矿山压力与岩层控制复习题(华科题库)

1、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以后的切向应力增加部分称为支承压力。

2、矿山压力显现: 由于矿山压力作用使巷硐周围岩体和支护物产生的种种力学现象。 3、矿山压力控制：所有减轻、调节、改变和利用矿山压力作用的各种方法。 4、回踩工作面（采场）：在煤层或矿床的开采过程中，一般把直接进行采煤或采有用矿物的工作空间。

4、伪顶: 位于直接顶和煤层之间，厚度小于0.3~0.5m的极易垮落的软弱岩层，一般随采随冒。

5、直接顶: 直接位于煤层上方的一层或几层性质相近的岩层

6、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。

7、老顶: 位于直接顶（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。 8、底板：位于煤层下方的岩层。 9、顶板：赋存在煤层之上的岩层。

10、端面破碎度：指支架前梁端部到煤壁间顶板破碎的程度。 11、底板比压：将支架底座对单位面积底板上所造成的压力称为底板载荷集度，即底板比压。 12、支护工作阻力：支柱受顶板压力作用而反映出来的力。

13、始动阻力：在顶板压力作用下，活柱开始下缩的瞬间支柱上所反映出来的力。

14、关键层：对采场上覆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 15、老顶的初次来压：随着工作面的推进,老顶岩梁的长度和悬露面积逐渐增大,当其自重和上覆岩层作用力超过本身强度时,就会发生断裂而垮落.此时的垮落来势较猛,垮落面积较大,回采工作面压力显著增加,这种情况通常称为老顶的初次来压. 16、关键层理论：为老顶来压预报提供理论依据提出岩层断裂前后的弹性基础梁力学模型及各种不同支撑条件下的力学模型。

17、支架的初撑力： 利用升柱工具和锁紧装置使支柱对顶板产生一个主动力，这个最初形成的主动力称为支柱的初撑力。///支架的初撑力指的是支架刚支设时，对工作面顶板所提供的支撑力

18、原岩应力：存在于地层中未受工程扰动的天然应力。

19、弹性应变能：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

20、老顶的周期来压: 初次来压以后,随采煤工作面不断推进,老顶周期性地发生断裂和沉降,使工作面周期性地出现来压现象。

21、顶板大面积来压：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。

22、冲击矿压: 一种以急剧、猛烈破坏为特征的矿山压力的动力现象。

23、煤矿动压现象：煤矿开采过程中，在高应力状态下集聚有大量弹性能的煤或岩体，在一定的条件下突然产生破坏、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，这些现象统称为煤矿动压现象。 二、填空

1、砌体梁结构失稳分为结构滑落失稳、结构变形失稳。

2、将采场前方或巷道两侧的切向应力分布按大小进行分区，根据切向应力的大小，可分为减压区、稳压区和增压区，在工作面前方支撑压力的峰值到煤壁为极限平衡区，向煤体内侧为弹性区。（P60、P111着重看）

3、有关采场上覆岩层活动规律的假说包括压力拱假说、悬臂梁假说、铰接岩块假说、预成裂隙假说、砌体梁假说。

4、根据实测，回采工作空间支护物所承受的力仅为上覆岩层重量的百分之几。 5、 支柱的工作特性分为：急增阻式、微曾阻式、恒阻式。

6、直接顶初次垮落的标志：直接顶垮落高度超过1~1.5m，范围超过全工作面长度的一半。 7、将初次垮落步距L0≥16~20m的顶板称为稳定顶板，把L0≤8m的顶板称为不稳定顶板，对L0=9~15m之间的顶板称为中等稳定顶板。

8、采用全部垮落法管理采空区情况下，根据采空区覆岩移动破坏程度，可分为“三带”，即垮落带、裂缝带、弯曲带。

9、煤层开采后在上覆岩层中形成两类裂隙，即离层裂隙和竖向破断裂隙。

10、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。 11、根据围岩压力成因，可将围岩压力分为松动围岩压力、变形围岩压力、膨胀围岩压力、冲击和撞击围岩压力。

12、支护载荷相对较小是沿空留巷支护的主要力学特征。

13、目前对冲击矿压机理论的认识主要概括为：强度理论、能量理论、冲击倾向理论。 14、围岩性质是影响采场矿山压力显现的主要因素。 三、简答(P42公式2-4、2-5；P221可能出计算) 1、简述矿山压力与围岩控制属性与特色？ 答：（1）采矿工程岩体结构的本质（2）采矿工程的移动特性（3）采矿工程中围岩的大变形和支护体的可缩特征（4）采矿工程中的能量原理和动力现象

2、液压支架分哪几类？各自适用条件是什么？各有什么优缺点（P130） 答：液压力架分为支撑式、掩护式、支撑掩护式等三类。 支撑式液压支架适用于煤层瓦斯涌出量大，直接顶比较完整，顶板压力较大的近水平煤层和缓倾斜煤层。优点：通风端面大、行人方便、结构简单及重量轻。缺点：当采空区悬露的坚硬顶板冒落时，容易使支柱受损。对于顶板较破碎的工作面，由于反复支撑，常常导致直接顶比使用单体支柱时更易破碎。

