矿压复习题整理2(2010专业证书).doc

一、名词解释
1、矿山压力：由于在地下煤岩体中进行采掘活动而在井巷、硐室及回采工作面周围煤、岩体中和其中的支护物上引起的力。
2、弹性应变能：岩体受外力作用时，在岩体内部所储存的能量，称为弹性应变能。
3、矿山压力控制：人为地调节、改变和利用矿山压力作用的各种措施。
4、原岩应力场：天然存在于原岩内而与任何人为原因无关的应力场
5、支承压力:指在岩体中开掘巷道，在煤层内进行采煤时，巷道两侧或回采工作面周围煤壁上形成的高于原岩应力的垂直集中应力。
6、老顶初次来压：由于老顶第一次失稳而产生的工作面顶板来压
7、老顶周期来压: 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。
8、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，常以每米采高每米推进度多少毫米表示
9、顶板下沉速度: 指单位时间内的顶底板移近量 ，以mm/h计算
10、老顶: 位于直接顶或煤层之上，通常厚度及岩石强度较大、难以垮落的岩层
11、直接顶: 位于煤层或伪顶之上有一定的稳定性，移架或回柱后能自行垮落的岩层，岩性多为砂页岩、页岩
12、伪顶: 位于煤层之上随采随冒落的极不稳定岩层，其厚度一般在0.5m以下，岩性多为炭质页岩
13、沿空掘巷: 在上工作面运输平巷或回风平巷被废弃之后，经过一段时间，等待采空区上覆岩层移动基本稳定后，紧贴原废弃的巷道，在煤层边缘的煤体内重新掘巷，作为下区段工作面回风平巷或运输平巷。
14、冲击地压:一种发生在井巷或回采工作面围岩(煤体)内,积聚的变形能量以突然;猛烈破坏为特征的矿压的动力现象,常伴随有很大的声响,岩体的声响震动,冲击波.有时候还释放出大量的瓦斯
15、顶板大面积来压:主要是由于坚硬顶板被采空的面积超过一定的极限值,引起大面积冒落而造成的剧烈动压现象。
16、直接顶初次垮落：当直接顶垮落高度超过0.5m，沿工作面方向垮落长度超过工作面总长度的50%时的垮落。
17、直接顶初次垮落距：接顶初次垮落时工作面煤壁至开切眼煤帮之间的距离。
18、基本顶初次来压步距：开切眼到初次来压时工作面推进的距离
19、基本顶周期来压步距： 基本顶岩梁周期折断的距离
20、关键层：在直接顶上方存在厚度不等、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。前者称为亚关键层和后者称为主关键层。
21、绿色开采技术：从广义资源的角度上来认识和对待煤、瓦斯、水等一切可以利用的各种资源的开采技术。
22、底板比压：支架底座对单位面积底板上所造成的压力。
23、极限底板比压：支架钻底时所允许的最大底板比压。
24、围岩压力：围岩变形受阻而作用在支护结构物上的挤压力或塌落岩石的重力。
25、全部垮落法: 有步骤的将已采空间顶板岩层放落，利用垮落岩石的碎胀性将采空区填满，支撑与控制上覆岩层活动

二、填空题
1、 岩石的碎胀系数对矿压控制，尤其是对回采工作面的____顶板_____管理有重要意义。
2、 静水应力状态（海姆）假说认为，在岩体深处的原岩垂直应力与其上覆岩层的重量成__正比__，而水平应力大致与垂直应力__相等__。
3、 根据裂隙带内岩层的移动特点，沿工作面推进方向可将其分为__煤壁支撑影响区___、_离层区____和_重新压实区__三个区域。
4、 预防周期来压造成的事故，主要是准确地判断周期来压的__预兆_____，及时采取加强__支护____措施。
5、 目前所使用支柱的工作特性可分为_微增阻式_____、__急增阻式_和_恒阻式___三种。
6、 目前，确定顶板压力的方法有_估算法____和__经验法___两种。
7、 整个回采工作面上覆岩层中邻近煤层的老顶岩层形成的结构，是由“煤壁——_工作面支架_______——采空区已冒落的矸石”支撑体系所支撑。
8、 矿山岩石力学研究采用了_现场观测_________、__理论分析________和__实验室实验________等性质不同的研究方法。
9、 裂隙带岩层的岩体结构模型的特征为，悬露岩块的重量几乎全部由___前支承点_______承担。
