《矿山压力及其控制》试卷(2011)

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1、矿山压力及其控制矿山压力及其控制试卷试卷 一、一、解释下列概念解释下列概念 1、矿山压力矿山压力由于煤的地下开采，而对井巷、硐室及回采工作面以及其中的支护物的作用。 2、原岩应力原岩应力岩石中自然条件下存在的应力，包括自重应力和构造应力。 3、支承压力支承压力由于井巷的掘进，使原岩应力再巷道的两侧重新分布；一般巷端切向应力的增加额叫支承压力。 4、顶板顶板煤层以上部分的岩层。 5、增载系数增载系数来压时的工作阻力与平时工作阻力之比。 6、初次来压步距初次来压步距初次来压时工作面推进的距离。 7、冲击矿压冲击矿压冲击矿压时聚集在矿井巷道和采场周围岩体中的能量突然释放，在井巷发生爆炸性事故，产生的

2、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，部分巷道垮落破坏的力学现象。 8、支架初撑力支架支设时，支架对顶板的主动力。 9、加权平均工作阻力加权平均工作阻力在阻力与时间的曲线上，按时间加权所得出的阻力。 10、 岩石碎胀系数石碎胀系数岩石破碎后，破碎后的体积与破坏前的体积之比。 11、矿山压力显现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。12、支承压力支承压力由于井巷的掘进，使原岩应力再巷道的两侧重新分布；一般巷端切向应力的增加额叫支承压力。 13、顶底板移近量顶底板移近量一般指煤壁到采空区边缘裸露的顶底板相对移

3、近量。 14、直接顶直接顶一般使指直接位于煤层上方的一层或几层性质相近的岩层。 15、增载系数增载系数支架来压时的工作阻力与平时工作阻力之比。 16、周期来压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。 17、顶板下沉系数顶板下沉系数每米采高每米推进度的顶板下沉量。 18、支架工作阻力支架工作阻力支架受顶板压力作用而反映出来的力称为支架的阻力，又称工作阻力。 19、原岩应力原岩应力岩石中自然条件下存在的应力，包括自重应力和构造应力。 10、冒落带冒落带不支撑就会垮落的那部分岩层，包括直接顶和老顶。二、运用莫尔库仑强度曲线推导出以极限主应力二、运用莫尔库仑强度

4、曲线推导出以极限主应力和和表示的莫尔库仑强度准则表示的莫尔库仑强度准则12解答：解答：如图 1 所示，cot c则1312sin2cot2NM DMc解得：132 sincot1 sin 1 sin1 sinc莫尔认为，固体材料的破坏是由于材料面上的剪应力达到一定程度（即极限剪应力） ，剪应力不仅与材料端面性质有关，并与作用在端面上的主应力有关。 三、三、绘图说明双向等压作用下圆形巷道周边应力分布的基本规律，并加以解释。绘图说明双向等压作用下圆形巷道周边应力分布的基本规律，并加以解释。 解答：解答：1、在弹性条件下、在弹性条件下图 1 莫尔库仑准则强度曲线如图 2 所示，根据弹性力学可以得到)

5、1 (2 22 1 1rrt)1 (2 22 1 1rrr即在巷道边缘切向应力是所加应力的 2 倍，径向应力是零。随着距离的增大，切向应力和径向应力都逐渐接近原岩应力 。t12、在塑性条件下、在塑性条件下如图 3 所示，由于巷道的开挖，而引起巷道周边的应力重新分布，重新分布的力使围岩产生了塑性变形，形成了塑性圈。而径向应力与弹性条件下的一致，但切向应r力由于塑性变形而使其在巷道边缘不为零，并在巷道边缘到塑性圈是逐渐增大，过了塑性圈，规律与弹性条件下一致。t四、绘图说明采煤工作面前方支承压力分布基本规律。四、绘图说明采煤工作面前方支承压力分布基本规律。 解答：解答：采煤工作面前方支承压力一般按其

