离煤层的上部存在坚硬顶板时，可能显现整体切断现象。

此条件下假设采纳反程序开采，即先采下分层或下部煤层，那么有可能使顶部份层的直接顶变成有预先形成裂隙的大体顶。

五、上覆岩层运动的两个时期，两个进程是什么？

上覆岩层运动的两个时期：

第一次运动时期与正常推动时期。

上覆岩层运动的两个进程：

相对稳固进程与显著运动进程。

六、已知某矿三层煤厚度为5.0m，自下至上覆盖在煤层之上的岩层为：

m1＝2.9m，m2＝12.43m灰白色中粒砂岩，m3＝1.8m灰白色粉砂岩，m4＝3.5m炭质泥岩，岩层平均碎胀系数为KA＝，试确信直接顶厚度？

7、某矿5层煤，上部为3m厚的细砂岩（单向抗拉强度243Kg/cm3，容重m3），再上为2m厚的低强度粉砂岩。

假设该采场无直接顶，仅用上述两层岩层组成大体顶。

试按梁的公式估算第一次运动步距和周期运动步距？

依照题意，该采场没有直接顶，大体顶由高强度的细砂岩及低强度的粉砂岩组成。

从组成大体顶的两岩层力学特性分析看，大体顶应该以下位3m厚的细砂岩为支托层，其上的粉砂岩为载荷。

那么由第一次运动步距估算公式得：

=

再由周期来压步距的估算公式可得：

八、试分析弯拉破坏与剪切破坏的条件及特点？

此题答案见考题答案。

第3章采场围岩支承压力及矿压显现与上覆岩层运动间的关系

一、工作面支架对大体顶有哪几种工作方案？

各类工作方案有什么特点？

工作面支架对大体顶有“给定变形”、“限定变形”两种工作方案。

各类工作方案的特点是：

“给定变形”特点：

“限定变形：

特点：

二、位态方程式有哪几种表达方式（写出公式）？

各类表达式的位态常数如何计算？

（1）位态方程式有极限位态方程式和相对位态方程式两种。

极限位态方程式：

相对位态方程式：

（2）位态常数计算表达式别离为：

极限位态常数：

相对位态常数：

3、在现场如何成立位态方程？

生产现场成立位态方程的方式与步骤为：

①实测参数

岩梁步距参数：

b、c

来压前后支架承载值及顶板下沉量：

、P0、

、△h0

②确信直接顶厚度mZ及支架支撑直接顶必需的承载值A。

③确信位态常数

（a）已知岩梁厚度mE，运动步距C等，那么：

（b）依如实测的P0值反推

假设实测P0值知足下式：

P0>

Pmin=A+K0

那么位态常数：

④写出位态方程

（a）

（b）

4、支承压力的概念？

单一重力场的支承压力表达式？

（1）概念

煤层采出后，在围岩应力从头散布的范围内，作用在煤层、岩层和矸石上的垂直压力称为“支承压力”。

（2）单一重力场的支承压力表达式为：

式中σy—距煤壁x处煤层上的支承压力，Pa；

n—直接作用于该处的传递岩梁数量（或称为直接覆盖岩梁数），也确实是在该处上方未显现离层的岩梁数；

mi—各传递岩梁厚度，m；

γi—各传递岩梁的平均容重，N/m

；

Li—各传递岩梁的跨度，m；

Cix—各传递岩梁至该处的重量比例（传递比率）。

五、采场支承压力在推动方向上的进展转变分为哪几个时期？

各时期支承压力与支承压力显现的进展规律如何？

（1）以第一次运动时期为例：

支承压力散布与显现转变划分为三个时期。

（2）第一时期：

采场开始推动到煤壁支承能力改变之前。

煤体特点：

煤体没有破坏，弹性紧缩；

压力散布：

一条顶峰在煤壁上的单调下降曲线（负指数）；

显现散布：

与压力散布曲线相同。

第二时期：

从煤壁支承能力改变到老顶岩梁端部断裂前为止。

煤体特点：

煤体支承能力降低，随老顶岩梁的离层进展，其作为载荷与传递上部岩重的作用将慢慢下降。

压力散布：

塑性区（包括煤体已完全破坏部份）压力慢慢上升。

弹性区内那么单调下降，其压力顶峰在交壤处。

显现特点：

整体仍为单调下降曲线，可是具体讲那么是塑性区内与压力散布相反，弹性区内与压力散布相同。

第三时期:

从老顶岩梁端部断裂到岩梁中部触矸为止。

特点：

压力散布与显现转变猛烈，压力与显现散布整体一致。

压力特点:

a、断裂线周围应力集中；

b、以断裂线为界分为两个应力场；

c、两个应力场中压力散布背向进展。

显现特点:

a、岩梁断裂时，伴随压力的集中，该部位移近速度突增；

b、断裂扩展或显著沉降，顶底板移近显现停滞乃至反弹；

c、断裂终止后，内外应力场中的压力显现以断裂线为界呈背向转移转变。

六、工作面双侧支承压力进展规律与推动方向有哪些区别？

1）两个方向上单一弹性散布存在的时刻，即塑性区及显现塑性区时工作面推动的位置都相同；

2）尽管老顶断裂在两个方向上略有前后，但其进展进程却是同步的,两个方向上支承压力散布和显现规律大体相同；

3）与推动方向相较的最大差距：

①侧向不存在内应力场散布范围收缩的情形，外应力场的扩展是通过内应力场扩展和煤层再度紧缩破坏而实现的；

②老顶中每一“岩板”运动的阻碍，关于任意部位来讲都只有一次。

7、已知某工作面顶板来压前夕，顶板下沉量为200mm，来压终止时顶板下沉量为500mm，相对稳固步距为6m，来压步距为8m，控顶距为4.5m，采高为2.2m，KA=，试求直接顶厚度？

八、已知某矿直接顶厚度为3m，悬顶距为2m，控顶距为4m，平均比重为γE=γz=25KN/m3，实测取得两次老顶来压完成时支护强度及顶板下沉量别离为（见表）。

顶板无阻碍最大下沉量值为600mm，试别离用两次来压实测数据成立为态方程。

序号

1

2

最终下沉量

400mm

500mm

支护强度

282KN

第4章回采工作面顶板操纵设计

一、简述回采工作面顶板事故的类型。

回采