10、 研究矿山压力显现及其各种控制方法的基本目的，是为了保证__生产安全___和取得良好的__经济效益_______。
11、 从力学角度来看，岩体与岩石的主要区别是，岩体具有_非均质性_______、_非连续性_______和_各向异性_______的特征。
12、 支承压力的边界一般可以取高于原岩应力的___5%_____处作为分界处。
13、 采空区的处理方法主要有_刀柱法_______、_顶板缓慢弯曲下沉法_______、_充填法_______和__全部垮落法______四种。
14、 常见的巷内加强支护分为__巷内永久性加强支护_______和__巷内临时性加强支护_______两类。
15、 影响碎胀系数的重要因素是破碎后块度的__大小__及其_排列状态___。
16、 回采工作面的顶板下沉量与采高及控顶距的大小成___正比______关系。
17、 液压支柱按其注油方式可分为___外注式______和__内注式______两种。
18、 在常用的无煤柱护巷中，沿空巷道有_沿空留巷_______和__沿空掘巷_______两种基本方式。
19、 水平应力是影响巷道顶板冒落、底板鼓起、两帮内挤的主要原因。
20、 巷道的围岩变形量主要取决于巷道的埋藏深度和围岩性质。
21、 降低巷道围岩应力，提高围岩稳定性以及合理选择支护是巷道围岩控制的基本途径。
22、 格里菲斯强度准则认为不论材料处于何种受力状态，本质上都是由于拉应力引起的破坏。
23、 对液压支架设计使用其决定作用的力学参数是初撑力和工作阻力。
24、 进行工作面顶板控制设计时，一般先考虑可能施加给支柱的顶板力，再按需要与规定取支柱的初撑力或按经验取支柱的平均工作阻力，从而计算出支柱密度。
25、 根据煤层赋存情况、地质条件和所采取的技术措施不同，沿空掘巷可分为完全沿空掘巷、留小煤墙掘巷和保留部分老巷断面掘巷三种方式。
26、 岩柱的稳定性主要取决于岩柱的载荷和岩柱强度。

三、其他（问答、论述或计算）
1、研究孔的周围应力对研究矿山压力有何实际意义？有哪些重要结论可以借鉴？
答：⑴意义：求解巷道周围应力状态，说明、解释巷道变形机理，研究矿山压力显现规律。
⑵结论：①孔周围切向应力集中，stmax发生在孔的周边。对圆形和椭圆形孔， stmax发生在孔的两帮中点和顶底的中部；对矩形孔， stmax发生在四角处。②应力集中系数③取切向应力超过原岩垂直应力5％处做为边界线④孔的影响范围与孔的断面大小有关
2、试述煤柱下方底板岩层中应力分布特点及其实际意义。
答：⑴特点：①在煤住和煤体下方的一侧为增压区②在采空区下方的一侧为减压区③在煤住或煤体下方的一侧离煤层越远应力越小最后趋向于原岩应力ｒｈ④在采空区下方的一侧离采空区越近应力越小在一定的范围内可以小于原岩应力。
⑵意义：为布置巷道和卸压提供理论依据
3、试分析老顶达到极限跨距时，以剪切断裂为主还是以弯曲断裂为主？
答：在同样条件下，由简支梁计算所得的极限跨距要比固定梁计算所得的小；在一般情况下，由于弯矩形成的极限跨距要比剪切应力形成的极限跨距小，因此常常按弯矩来计算极限跨距。既以弯曲断列为主
4、衡量矿山压力显现程度的指标
答：（1）顶板下沉量（2）顶板下沉速度
（3）支柱变形于折损（4）顶板破碎情况
（5）局部冒顶（6）工作面顶板沿煤壁切落
（7）其他：煤壁片帮，支柱插入底版，底鼓
5、试分析加快工作面推进速度与改善顶板状况的关系
答：（1）落煤后，增大了回采工作面的控顶距，因而破坏了煤壁前方的应力平衡，使支承压力产生一个向煤壁深处移动的过程，同时使得老顶破断岩块进一步回转，从而引起工作面顶板下沉加剧。
（2）放顶后，老顶岩层形成的结构本来由“ 煤壁－工作面支架－采空区已冒落的矸石 ”支撑体系所支撑。放顶过程就是撤除了靠近采空区一侧的支架支撑力，导致“支架-围岩”的力学系统发生变化，这种变化将使顶板下沉量急剧增加。
（3）加快工作面的推进速度只是缩短了落煤与放顶两个主要生产过程的时间间隔，从道理上说，其结果肯定能减小顶板下沉量，但同时必然使顶板下沉速度加剧。
（4）只有在原先的工作面推进速度比较缓慢的条件下，加快工作面推进速度，才会对工作面顶板状态有所改善。