6、大小进行分区。 如图 4 所示；图 2 弹性条件下圆形巷道应力分布 图图 3 塑性条件下圆形巷道应力分布 图图 4 支承压力的分区根据切向应力的大小，可分为 A 稳压区（） 、B 增压区（）和 C 减压区（） 。hphphp按煤体性质分为 D 极限平衡区和 E 弹性区。 六、绘图解释岩石应力应变全过程曲线（绘图解释岩石应力应变全过程曲线（10 分）分） 。 解答解答：一般原岩应力的全过程曲线分为五个阶段，如图 1 所示：DCBEA 1、OA 段：裂隙压密阶段；曲线上凹，岩石体积缩小，A 点为压密极限。2、AB 段：线弹性变形阶段，直线段，体积仍然减小，B 叫做弹性极限。 3、BC 段：岩石裂隙

7、扩张与新裂隙产生阶段，曲线下凹，体积开始由缩小转为增大，成为扩容 ，C 点为屈服极限。 4、CD 段：裂隙加速扩张，新裂隙迅速产生，显示出宏观破坏现象，体积膨胀加速，岩石承载能力达到强度极限 D 点。5、DE 段：残余强度阶段，岩石全面破坏，承载能力逐渐降低，但尚有残余承载能力，这也是岩石材料的特点之一 七、试述近水平工作面推进过程中矿山压力显现的一般规律。试述近水平工作面推进过程中矿山压力显现的一般规律。 解答：解答：近水平工作面推进过程中的矿压显现规律如下： 首先开切眼，随着工作面的推进，直接顶冒落；工作面再推进，直接顶大面积冒落，老顶产生裂隙，并形成三铰拱式平衡；工作面再推进，老顶平衡失

8、稳，老顶垮落，对 工作面形成冲击，这次冲击叫初次来压，此时工作面推进的距离是初次垮落步距。 初次来压后，工作面再推进，老顶又形成三铰拱式平衡，再推进三铰拱式平衡失稳，老顶垮落；周而复始，老顶由稳定失稳稳定失稳的过程就形成了周期来压。两 次来压之间，工作面推进的距离叫周期来压步距。八、试述采区巷道矿山压力显现的基本规律八、试述采区巷道矿山压力显现的基本规律 解答：解答：1、对水平工作面，、对水平工作面，如图 5 所示：巷道掘进阶段（I）：由于巷道的掘进，顶底板移近量瞬时产生，但由于巷道掘进时对小部分岩体进行扰动，所以矿山压力显现弱，并很快接近平衡。 无采动影响阶段（II）：由于此阶段采动对其步影

9、响，主要是围岩由于流变而产生的移动，此阶段基本上是平衡的。 采动影响阶段（III）：由于采动的影响，顶底板移近量增大，此阶段矿山压力显现最强烈，一般超前工作面 1020 米到 4050 米不等，峰值区一般在 52 米内；此阶 段在工作面采动影响下，容易产生顶板破坏，支架支护困难，是巷道支护最困难的阶段。 采动影响稳定阶段（IV）：由于采动对其影响已经过去，巷道接近稳定；一般在工作面后 4060 米，有时从 100120 米开始。 二次采动影响阶段(V)：与一次采动影响基本相似，但矿压显现更加强烈。 2、对倾斜工作面，、对倾斜工作面，矿压显现规律如图 6 所示图 5 区段平巷围岩变形图 1 岩石

10、应力应变全过程曲线I：煤层载荷卸载带 II：煤层支承压力显现带 III：稳压带九、无煤柱护巷的基本原理是什么九、无煤柱护巷的基本原理是什么? 解答：解答：由于巷道前方分为卸载区、支承压力区和稳压区，卸载区载荷小，并且为了避免支承压力的作用，对巷道进行无煤柱护巷，就是把巷道布置在卸载区，这样顶板对 巷道的压力小，支护也比较容易，主要无煤柱护巷的形式是沿空掘巷和沿空留巷两种。 十、简述工作面常见的顶板事故已经产生原因。十、简述工作面常见的顶板事故已经产生原因。 解答：解答：一般来说，顶板事故分为采区顶板事故和巷道顶板事故。 1、采区顶板事故又分为大型冒顶和局部冒顶。、采区顶板事故又分为大型冒顶和局

