矿山压力与岩层控制复习题Word格式.docx

1、8、直接顶初次垮落：煤层开采后，将首先引起直接顶的垮落。回采工作面从开切眼开始向前推进，直接顶悬露面积增大，当达到其极限跨距时开始垮落。直接顶的第一次大面积垮落称为直接顶初次垮落。 47c ） *Hc 9、顶板下沉量：一般指煤壁到采空区边缘裸露的顶底板相对移近量。随着工作面推进，顶底板处于不断引进的状态。由于在缓斜及倾斜工作面底板鼓起量比较小，因而常常可以忽略不计，为此顶底板移近量简称为顶底板下沉量。 8O5FU 3 10、老顶初次来压：当老顶悬露达到极限跨距时，老顶断裂形成三铰拱式的平衡，同时发生已破断的岩块回转失稳（变形失稳）。有时可能伴随滑落失稳（顶板的台阶下沉），从而导致工作面顶板的急

2、剧下沉。此时，工作面支架呈现受力普遍加大现象。即称为老顶的初次来压。 特点：（1）、老顶来压前，回采工作面的顶板压力并不大，但煤壁内支承压力却达到了这种情况下的最大值；（2）、由于煤壁前方强大的支承压力，可能导致直接顶在煤壁前方形成剪切破坏，从而形成预生裂隙，这对回采工作空间的管理显然是不利的；（3）、初次来压时，老顶跨距比较大，影响范围也比较广，工作面易出现事故；（4）、有持续性，一般持续23天；（5）、顶板出现断裂声，煤壁严重片帮，随后产生裂隙。对策：（1）、掌握初次来压的步距大小；（2）、加强支架的稳定性，增设木垛。T_OLeg dK 11、周期来压：随着回采工作面的推进，在老顶初次来压

3、以后，裂隙带岩层形成的结构将始终经历“稳定-失稳-稳定”的变化，这种变化将呈现周而复始的过程。由于结构的失稳导致了工作面顶板的来压，这种来压也将随着工作面的推进而呈周期性出现。因此，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。（1）、存在两层或两层以上老顶而导致采场周期来压步距呈一大一小周期性变化和周期性来压强度呈现一高一低周期性变化的现象；（2）、周期来压步距一般为初次来压步距的1/41/3=5-|H;da ；（3）、来压的大小还与采空区冒落矸石充满采空区的程度直接相关，采空区冒落越严实，老顶对工作面影响越小，反之，则较大。12、关键层：在直接顶上方存在厚度不等、

4、强度不同的多层岩层。其中一层至数层厚硬岩层在采场上覆岩层活动中起主要的控制作用。将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。 EzX$T 13、沿空留巷：沿空留巷是在上区段工作面采过后，通过加强支护或采用其他有效方法，将上区段工作面运输平巷保留下来，供下区段工作面回采时作为回风平巷。 .RNr*AQ 14、沿空掘巷：巷道一侧为煤体另一侧为采空区，如果采空区一侧采动影响已经稳定后，沿采空区边缘掘进的巷道称为煤体无煤柱（沿空掘进）巷道。 *qLOr6 15、锚固力：锚杆对围岩的约束力。（1）根据锚杆对围岩的约束力方式定义锚固力可分为托锚力、粘锚力、切向锚固力；（2）根据

5、锚杆的锚固作用阶段定义锚固力可分为初锚力、工作锚固力、残余锚固力。 -O ro$=% 16、软岩：软岩定义分为地质软岩和工程软岩。（1）地质软岩指强度低、孔隙较大、胶结程度差、受构造面切割及风化影响显著或含有大量膨胀粘土的松、散、软、若岩层的总称；（2）工程软岩时指在巷道工程力作用下，能产生显著变形的工程岩体。巷道工程力时指作用在巷道工程岩体上的力的总和。工程软岩的定义揭示了软岩的相对性实质。 fJ?$Z| 17、煤矿动压现象：煤矿在开采过程中，在高应力状态下积聚有大量弹性能的煤或岩体，在一定的条件下突然发生破坏、冒落或抛出，使能量突然释放，呈现声响、震动以及气浪等明显的动力效应。这些现象统称

