矿山压力与岩层控制复习题及答案

1、矿山压力：由于矿山开采活动的影响，在巷道周围岩体中形成的和作用在巷道支护物上的力定义为矿山压力，（1）2、矿山压力显现：由于矿山压力作用使巷道周围岩体和支护物产生的种种力学现象，统称为矿山压力显现。（1）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叫矿山压力控制。（1）4、原岩应力：存在于地层中未受工程扰动的天然应力称为原岩应力，也称为岩体初始应力、绝对应力或地应力。（40）5、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后的切向应力增高部分称为支承压力。(58)6、老顶：通常把位于直接顶之上(有时直接位于煤层之上)对采场矿山压力直接造成影响的厚而坚硬的岩层称为老顶。（65）7、直接顶：一般把直接位于煤层上方的一层或几层性质相近的岩层称为直接顶。（65）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,当达到其极限垮距时开始垮落。直接顶的第一次大面积垮落称为直接顶初次垮落。（70）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。（98）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)，如图4—3所示，从而导致工作面顶板的急剧下沉。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。（99）11、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。（101）12、关键层：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。（174）13、开采沉陷：煤层开采后，采空区周围原有的应力平衡受到破坏，引起应力的重新分布从而引起岩层的变形、破坏与移动，并由上向下发展至地表引起地表的移动，这一现象称为开采沉陷。（p177）14、充分采动与非充分采动（177）当采空区尺寸（长度和宽度）相当大时，地表最大下沉值达到该地质条件下应有的最大值，此时的采动称为充分采动。未达到充分采动的称为非充分采动。15、岩层移动角:：地表下沉边界和采空区边界的连线与水平线在煤柱一侧的夹角称为岩层移动角。17、沿空留巷：如果通过加强支护或采用其他有效方法，将相邻区段巷道保留下来，供本区段工作面回采时使用的巷道，称为沿空保留(煤体—无煤柱)巷道。（203）18、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沿空掘进(煤体—无煤柱)巷道（203）19、锚固力：为锚杆对围岩的约束力。（242）20、软岩：分为地质软岩和工程软岩。（256）21、顶板大面积来压：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，引起大面积冒落而成的剧烈动压现象。22、浅埋煤层：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。23、放顶煤开采：放顶煤采煤法是在开采厚煤层时，沿煤层的底板或煤层某一厚度范围内的底部布置一个采高为2～3m的采煤工作面，用综合机械化方式进行回采，利用矿山压力的作用或辅以松动爆破等方法，使顶煤破碎成散体后，由支架后方或上方的“放煤窗口”放出，并由刮板运输机运出工作面。24、顶板破碎度端面距范围内冒落高度超过10cm的顶板面积与其总面积之比。25、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，支架和设备损坏，人员伤亡，部分巷道垮落破坏等灾难的一种现象。简答1.采区巷道矿压控制的基本途径有哪些？试举例说明，指出其优缺点。途径主要包括四个方面：抵抗高压、避开高压、移走高压和释放高压。