（5）总之，当工作面推进速度提高到一定程度后，顶板下沉量的变化将逐渐减小，故从根本上来说是不能甩掉顶板压力的。
6、试分析开采深度对采场矿山压力及其显现的影响。
答：（1）矿山压力：开采深度增加，直接影响着原岩应力的大小，gH增加。
（2）矿山压力显现：
冲击矿压、片帮、底臌机率增加，受开采深度影响明显；
对回采工作面顶板压力大小影响并不突出，尤其是对顶板下沉量的影响，对支架所受载荷的影响也不明显
7、回采工作面支柱的特性，及其优缺点
答：特性：（1）急增阻式（2）微增阻式（3）恒阻式
优缺点：从支柱工作阻力适应顶板压力的特点进行分析，显然，恒阻性能的支柱较为有利，急增性能比较差；但恒阻式支柱结构比较复杂，成本较高，急增阻式的结构简单，成本较低。
8、工作面顶板分类方案
答：直接顶分类、老顶分级P122
9、我国对支架的分类及适用范围
答：（1）支撑式：结构上无掩护梁，对顶板作用是支撑方式；适应中等稳定或完整的直接顶板
掩护式：结构上有掩护梁，支柱通过掩护梁对顶板支撑；适应松软破碎的直接顶板。
支撑掩护式：具有掩护梁结构，支柱大部分或几乎全部是通过顶梁对顶板起支撑作用，也可能有部分支柱是通过掩护梁对顶板起作用；既适应有老顶来压的顶板，又适应破碎直接顶板。
10、简述巷道卸压方法有哪些，卸压方法的实质。
答：实质：通过人为措施使巷道围岩在不同程度上受到某种形式的扰动或破坏，结果使本来作用在巷道上方或其附近的载荷，被迫转移到离巷道较远的新支承区
方法：（1）、在巷道周围形成槽孔
钻孔卸压；切槽卸压；松动爆破卸压
（2）在巷旁形成卸压空间
宽面掘巷卸压；在巷旁留专门的卸压空间
（3）大面积区域性卸载
跨越平巷回采；跨越上山回采（跨采原理看情况而定）
11、试分析采场上覆岩层所形成结构的失稳条件。
答：（1）结构的滑落失稳
当剪切力等于该咬合点的摩擦力时，呈极限平衡状态；如果剪切力大于摩擦力时，此结构失稳。
（2）结构的变形失稳
岩块在回转过程中，由于挤压处局部应力集中，致使该处进入塑性状态，甚至局部受拉而使咬合处破坏造成岩块回转进一步加剧，从而导致结构失稳。
12、试解释“支撑力-顶板下沉量”（P-ΔL）曲线的实质。
答：（1）顶板下沉量和支架工作阻力的关系曲线，反映了两者的相互关系；
（2）支架工作阻力较小时，增加工作阻力可明显减小顶板下沉量；
（3）事实上，控制顶板下沉量是有一定限度的，即支架工作阻力达到一定限度时，再增加对顶板下沉量减小就不明
结论：支架工作阻力不能改变顶板岩层活动规律。
13、试分析厚煤层分层开采采场矿山压力显现特点。
答：（1）老顶来压步距小、强度低；
（2）支架载荷变小，一，二分层表现为动，静载荷（3）顶板下沉量变大；
（4）煤壁片帮减弱，支承压力减小
14、简述煤层倾角变化对回采工作面矿山压力显现的影响。
答：（1）随着煤层倾角增加，顶板下沉量将逐渐变小；
（2）由于煤层倾角增加，采空区顶板冒落矸石不能在原地停留，垮落不均或沿底板滑移，上部冒落，下部充填较满，支架受力不均。
（3）在同样的生产条件下，俯斜开采时，上覆岩层顶板更容易形成结构。
15、回采工作面周围支承压力分布状态
答：（1）超前支承压力，峰值k＝2～4
残余支承压力，峰值 k＝2～3
采空区支承压力，k＝1～1.3或k<1
叠合支承压力，拐角处k＝5～7
16、采区平巷在其整个服务期内沿走向的矿压显现有哪些基本规律。
答：（1）巷道掘进阶段（原始应力）：矿压显现不剧烈，围岩较快趋向平衡，移动速度剧烈——衰减——趋向稳定
（2）无采掘影响阶段（超前应力）：围岩移动微小，速度缓慢，基本上处于稳定状态
（3）采动影响阶段（残余支承压力）：矿压显现强烈，巷道维护最困难；前方采动影响带(40-50m)采动影响增加，后方采动影响带(40-60m)采动影响衰减
（4）采动影响稳定阶段（侧向应力影响）：工作面后方100～120m围岩平均移动速度稍大
（5）二次采动影响阶段（上滞后下超前叠加）：比一次采动影响大
17、采区斜巷沿倾斜方向的矿压显现有哪些基本规律。
答：（1）、煤体边缘卸载带
（2）支承压力显现带（应力增高带或增压区）
（3）原岩应力带