6、为煤矿动压现象。 （!nhU 18、冲击矿压：冲击矿压是聚积在矿井巷道和采场周围煤岩体中的能量突然释放，在井巷发生爆炸性事故，产生的动力将煤岩抛向巷道，同时发出强烈声响。造成煤岩体振动和煤岩体破坏，支架与设备损坏，人员伤亡，部分巷道垮落破坏等。 G（!（8&2Y 19、冲击能指数：冲击能指数Ke在单轴压缩状态下，煤样全“应力-应变”曲线峰值C前所积聚的变形能Es与峰值后的变形能Ex之比值。它是包含试件“应力-应变”全部变化过程的曲线，直观和全面反映了蓄能、耗能的全过程，显示了冲击倾向的物理本质。 a1+ 20、浅埋煤层：开采区域大部分集中于埋深在100-150m以内的浅部，煤层的典型赋存特点时

7、埋深浅、基岩顶板较薄、表土覆盖层较厚。由于此类煤层的矿压显现规律具有明显的特点，为了区别于其他煤层，通常将具有浅埋深、基岩薄、上覆厚松散层赋存特征的煤层称为浅埋煤层。1、回采工作面支护包括：支架支护和“大结构”保护。2、采空区处理方法：刀柱法，顶板缓慢下沉法，全部充填或局部充填法，全部垮落法。3、直接顶初次垮落的标志是：直接顶垮落高度超过11.5m，范围超过全工作面长度的一半。4、 g/% w3G 1.简述原岩应力场的概念及主要组成部分。（40）天然存在于原岩内而与人为因素无关的应力场称为原岩应力场。原岩应力场由自重应力场和构造应力场组成。地心引力引起的应力场称为自重应力场，地壳中任意一点的自

8、重应力等于单位面积的上覆岩层的重量。由于地质构造运动而引起的应力场称为构造应力场，构造应力与岩体的特性，以及正在发生过程中的地质构造运动和历次构造运动所形成的地质构造现象有密切关系。2.原岩应力分布的基本特点（43）（1）实测铅直应力基本上等于上覆岩层重量；（2）水平应力普遍大于铅直应力；（3）平均水平应力与铅直应力的比值随深度增加而减小；（4）最大水平主应力和最小水平主应力一般相差较大。3.支承压力与矿山压力的区别有哪些？支承压力一般认为是岩石的自身承压能力或是液压支架的承压。而矿山压力是指存在于矿井之中巷道的压力，它既包括原岩压力，也包括应力重分布后的二次压力，既有重力应力，又有构造应力。

9、而支撑应力主要指巷道两侧改变后的应力，其次，矿山压力既有径向应力，又有切向应力，而支承压力是巷道两侧改变后的切向应力增高部分。4.简述对开采后上覆岩层形成的结构有哪几种主要假说及其各自的优缺点。（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；未查明开采后上覆岩层活动规律，因此仅凭悬臂梁本身

10、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”；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；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.简述岩石破碎后的碎胀特征及其在控制顶板压力中的作用？（72

11、）岩石破碎后，杂乱堆积，岩石的总体力学特征类似于散体。由于岩层破碎后体积将产生膨胀，因此直接顶跨落后，堆积的高度要大于直接顶原来的高度。影响碎胀系数KP的重要因素是岩石破碎后块度的大小及其排列状态。例如，坚硬岩层成大块破断且排列整齐，因而碎胀系数较小；若岩石破碎后块度较小且排列较乱，则碎胀系数较大，岩石破碎后，在其自重及外加载荷的作用下渐趋压实，碎胀系数变小，压实后的高度将取决于岩七的残余碎胀系数KP，。若直接顶岩层的培落厚度为h，则垮落后堆积的高度为Kph它与老顶之间可能留下的空隙为：hMKph=M-Kph（Kp-1）当Mh（Kp-1）时，=0，即冒落的直接顶将充满采空区。此时下沉量较小，常