现分别举例说明：1）抵抗高压。巷道开在高压区，或巷道经受高压时用加强支护的手段来对付高压，防止巷道过大的变形或破坏。如：加密巷道的棚子(缩短棚子间距)；在棚子中打加强支柱；用锚杆支护以加固围岩等。抵抗高压的优点在于巷道布臵地点和掘进时间不受限制，但是需要大幅度提高巷道的支架承载能力，因此浪费物力、人力，成本高。有些情况下，仅靠抵抗高压并不能完全解决巷道安全维护问题。2）避开高压。即在选择巷道位臵时，避开高压区，招巷道布臵在低压区，或在掘进时错过高压作用的时间，把巷道开在压力稳定的区域。如采用无煤柱护巷，将巷通布臵在靠近来空区煤体边缘的卸载带内；在选择岩石平巷或上下山位臵时，将巷道布臵在支承压力影响范围以外的采空区下等，这些都属于在地点上避开高压。在掘进下区段沿空巷道时，待上区段工作面压实后再开掘，则同在时间上错开高压。3）移走高压。巷道仍开在高压区，但采取人为的卸压措施，使高压转移至离巷道较远的地方。如在巷道煤帮采用钻孔卸压或切槽卸压。这种为法的特点是不影响和改变开采设计规定的巷道位臵，但增加了卸载工作所得要的工程费用。‘4）释放高压。巷道仍开在高压区，但允许巷道围岩有较大变形以释放部分能量。如采用大可缩量的支架等。从‚支架—围岩‛相互作用的观点是优越的；能利用围岩本身的承载能力，但可缩支架结构较复杂。2.简述综放开采工作面矿压显现的基本规律。具有单一煤层的一般矿压显现规律，如初次来压、周期来压等；1、.综放面的支承压力分布规律：综放开采的支承压力分布范围大，峰值点前移。支承压力集中系数没有显著变化。2、工作支架载荷不大，不因采高增加而加大3、.放頂煤工作面的煤壁及端面顶板的维护显得特别重要。4、放頂煤工作面的端头压力和两端平巷压力并不大。5、支架前柱的工作阻力大于后柱工作阻力。6、下分层综放开采矿压显现任然具有一般开采矿压规律，但矿山压力显现程度有所减弱。3.什么叫煤矿动压现象，它有几种形式？这几种形式的主要特征有何区别。煤矿动压现象：煤矿开采过程中，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动力效应。形式：冲击矿压、顶板大面积来压和煤及瓦斯突出。区别：冲击矿压是煤或岩体在高应力作用下，聚集了大量弹性形变，其中部分岩体趋近于无线平衡状态，当采掘工程接近该处时由于爆破等诱发因素使力学平衡系统突然遭到破坏，煤、岩体瞬时发生脆性破坏，积聚的弹性变性能突然释放，其中相当一部分转化为动能，产生声响、冲击波，抛出大量煤或岩块等动压现象。顶板大面积来压则是指坚硬顶板在其下部煤体采空区，暴露面积达到一定程度时，由于自重作用，使弯曲应力超过极限应力而引起坚硬顶板原有裂隙扩展到贯穿该岩层时所发生的大面积顶板突然垮落。垮落时由于其重量产生冲击力，也由于把已采空间气体瞬时排出形成“暴风”，还由于坚硬顶板在弯曲变形时积聚的一部分弹性变形能释放，造成煤与瓦斯突出。可以看出，上述三种动压现象都是在一定条件下积聚能量后而在采掘工作接近时发生的突然破坏现象，是由于能量释放造成的动压显现。前两种是由于矿山压力作用；后一种不仅由于矿山压力作用，也有承压气体作用。4.研究孔周围应力对研究矿山压力有何实际意义？有那些重要结论可以借鉴？意义：由于地下巷道和回采空间具有复杂的几何形状，以及巷道和回采空间周围岩体也是属于非均质，非连续，非线性以及加载条件和边界条件复杂的一种特殊介质，到目前为止还无法用数学力学的方法精确地求解出巷道周围岩体内各处的应力分布状态。根据采矿工程的特点，通过将巷道及回采空间简化为各种理想的单一形状的孔来近似的求出巷道和回采空间周围的应力状态，对了解巷道变形的机理是十分有益和非常必要的。重要结论：1）孔周围形成了切向应力集中，最大切向应力发生在孔的周边。2）应力集中系数的大小，对于单孔来说，圆形孔仅与测压系数有关，对于椭圆来说，则不仅与测压系数有关还与孔的轴长比有关。3）不论何种形状的孔，它周围的应力重新分布，分布从理论上说影响是无限的，但从影响的剧烈程度来看大都有一定的影响半径。4）孔的影响范围与孔的断面大小有关。