（4）倾斜支承压力由不稳定——稳定
19、巷道围岩稳定性分类指标
答：（1）巷道顶底板和煤层的强度（sD sd sM ）
巷道埋深（H）
（3）直接顶初次垮落步距（L）
（4）直接顶厚度与采高比值（N）
（5）护巷煤柱宽度（X）
20、简述岩层移动引起的采动损害与煤岩绿色开采技术体系。
答：（1）矿山压力显现：采场和巷道顶板下沉垮落来压冲击地压。
（2）采动裂隙：水与瓦斯流动；瓦斯事故、突水事故
（3）地表沉陷：地表建筑（农田）毁坏、地表沉陷盆地
解决方法：绿色开采技术
水资源保护－保水开采技术
土地与建筑物保护－离层注浆充填与条带开采技术
瓦斯抽放－煤与瓦斯共采
煤层巷道支护技术与减少矸石排放技术
地下气化技术
21、简述控制岩层移动的技术。
答；一、留煤柱控制岩层移动
（1）部分开采：条带开采和房柱式开采
（2）留设保护煤柱
二、充填法控制岩层移动
1、采空区充填（1）水力充填（2）干式充填（3）胶结充填
2、覆岩离层区充填
三调整开采工艺：（1）限厚开采（2）协调开采（3）上行开采
22、综放开采顶煤破坏的力学机制、分区。
答：机制：顶煤在支承压力峰值区主要是以剪切破坏为主，是由于顶煤体中的采动应力场形成的剪应力大于顶煤抗剪强度所致；在支承压力峰值区以后靠近工作面，沿工作面方向的约束减弱，顶煤的破坏逐渐以拉伸破坏为主，工作面继续推进，顶煤失去侧向约束，在顶板压力和顶煤自重作用下，顶煤将产生冒落，堆积在支架上方或掩护梁上。
顶煤分区
原始状态区 原岩应力
压缩变形区 加载，位移不大
拉剪破裂区 拉伸、剪切破坏，体积膨胀
散体冒放区 顶煤冒落，散体堆积
23、已知某缓倾斜煤层工作面最大采高为2米，最小采高为1.6米，最大控顶距为4米，顶板为中等稳定，试确定单体支柱的最大高度和最小高度（顶梁厚度为96mm） 。
1、 计算顶板下沉量SL，取下沉系数η=0.04，则：
SL=η·M·L=0.04×1.6×4=0.256m=256mm
2、 计算Hmax和Hmin：
Hmax=Mmax-b=2000-96=1904mm
Hmin=Mmin-SL-b-a=1600-256-96-50=1198mm
24、简述压力拱假说的实质、优缺点和适用条件。
压力拱假说的实质：（1）回采面自开切眼开始就已经形成了压力拱。（2）随着回采面推进，由于采空区扩大，压力拱的范围也随之增大，直至采空区顶板冒落后，形成了新的压力拱。（3）压力拱的一个支点是工作面前方煤壁（前拱脚），另一个支点是采空区的冒落的矸石或充填体（后拱脚），随着工作面向前推进，前后拱脚随之向前移动。（4）前后两拱脚为高应力区，而前后拱脚之间为减压区。因此，工作面内的支架只承受拱内岩石重量的作用。为了减少支架所受的压力，应尽量减少拱的范围。
优点：比较简明地解释了围岩的卸载原因和减压区的存在，给出了围岩的最终平衡状态。
缺点：不能全面地解释矿山压力的各种现象，特别是对岩层移动的力学特性未作任何解释。
适用条件：可以用来解释松软顶板条件下，回采空间压力减少的原因。
25、试述支撑式支架的结构特点和适用条件。
支撑式支架基本特点：
（1）顶梁较长，一般都在3.5-4米左右，顶板从煤壁暴露出来以后需要6-7次移架才允许冒落。（2）支架的支撑力靠近采空区一侧，对机道上方的支撑力较小，对破碎顶板不利。（3）多为框式结构，不能承受水平力。（4）架间无侧护板，当顶板较破碎时，易漏矸或造成局部冒顶。（5）支架的立柱垂直于顶、底板，支撑效率高。（6）支架的通风断面大，行人方便，结构简单。
适用条件：煤层瓦斯涌出量较大，直接顶较完整，顶板压力较大的近水平煤层和缓倾斜煤层工作面。
26、试分析开采深度对采场矿山压力及其显现的影响。
煤层开采深度的增加，意味着原岩应力的增加，即σ1=γH增加。原岩应力增大直接影响着开采后巷道和采场周围岩体中支承压力的大小。所以，开采深度对采场矿山压力有直接的影响，开采深度愈大，采场的矿山压力愈大。
但开采深度对矿山压力显现的影响却不尽相同。有的矿山压力显现随开采深度增加而显得更加明显和剧烈。而有的矿山压力显现和开采深度并无明显的关系。如顶板下沉和支架上所承受的载荷并不随开采深度的增加而成正比例地增大。因为顶板下沉直接受裂隙带岩层形成的大结构的影响，并和煤层采高、老顶及直接顶的力学性质以及它们的厚度等因素有关。支架所承受的载荷主要取决于顶板下沉特点和支架本身的特性，一般并不随开采深度的增加而增大。