12、可忽略不计。因此，形成充满采空区所需直接顶的厚度为：随着老顶初次断裂，老顶破断岩块的变形迫使直接顶变形而向支架方向加载荷，此时直接顶就不再可能形成初次放顶时可能发生的离层状态。但是老顶破断岩块形成的变形失稳与滑落失稳将对直接顶的稳定性产生影响。岩石的碎胀性是指岩石破辞后散乱后堆积的体积比破碎前整体状态下增大的特性，一般用碎胀系数KP表示。对于岩层控制来说，碎胀性有重要作用，当煤层采出形成采空区后，项板处于悬露状态，就会发生破坏堵蒂，并给工作面顶报管理造成影响以至危害。由于顶板岩石有碎胀性，垮落后体积增大，能充填部分因煤层采出后形成的采空区，其上覆岩层的活动对工作面就没有明显的动压影响了。因此，

13、碎胀性对工作预顶板管理有重要意义6.分析采场上覆岩层结构失稳条件（84）上覆岩层的岩体结构主要由坚硬岩层组成，软岩层只作为载荷，坚硬岩层断裂成岩按后排列鳖齐并互相咬合，这样，就可以建立一个势定的力学模型。根据力学计算，岩体结构的平衡条件为：（1）岩块间应有足够的水平推力，且不可过大。（2）岩块的下沉量Sl要小，厚度h较大，且Sl要远小于ho。（3）岩按闷的断裂角要小于岩块间的摩擦角（4）岩块间的剪切力Q要小于岩块问的摩擦力，即岩体结构上作用的载荷不易过大。当老顶达到极限跨距时，随着回采工作面继续推进，老顶即发生初次断裂，破断后的岩块互相挤压形式三铰拱式的平衡结构，此结构将取决于咬合点的挤压力是

14、否超过咬合点接触面处的强度极限，在一定条件下可能导致岩块随着回转而形成变形失稳；另外即是咬合点处的摩擦力与剪切力的相互关系，当剪切力大于摩擦力时形成滑落失稳，在工作面的表现形式为顶板的台阶下沉。7.试分析落煤与放顶不能在同时同地点平行作业 的原因及条件。落煤与放顶在同时同地平行作业时将导致顶板下沉表现得最为剧烈，平时则比较缓和，由于放炮后增大了回采工作面的控顶距，因而破坏了煤壁前处的应力平衡，使支承压力产生一个向煤壁深处移动的过程，另外，由于落煤使工作面推进使顶板断裂，岩块逐渐趋向失稳而放顶过程则撤除了裂隙带下位岩层部分支撑力，而导致冒落，对单体支架，不允许同时进行，但对于液压自移支架来说是允

15、许的。8.分析加快工作面推进速度与改善顶板状况的关系。（112）从实测的“s一t”曲线中可以看出，加快工作面的推进速度实质上意味着减少了工作面的控顶时间，也减少了时间因素对顶板下沉的影响，无疑可以减少顶板的下沉量，改善顶板维护状况。但是加快工作面的推进速度却在一定的时间间隔内增加了工序的影响次数，即缩短了相邻两个工序的时间间隔，同时也必然使顶板的下沉量加剧。当工作面推进速度加快到一定程度后，可能会出现前一工序影响的顶扳下沉还未稳定，后一个工序的影响却已来到。这样，会使工作面顶板始终处于剧烈活动的情况下。显然，这种信情况况对项板的渠护是非常不利的。在工作面推进速度很慢的情况下，加快工作面的推进速

16、度对于减小顶扳的下沉虽，改善顶板曲维护状况显然是有利的。但是，如果工作面的推进速度已提高到一定程度后，再提高工工作面的推进速度不但不能减小顶板的下沉量，反而会使顶扳活动更加剧烈。从理论上来讲，用加快工作面推进速度的方法来减小顶板下沉量，改善顶板维护状况是有一定限度的。因而企图用加快工作面推进速度来甩掉矿山压力的想法更是不现实的。在目前的实际生产中，工作面的推进速度还远没有达到不能再提高的地步。从矿山压力的观点出发，即使是年产百万吨的采煤队，再提高工作面的推进速度以减小质板的下沉量也还是可能的。9.试分析开采深度对采场矿山压力及其显现的影响。（113）开采深度直接意影响着原岩应力大小，同时也影响