掩护式支架适用于煤层瓦斯涌出量较小，顶板压力来自机道上方，顶板破碎的工作面。 支撑掩护式支架适用于煤层瓦斯涌出量较大,项板破碎和中等稳定以上,有周期来压的工作面使用。优点：①缩小了控顶距，提高了支架对机道上方顶板的支撑力；②在顶板局部冒顶时，可以考虑不勾顶；③可以实现承载前移；④踩空区矸石不能涌入回采空间。缺点：工作空间小、通风端面小、行人不方便、重量大。 3、简述绿色开采技术的内容。 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）瓦斯抽放——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。 4、简述锚杆支护理论。 答：（1）悬吊理论（2）组合梁理论（3）组合拱（压缩拱）理论（4）最大水平应力理论（5）围岩强度强化理论

5、简述“三带”的特点。（P182~P183）P70图3-7 答：（1）垮落带。破断后的岩块呈不规则垮落，排列也极不整齐，松散系数比较大，一般可达1.3~1.5。但经重新压实后，碎胀系数可降到1.03左右。此区域与所开采的煤层相毗连，很多情况下是由于直接顶岩层冒落后形成的。（2）裂缝带。裂缝带位于冒落带之上，由于排列比较整齐，所以碎胀系数较小。关键层破断块体有可能形成“砌体梁”结构。垮落带和裂缝带合称为“两带”。“两带”高度和岩性与煤层采高有关，覆岩岩性越坚硬，“两带”高度越大。（3）弯曲带。弯曲带内岩层移动的显著特点是，岩层移动过程的连续和整体性。

6、影响工作面（采场）矿山压力显现的主要因素。（P111） 答：（1）采高与控顶距。采高大的工作面中矿压显现也越严重；采高越低，顶板活动月缓和，煤壁也较为稳定。（2）工作面推进速度的影响。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。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。因而想把顶板压力“甩掉”的企图实际上是不可能实现的。（3）开采深度的影响。开采深度对巷道矿山压力显现的影响可能比较明显，但开采深度对采场顶板压力大小的影响并不突出。采场顶板下沉量与采深之间并无直接关系。（4）煤层倾角。由于煤层倾角增加，采空区顶板冒落的矸石不一定能在原地留住，很可能沿着底板滑移，从而改变了上覆岩层的运动规律。（5）分层开采的矿山压力显现。①老顶来压步距小、强度低②支架载荷小③顶板下沉量变大。 四、论述题（P198图7-3）

1、试述受采动影响巷道的围岩变形规律。（P204+图7-9）

答：采准巷道从开掘到报废，经历采动造成的围岩应力重新分布过程，围岩变形会持续增长和变化。以受到相邻区段回采影响的工作面回风巷为例，围岩变形要经历五个阶段。（1）巷道掘进影响阶段。由于巷道的掘进，底板移近量瞬时产生，但由于巷道掘进时对小部分岩体扰动，所以矿山压力显现肉弱，并很快接**衡；（2）掘进影响稳定阶段。掘进引起的围岩应力重新分布趋于稳定，主要是由于围岩流变而产生的移动，此阶段基本是平衡的；（3）采动影响阶段。由于上区段工作面采动的影响，顶底板移近量增大，此阶段矿山压力显现最强烈，一般超前40~60m不等，峰值通常距工作面4~8m，在工作面A后方附近，支承压力和巷道围岩变形速度都达到峰值。远离工作面后方，巷道围岩变形速度逐渐衰减。（4）采动影响稳定阶段。回采引起的应力重新分布趋向稳定后，巷道围岩变形速度再一次显著降低，但仍然高于掘进影响稳定阶段时变形速度，围岩变形量按流变规律不断 缓慢增长。（5）二次采动影响阶段。与第一次采动影响影响基本相似，但受上区段残余支承压力与本区段超前支承压力相互叠加，应力的反复扰动使围岩变形更为强烈。

2、试述沿空留巷的顶板下沉规律。（P228） 答：（1）采面前20~40m处煤层上覆岩层开始运动，但下沉速度很小，为岩石起始沉降期。（2）煤层开采后，垮落带岩层冒落，规则移动带岩层及上覆岩层急剧沉降，在工作面后方10~20m处下沉速度最大。在工作面后方0~60m范围内，下沉量占最终下沉量的80%左右，称为岩层强烈沉降期。（3）在工作面后方约60m意外，规则移动带及上覆岩层沉降速度逐渐衰减；在工作面后100m左右，岩层运动基本稳定。这个时期内岩层的下沉量占最终下沉量的15%左右，称为岩层沉降衰减期。（4）如果直接顶板冒落能够填满采空区，使老顶处于平衡状态，采动期间沿空留巷的顶板夏成亮与煤层采厚呈正比关系，一般为采高的10%~20%，基本上属于“给定变形”。沿空巷道的顶板旺旺明显地向采空区方向倾斜，倾角一般为3°~6°。