5.对原岩应力状态有哪几种假说？1）弹性假说：认为岩体处于弹性状态，其受力与变形的关系符合虎克定律，在垂直应力作用下将在岩体中引起水平应力的作用。2）静水应力状态假说：认为地下深处的岩体由于长的地质作用和岩石的蠕变作用而使岩体中的侧向应力和垂直应力趋于相等。6老顶的稳定性对工作面的支护原理有何影响老顶的稳定性对直接顶的稳定性有着直接影响，而且对支架的支护强度、支架的可缩量及采空区处理方法的选择都有决定性作用的影响。坚硬的老顶其周围来压步距较大，来压强度较大，要求支架有较强的支护强度，才能保证工作面安全。在采用垮落法处理采空区的情况下，对于周期来压比较强烈的顶板，其下沉量将会增大，所以要求支架应有较大的可缩性7采区平道矿压显现沿走向要经历那几个阶段巷道掘进阶段、无采掘影响阶段、采动影响阶段、采动影响稳定阶段、二次采动影响阶段8简述采区巷道支护的主要形式基本支护：一般包括木支护和金属支护；加强支护：主要为了抵抗采动影响所造成的矿山压力；巷旁支护：在沿空巷道靠采空区一侧专门设置的人工建筑物；巷道围岩加固：包括锚杆加固和化学加固9．简述锚杆的支护原理？1．悬吊理论2.组合梁理论3.组合拱理论4.最大水平应力理论5.围岩强度强化理论10分析加快工作面推进速度与改善顶板状况的关系答：加快工作面推进速度只是缩短落煤与放顶两个主要生产过程的时间间隔，能减少顶板下沉量，但同时也使顶板下沉速度加剧，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况有所改变，当工作面推进速度提高到一定积变以后，顶板下沉量的变化将逐渐减小，并不能甩掉顶板压力。11.简述岩层移动引起的采动损害与煤矿绿色开采技术体系。采动损害：(1)形成矿山压力显现，引起采场和巷道的下沉、垮落、来压，甚至冲击矿压。(2)形成采动裂隙，会引起周围岩体中的水与瓦斯的运移，导致井下瓦斯及突水事故。(3)引起地表沉陷，导致农田、建筑设施的毁坏，造成沉陷盆地等。煤矿绿色开采及绿色开采技术：从广义资源的角度上来认识和对待煤、瓦斯、水、土地等一切可以利用的各种资源。基本出发点：从开采的角度防止或尽可能减轻开采煤炭对环境和其他资源的不良影响；目标：取得最佳的经济效益、环境效益和社会效益。绿色开采体系以关键层理论为指导，通过对岩层控制解决煤矿开采带来的损害。主要内容有：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矸石排放技术；⑤地下气化技术。12．某矿3号煤层厚2.6m，直接顶板为厚4.2m的页岩，随采随冒，老顶为厚8.6m的砂岩，其上有厚3m左右的页岩。该矿采区平巷布置方式曾有以下几种：1）留25m煤柱；2）留10～15m煤柱；3）沿空掘巷；4）沿空留巷。你认为哪种护巷方式较好？与其他几种相比主要优点是什么？应采用沿空掘巷。因为该矿煤厚2.6m，采用沿空巷道不仅对减轻巷道受压是有利的，而且可以大大降低由于煤柱而造成的煤炭损失。从煤层赋存条件来看，直接顶厚度仅4.2m，为煤厚度的1.6倍，开采根本不可能充满采空区，而老顶为8.6m厚的砂岩，其上又有3m厚的页岩随它一同运动，故表现为明显或较强烈的周期来压。在我国目前技术水平下，如采用沿空留巷，在后方采动影响带的巷道极难维护，因此应在工作面后方顶板冒落后采用沿空掘巷。与其它护巷方式比较，沿空掘巷具有明显的优越性：（1）如采用留10～15m煤柱，恰使处于支承压力高峰带，显然巷道维护困难，沿空巷道则处于应力降低区。（2）如采用25m煤柱，巷道可能处于支承下降区，受压情况可能好于留10～15m煤柱时，但仍不如沿空巷道，而且留煤柱太大，显然不合理。13.试述原岩层应力场的概念及主要组成部分。答：原岩应力场：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。组成部分：自重应力场、构造应力场。14原岩应力分布的基本特点？1、实测铅直应力基本上等于上覆岩层重量2、水平应力普遍大爷铅直应力3、水平应力与铅直应力的比值岁深