17、着开采后巷道和工作面周围岩层内中支承压力的值。所以，开采深度对矿山压力具有绝对的影响。开采深度愈大，采场的矿山压力也愈大。但对矿山压力显现的影响则不尽相同。1开采深度对巷道矿山压力显现的影响可能比较明显，如随着开采深度的增加，巷道围岩的变形与支架上承受的压力都将增加；对有冲击矿压的危险的矿，冲击矿压的次数和强度都将明显增加；还有煤壁的片帮，底板的鼓起。2而有的矿山压力显现和开采深度并无明显关系。如顶板的下沉和支架上所承受的载荷并不随开采深度的增加而正比例的增大。因为顶板的下沉直接受裂隙带的岩层形成的大结构和支架特性影响，并和煤层的采高，老顶及直接顶的力学性质及它们的厚度因素有关。支架上所承受的

18、载荷主要取决于顶板下沉特点和支架自身的性能，一般不随开采深度的增加而增大。10.回采工作面支柱的特性有几种，试比较其优缺点。回采工作面支柱特性有三种，分为：急增阻式，微增阻式，恒阻式。优缺点比较：急增阻式支柱可缩量较小，微增阻式支柱具有较大的可缩量，恒阻式支柱的工作阻力保持不变。11.简述我国缓倾斜煤层工作面顶板分类方案。（122）为了指导回采工作面的顶板管理，选择合适的液压支架形式，单体支架的文护方法和采空区处理措施；以及为了确定液压支架的文护强度和单体支柱的支护密度，以提药厂高工作面的安全程度，减少顶板事故等，原煤炭工业部颁发了缓倾斜煤层采煤工作面顶板分类方案。采煤工作面直接顶类别按其在开

19、采过程中表现的稳定程度进行划分，共分为4类，其中1类又分为2个亚类，对于2类直接顶，可根据需要分为两个亚类，其具体指标见表51。表51中，tr为直接顶平均初次垮落距。12.支撑式、掩护式、支撑掩护式液压支架结构特征及适用范围。（128）支撑式：指在结构上没有掩护梁，对顶板的作用是支撑的支架称为支撑式支架。一般性结构的支撑式液压支架比较适用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，在破碎顶的条件下，则必须采取有效的护顶措施，才能得到良好的使用效果。支撑式支架通风断面大、行人方便、结构简单，在高瓦斯矿井中使用具有较大的优越性。我国煤炭行业标准认为支撑式液压支架适用于采高1.5米以下

20、，直接顶3、4类，底板类以上煤层倾角20o以内的长壁工作面。（P131）掩护式：指在结构上有掩护梁，单排立柱连接掩护梁或直接支撑顶梁对顶板起支撑作用的支架但这种支架工作空间小，因而通风断面小，行人也不方便。由于增加了掩护梁，支架重量有所增加。 适用于直接顶破碎，来压不明显的条件。不适用于直接顶坚硬而老顶周期来压强烈的条件。（P132）支撑掩护式：指具有双排或多排立柱及掩护梁结构的支架，支柱大部或全部通过顶梁对顶板起支撑作用，可能有部分支柱是通过掩护梁对顶板起作用。其顶梁长度一般均较掩护式支架长，增加了支撑力，缩短了掩护梁长度，加大掩护梁的坡度，改善支架底座与底板受力情况，可见支撑掩护式支架支撑