3、试述“支架——围岩”相互作用原理。（P237+图8-27）

答：（1）支架的支护作用（2）围岩的自承能力（3）支架——围岩相互作用原理。

巷道周边位移量与支护阻力的关系曲线如图1,在曲线上c点左侧为弹塑性阶段,巷道周边位移值达到c点以后围岩松动破裂开始脱落,对支架产生松动压力,支护阻力增加，Ⅱ、Ⅲ分别为可缩性支架刚性支架工作特性曲线,Ⅱ与Ⅰ的交点b,Ⅲ与Ⅰ的交点a,分别为支架的工作点,从图中可以看出,支架不宜在B区间工作,在A区间工作时,支架工作点在c点左侧附近较为有利.

4、绘图说明双向等压条件下巷道周边应力分布规律，并加以解释。（P51+图2-10）

答：有公式σr=γH（1-r12/r2)和σt=γH（1+r12/r2)可以会出如图所示的圆孔周围的应力场图。有上述关系式可以得一下几个结论：（1）子啊双向等压应力场中，圆孔周边全处于压缩应力状态。（2）应力大小与弹性常数E、μ无关。（3）σr、σt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，其最大应力其中系数K=2，且与孔径的大小无关。当σt=2γH超过孔周边围岩的弹性极限时，围岩进入塑性状态。（5）其他各点的应力大小与孔径有关。若定义σt高于1.05σ1或σr低于0.95σ1为巷道影响圈的边界，则σt的影响半径Rt=20r1≈5r1，工程上有时以10%作为影响半径，则σ1的影响半径R1≈3r1。有限元计算常取5r1的分为作为计算。（6）有以上两个公式可知，在双向等压应力场中，圆孔周围任意点的切向应力σt与径向应力σr之和为常数，且等于2σ1。

5、试述工作面上覆岩层活动规律的假说及各自优缺点。 答：（1）压力拱假说。

此假说认为，在回采工作空间上方，由于自然平衡结果而形成了一个“压力拱”。拱的一支撑点点在抢房煤壁内，后拱脚落在采空区垮落的矸石上或踩空区的充填上。 优点：此假说对回采工作面前后的支承压力及回采工作空间处于减压区做了粗略的但经典的解释。

缺点：这种假说过于简单，一般煤房顶板 （2）悬臂梁假说

此假说认为工作面和踩空区上方的顶板可视为梁，一端固定于岩体内，另一端则处于悬伸状态。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。

优点：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均大的现象。 缺点：提出的各种计算方法并未查明开采后的上覆岩层的活动规律，计算所得与实测相差甚远。

（3）铰接岩块假说。 此假说认为，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。垮落带分为上下两部分，下部分垮落时，岩块杂乱无章；上部分垮落时，则规则的排列。规则移动带岩块间可以相互铰合而形成一个多环节的铰接，并规则地在采空区上方下沉。 优点：此假说对支架和围岩的相互作用做了较详细的分析。正确地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”。 缺点：未能对铰接岩块间的平衡做进一步的探讨。 （4）预成裂隙假说。

此假说认为由于开采的影响，回采工作面上覆岩层的连续性遭到破坏，从而成为非连续体。在回采工作面周围存在着应力降低区、应力增高区和采动影响区。开采后上覆围岩存在各种裂隙，这些裂隙使岩体发生很大的类似塑性体的变形，因而可将其视为“假塑性体”。各种裂隙破坏假塑性体被彼此挤紧的状态，形成类似于梁的平横；在自重及上覆围岩作用下发生明显的塑性弯曲；当下部岩层的下沉量大于上部岩层时，产生离层。 优点：此假说从另一方面解释了破断岩块的相互作用关系。

缺点：有些不符合实际，对坚硬岩层不能形成预成裂隙，松软岩层不能形成假塑性梁，对一些矿压现象没有解释。 （5）砌体梁假说。 优点：此假说具体地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。

6、试述回采工作面周围支承压力分布。

答：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。应力增高系数K是支承压力峰值与原岩铅直应力的比值；支承压力分布参数有煤体边缘的破裂区宽度 x0ˊ、塑性区宽度（支承压力峰值距离）x0和支承压力的影响距离x1。目前，上述参数主要由现场实测取得。工作面超前支承压力分支位置距离煤壁一般为4~8m，相当2~3.5倍回采高度。影响范围为40~60m，少数可达60~80m，应力怎搞系数为2.5~3。工作面倾斜方向固定支承压力影响范围一般为15~30m，少数可达35~40m，支承压力分支位置距煤壁一般为15~20m，应力怎搞系数为2~3.采空区支承压力会在某些地点发生相互叠加，称为叠加支承压力。

附加：

1、区段巷道矿压显现规律P206 2、顶板压力估算（P107） 4、P79例题 5、P77极限跨距