11、部冒顶。 其中，大型冒顶又分为： 1)周期来压时压垮式冒顶，造成原因式工作阻力不够，初撑力低； 2)厚并难冒顶板大面积冒顶，原因是由于顶板难冒，形成大面积的悬顶，当顶板压力大于极限应力时就产生大面积冒顶； 3)大面积垮落，是由于大面积的漏顶而产生； 4)复合顶板，由于下软上硬顶板，使顶板容易产生离层。 局部冒顶分为： 1)工作面两端冒落，成因是空顶面积大； 2)端面冒落，顶板破碎，支撑不够，产生片帮引起的； 3)放顶线，在放顶线产生游离的岩块； 4)地质破碎带，原因是地质条件差。 2、巷道顶板事故分为巷道掘进头冒顶、巷道交叉口冒顶。巷道顶板事故分为巷道掘进头冒顶、巷道交叉口冒顶。前者是因为支护

12、不及时，后者是因为漏顶的面积大。 十一、简述岩体的基本特征（十一、简述岩体的基本特征（10 分）分） 。 解答：解答：1、岩体的非均质性：自然条件下组成岩石的物质成分、组织结构及其组合善经常变化，所以一般认为岩体是非均质的。 2、岩体的各向异性：大多数层状岩体在水平及铅直方向的致密程度不同，因而具有各向异性即岩体在不同方向上显示的物理力学性质有明显不同。 3、岩体的非连续性：岩体被各种结构面所切割，因此从原则上说岩体属于连续体。 十二、响工作面矿山压力显现的主要因素。十二、响工作面矿山压力显现的主要因素。 （15 分）分） 解答：解答：影响采场矿山压力显现的主要因素是围岩性质，此外还有： 1、

13、采高与控顶距：采高越大，采出的窨越大，必然导致采场上覆岩层破坏越严重。控顶距越大，矿压显现越严重。 2、工作面推进速度的影响：工作面推进速度越慢，矿压显现越严重。 3、开采深度的影响：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，但开采深度对采场顶板压力大小的影响并不突出。 4、煤层倾角的影响：煤层倾角对回采工作面矿山压力显现的影响也是很大的。随着煤层倾角的增加，顶板下沉量将逐渐小。 5、分层开采时的矿山压力显现：开采第一分层时，矿山压力显现规律与普通单一煤层开采没有任何区别。但当回采以下各分层时，工作面顶板就变成了在第一分层回采 时冒落的岩块。这样，破碎的顶板必然给顶板管理工

14、作带来新的困难。 十三、试述采区巷道常用的支护形式。十三、试述采区巷道常用的支护形式。 （10 分）分） 巷道支护分为巷道内支护和巷旁支护。 1、巷道内支护形式有巷道内基本支护和巷道内加强支护两类。其中，巷道内基本支护形式有：木材支架 金属支架 锚杆 巷道内加强支护主要有：永久性加强支护，即在巷道内安设支架以后不再拆除。临时性加强支护，临时性加强支护一般采用便于拆装和能及时承载的单体液压支 柱或金属摩擦支柱。 2、巷旁支护 根据巷旁支护的力学特性和支护带的宽度，可以将巷旁支护分为如下：矸石带木垛密集支柱人工砌垛刚性浇注带 十四、冲击矿压形成的三个基本条件是什么？（十四、冲击矿压形成的三个基本条件是什么？（10 分）分） 解答：解答：冲击矿压形成的三个基本条件，也就是对其机理的认识： 1.强度理论：煤岩体破坏的原因和规律，实际上是强度问题，即材料受载后，超过其强度极限时，必然要发生破坏。 2.能量理论：矿体与围岩系统的力学平衡状态破坏后所释放的能量大于消耗的能量时，就会发生冲击矿压。 3.冲击倾向理论：煤岩介质实际的冲击倾向度大于规定的极限值，就会发生冲击矿压现象。图 6 倾斜工作面矿压分布