21、能力较强，对顶板的适应性较强。导致控顶距增大，价格较高，重量较大，支架结构较复杂等缺陷。（PPT上有）13.简述采场支架与围岩关系特点。（146）所谓“支架与围岩关系”就是工作面支架和工作面顶、底扳之间的相互作用和相互影响，即支架对围岩既要支撑又罢适应的关系。从目前掌握的资料来看，采场支架与图岩关系有如下几个特点：支架围岩是相互作用的一对力。支架受力大小及其在回采工作面分布的规律与支架性能有关。支架受力大小还与支架与围岩支撑系统的总体特性有关。事实证明，刚性、急增阻式、微增阻式或恒阻式支架受力在工作面的分布状态是不一致的，恒阻式支架的受力比较均匀。支架结构及尺寸不同对顶板压力影响和维护效果不同

22、。实际生产中证明在支架架型选择合适时，可以用最小的工作阻力维护好顶板。14.分析采场支架工作阻力与顶板下沉量的“P-L”曲线关系支架工作阻力与顶板下沉量的关系在一定程度上反映了支架与围岩的相互作用关系。从PL曲线可以得出一下结论：不同的顶板条件，PL曲线的斜率不同，但都呈双曲线关系。在一定工作阻力以上，支架工作阻力增加对顶板下沉量影响较小，但低于此值则影响较大。支架的工作阻力并不能改变上覆岩层“大结构”的总体活动规律。回采工作面支架应具备以下两个基本特性：一是必须具备一定的可缩量；二是必须具备有良好的支撑性能，即一定的工作阻力。因而在支架选型与支护设计中最主要是确定支架的最大可缩量与最大工作阻

23、力。15.简述开采后引起的上覆岩层的破坏方式及其分区。（179）开采后引起上覆岩层的破坏方式：1、岩层移动曲线符合负指数函数关系曲线；2、煤层上方的岩层在开采的影响下，一般在回采工作面前方3040m处就开始变形；3、回采工作面推进钻孔48m后，垂直位移急剧增加，但各层位移速度不尽相同；4、当已断裂的岩层重新受到已冒落矸石支撑时，变形曲线又趋于缓和。其分区包括：A区，煤壁支撑影响区；B区，离层区；C区，重新压实区。16.简述岩层移动引起的采动损害。（1）、形成矿山压力显现，引起采场和巷道顶板的下沉，垮落和来压甚至引发冲击地压等强烈的矿压显现；（2）、形成采动裂隙，引起周围煤体中的水与瓦斯的流动，

24、导致井下瓦斯事故与突水事故；（3）、岩层移动发展到地表引起地表沉陷，导致农田，建筑设施的毁坏。17.简述绿色开采技术体系，关键层的作用。（174）针对煤矿中土地、地下水、瓦斯以及矸石排放等，“绿色开采技术”主要包括以下内容：1、水资源保护形成“保水开采”技术；2、土地与建筑物保护形成离层注浆、充填与条带开采技术；3、瓦斯抽放一形成“煤与瓦斯共采”技术；4、煤层巷道支护技术与减少酐石徘放技术；5、地下气化技术。这些内容构成的绿色开采技术体系简要表达如图所示。 由于成岩时间及矿物成分不同，煤系地层形成丁厚度不等、强度石同的多层岩层。其上覆岩关键层将对采场上层岩层活动起决定的控制作用；覆岩关键层不仅

25、对地表动态下没过程起控制作用，还对地表移动zz线特性产生影响，地表下沉是关键层与表土耦合作用的结果；关键层运动对离层及裂隙的产生、发展与时穿分布起到控制作用。并对岩层移动过程中形成的采场矿压显现、煤片体中水与瓦斯的流动和地表沉陷等状态的变化进行有效监侧与控制，关键在于弄清关键层的变形破断及其运动规律，以及其运动过程中与软岩层间的相互耦合作用关系。关键层理论的提出实现了矿山压力、岩层移功与地表沉陷、采动煤岩体中水与瓦斯流动研究的有机统一为更全面深入地解释采动岩体活动规律与采动损害现象奠定了基础，为煤矿绿色开采技术研究提供了理论平台。18.简述岩层控制的关键层理论及其在岩层控制中的意义。（1）、岩