27、 原岩应力分布的基本规律。
答：①实测铅直应力等于上覆岩层重量。
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少。
④最大水平主应力和最小水平主应力一般相差较大。
28、简述对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。该假说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一个“压力拱”。
② 悬臂梁假说。该假说认为工作面采空区上方的顶板可视为梁，它一端固定与岩体，另一端处于悬伸状态。
③ 铰接梁假说。该假说认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。其中规则移动带岩块间可以相互铰合形成一条多环节的铰链。
④ 预成裂隙假说。该假说认工作面上覆岩层的连续性遭到破坏，从而称为非连续体。
⑤ 砌体梁理论。砌体梁理论从理论上解释了采空区上覆岩层形成的“竖三带”和“横三区。”
29、 采场支架与围岩关系特点。
答：①支架与围岩是相互作用的一对力。
②支架受力的大小及其在回采工作面的分布规律与支架性能相关。
③支架结构及尺寸对顶板压力的影响。
30、 述岩层移动引起的采动损害。
答：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，甚至引起冲击地压等强烈矿压显现，危及井下人员和设备的安全。
②形成采动裂隙，引起周围煤体中的水与瓦斯的流动，导致井下瓦斯事故与突水事故。
③岩层移动发展到地面引起地表沉陷，从而导致一系列的环境、经济、社会问题。
31、 述“绿色开采技术”的主要内容。
答：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瓦斯抽发。形成煤与瓦斯共采技术。
④煤层巷道支护技术与减少矸石排放技术。
⑤地下气化技术。
33、述采场上覆岩层中的关键层的特征及关键层理论的价值。
答：在直接顶上方存在厚度不等、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，把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。
⑴关键层具有如下特征：①相对其他同类岩层单层厚度较厚的几何特征。②相对其他岩层较为坚硬的岩性特征。③关键层下沉时，其上覆岩层全部或局部岩层的下沉量同步协调。④关键层的破断将导致全部或局部上覆岩层的同步破断，引起较大范围内的岩层移动。⑤关键层破断前以办的形式作为全部岩层或局部岩层的承载主体，破断后则称为砌体梁结构，继续成为承载主体。
⑵价值：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规律与采动损害现象奠定了基础，为绿色开采技术研究提供了理论平台。
34、 述锚注支护是软岩巷道支护的一个新途径？
答：利用锚杆兼做注浆孔，通过锚杆和注浆加固围岩的支护方式称为锚注支护。包括外锚内注式和外内注锚式。
①在锚杆支护围岩过程中，锚杆支护的锚固力很大程度上取决于围岩的力学性能，软岩巷道可锚性差是造成锚杆锚固力低和失效的重要原因。
②注浆可改变围岩的松散结构，提高粘结力和内摩擦角，封闭裂隙，显著提高岩体强度。
③注浆加固为锚杆提供可靠的着力基础，使锚杆对松碎围岩的锚固作用得以发挥，进一步提高围岩强度。
因此，采取锚杆与注浆相结合的方法，使锚杆和注浆的作用在各自适用的范围内得到充分发挥，可提高软岩的支护效果。
35、采场覆岩移动的“横三区”与“竖三带”，即A、B、C和Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ所代表的含义

答：横三区：A——煤壁支承区，B——离层区，C——重新压实区 5
竖三带：Ⅰ——垮落带，Ⅱ——裂隙带，Ⅲ——弯曲下沉