26、层控制的关键层理论包括：关键层定义，即对采场上覆岩层局部或直至地表的全部岩层活动控制作用的岩层。关键层的主要特征包括：1、几何特征；2、岩性特征；3、变性特征；4、破断特征；5、承载特征。（2）、关键层理论在岩层控制研究的意义为：关键层理论的提出实现了矿山压力，岩层移动与地表沉陷，采动煤岩体中水与瓦斯流动研究的有机统一，为更全面深入地解释采动岩体活动规律与采动损害现象奠定了基础，为煤矿绿色开采技术研究提供了新的理论平台。19.简述控制岩层移动的技术。（188）岩层移动控制技术可分为3类：（1）留设煤柱控制岩层移动包含1、部分开采（条带开采和房柱式开采）；2留设保护煤柱；（2）充填法控制岩层移动

27、；（3）调整开采工艺及参数控制岩层移动，如限厚开采、协调开采、上行开采等。20.简述回采工作面周围支承压力分布规律。（195）煤层开采过程破坏了原岩应力场的平衡状态，引起应力重新分布。对于受到采动影响的巷道，它的维护状况除了受巷道所处位置的自然因素影响以外，主要取决于采动影响。煤层开采以后，采空区上部岩层重量将向来空区周围新的支承点转移，从而在采空区四周形成支承压力带。工作面前方形成超前支承压力，它随着工作面推进而向前移动，称为移动性支承压力或临时支承压力。工作面沿倾斜和仰斜方向及开切眼侧煤体上形成的支承压力，在工作面采过一段时间后，不再发生明显变化，称为固定支承压力或残余支承压力。回采工作面

28、推过一定距离后，采空区上覆岩层活动将趋于稳定，采空区内某些地带冒落矸石被逐渐压实，使上部未冒落岩层在不同程度上重新得到支撑。因此，在距工作面一定距离的采空区内，也可能出现较小的支承压力，称为采空区支承压力。综合上述几个力构成回采工作面周围支承压力分布状态。支承压力的显现特征通过支承压力分布范围、分布形式和应力峰值表示。工作面超前支承压力峰值位置距煤壁一般为48m，相当235倍回采高度。影响范围为4060m，少数可达6080m，应力增高系数为253。工作面倾斜方向固定性支承压力影响范围一般为1530m，少数可达3540 m，支承压力峰值位置距煤壁一般为1520m、应力增高系数为23。采空区支承压

29、力血力增高系数通常小于l，个别情况下达到13。相邻的采空区所形成的支承压力会在某些地点发生相互叠加，称为叠合支承压力。例如，在上下区段之间，少区段采空区形成的残余支承压力与下区段工作面超前支承压力叠加、在煤层向采空区凸出的拐角、形成很高的叠合支承压力，应力增高系数可达57，有时甚至更高。21.区段巷道主要布置方式有哪几种？（1）、煤体-煤体巷道；（2）、煤体-煤柱巷道；（3）、煤体-无煤柱巷道。22.按照巷道与上部煤层回采空间的相对位置和开采时间欢喜，底板巷道的位置可归纳为几种情况？（1）、布置在已稳定的采空区下部，在上部煤层回采空间形成的底板应力降低区内；（2）、布置在保护煤柱下部，经历保护

30、煤柱两侧回采工作面的超前采动影响；（3）、布置在尚未开采的工作面下部，经历上部采面的跨距影响后，位于已稳定的采空区下部应力降低区内。23.决定巷道位置的参数有哪些？各代表什么意义？（1）、本煤层巷道与开采空间在同一层面内，其位置参数是巷道与采空区边缘的距离，即代表保护煤柱的宽度；（2）、底板巷道与开采空间不在同一层面内，其位置参数为巷道与上部煤层之间的垂直距离z，巷道与上部煤柱（体）边缘之间的水平距离x，煤柱的合理宽度B，其中煤柱的合理宽度即护巷煤柱的稳定性问题。24.采区平巷在其服务期内沿走向的矿压规律有哪些？采动影响带的前影响区和后影响区内矿压显现时间和机理有何不同？（203）（1）煤体煤体巷道服务期间内，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，园岩变