矿山压力与岩层控制考试试题重点

1、开采后引起的上覆岩层的破坏方式及分区（p70、182）：根据采空区覆岩移动破坏程度，分为“三带”：（1）跨落带。破断后的岩块呈不规则跨落，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。岩层破断后，岩块仍然排列整齐的区域即为裂缝带。它位于冒落带之上，由于排列比较整齐，因此碎胀系数较小。关键层破断块体有可能形成“砌体梁”结构。跨落带与裂隙带合称“两带”，又称为“导水裂缝带”，指上覆层含水层位于“两带”范围内，将会导致岩体水通过岩体破断裂缝流入采空区和回采工作面。（3）弯曲带。自裂缝带顶界到地表的所有岩层称为弯曲带。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，即裂缝带顶界以上至地表的岩层移动是成层地、整体性地发生，在垂直剖面上，其上下各部分的下沉量很小。若存在厚硬的关键层，则可能在弯曲带内出现离层区。A区域（煤臂支撑影响区）：一般在回采工作面前方30～40m处就开始变形。其特点是水平移动较为剧烈，但垂直移动甚微。甚至出现负位移。B区域(离层区)：回采工作推过钻孔4～8m后，垂直位移急剧增加，各层位移越向上越缓慢，形成离层，易发生顶板事故。C区域（重新压实区）：已断裂的岩层重新受到已冒落矸石支撑时，邻近煤层岩层的运动速度要缓于其上覆岩层，各岩层又进入互相压合的过程。2、支架工作阻力与顶板下沉量的关系(P-△L曲线)（p151）：顶板条件不同，曲线斜率不同，但都为近似双曲线关系。①支架的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关系。②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低，但低于此值则影响极大。③采场支架的工作阻力并不能改变上覆岩层的总体活动规律。④事实上只能在工作阻力偏低的情况下，提高工作阻力才有可能对顶板下沉有显著的影响。⑤并未给出顶板下沉量与顶板完整情况的关系，事实上，各类岩层的允许下沉量也是不一样的。3、采区平巷沿走向的矿压规律（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？）（巷道围岩变形规律）（p204）：采区巷道从开掘到报废，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。煤体内开掘巷道后，巷道围岩出现应力集中，在形成塑性区的过程中，围岩向巷道空间显著位移。随着巷道掘出时间的延长，围岩变形速度逐渐衰减，趋向缓和。巷道的围岩变形量主要取决于巷道埋藏和围岩性质。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，由于煤岩一般具有流变性，围岩变形还会随时间而缓慢增长，但其变形速度比掘巷初期要小得多，巷道的围岩变形速度仍取决埋藏深度和围岩性质。3、采动影响阶段。前影响区时，巷道受上区段工作面（A）的回采影响后，在回采引起的超前移动支承压力作用下，巷道围岩应力重新分布，塑性区显著扩大，围岩变形急剧增长。在后影响区时，在工作面（A）后方附近，由巷道上方和采空区一侧顶板弯曲下沉和显著运动使得支承压力和巷道围岩变形速度都达到最大值。远离工作面后方，巷道围岩变形速度逐渐衰减。巷道围岩性质、护巷煤柱宽度或巷旁支护方式、工作面顶板岩层结构对此时期围岩变形量影响很大。4、采动影响稳定阶段。回采引起的应力重新分布走向稳定后，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地增长。5、二次采动影响阶段。巷道受本区段回采工作面B影响时，由于上共段残余支承压力，本区段工作面超前支承压力相互叠加，巷道围岩应力急剧增高，引起围岩应力又一次重新分布，塑性区进一步扩大，应力的反复扰动使围岩变形比受一次采动影响进更加强烈。5、三区、三带的特点（p185）：三区，①煤壁支撑影响区：水平移动较为剧烈，垂直位移甚微。②离层区：回采工作面推过钻孔4－8米后，垂直位移急剧增加，但各位移速度不尽相同，其特点是越往上越缓慢。③重新压实区：邻近煤层岩层的运动速度要缓于上覆岩层，各岩层进入了相互压合过程。三带，①垮落带：破断后的岩块呈不规则垮落，排列极不整齐，松散系数比较大，一般可达1.3－1.5,重新压实后可降到1.03左右。②裂隙带：岩层破碎后岩块仍然排列整齐，碎胀系数较小。③弯曲带：自裂隙带顶至地表的所所岩层称为弯曲带，其特点是岩层在移动过程中具有连续和整体性，在垂直剖面上下各部分下沉差值很小，若有厚硬的关键层，则可能出现离层现象。6、沿空留巷的顶板下沉规律（p228）：①采面前20－40米处煤层上覆岩层开始运动，但下沉速度很小，为岩层起始沉降期。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10－20米处，上沉速度最大。③在工作面后方约60米以为，规则移动带及上覆岩层沉降速度逐渐衰减，在工作面后100米左右岩层运动基本稳定。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下沉量与煤层采厚成正比关系，一般采高的10%－20%基本上属于“给定变形”，治空巷道的顶板往往明显地向采空区倾斜，倾角一般为30－607、支撑式、掩护式、支撑掩护式液压支架结构特征及适用范围：（p131）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；优点：①、通风断面大，行人方便。②、结构简单，应用于高瓦斯矿井比较好。缺点：①、框架结构不能承受大的水平推力。②、顶梁长，易破碎顶板，破碎顶板难适应。使用条件：直接顶较完整，周期来压较强烈的顶板，不适应特别坚硬及破碎顶板。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；优点：①、缩小了控顶距，减少了托梁和顶板间的反复支撑次数，提高了支架对机道上方顶板的支撑力。②、局部冒顶，可不勾顶。③、可承受一定水平推力，能承载前移。④、挡矸性好。缺点：①、工作空间小，通风断面小，行人不便。②、支架重量增加。使用条件：直接顶破碎，周期来压不明显。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。使用条件：周期来压较强烈，顶板中等稳定的条件，对于部分来压强烈和部分破碎顶板也能较好适应，是一种万能式支架。（目前，我国综采面90%以上为支撑掩护式液压支架）8．回采工作面顶板的初次垮落和顶板的初次来压有何区别？答：从开切眼开始，回采工作面推进一定距离后，无支护的直接顶第一次大面积垮落叫做顶板的初次垮落。一般顶板的垮落高度在1～1.5m以上，冒落面积占工作面全长的50％以上。而顶板的初次来压是指直接顶上方老顶岩层第一次失稳引起的工作面顶板压力异常增大的现象。直接顶初次垮落时，顶板的矿山压力显现并不大，但工作面使用单体摩擦式支柱时，由于支架支撑力较小，易造成支架失去稳定性而推垮工作面。所以，在顶板初次垮落时，要特别注意加强支架的稳定性。在顶板初次来压时，除增加支架的稳定性外，还应增加支架的支撑力，以保证工作面的安全。9．试分析开采深度对采场矿山压力显现的影响。试分析厚煤层分层双采时，采场矿山压力显现的特点。答：当煤层较厚时，常将煤层沿层面划分为若干个中等厚度的分层，分别布置工作面进行回采。采用垮落法管理顶板时，回采顺序是从上向下回采。在回采第一分层（顶分层）时，其矿山压力显现和回采单一分层时没有什么区别。但在回采第二分层及以下各分层时，工作面的顶板是上一分层回采时已冒落的破碎矸石。所以，其特点有如下不同：1）第二分层及以下各分层工作面的顶板都是已破碎的岩石，为了回采工作的安全，防止破碎岩石塌落，常在分层间铺设人工假顶，如：木板、竹笆、荆笆、金属网等，这就给回采工艺带来了复杂性。2）由于分层的顶板是已压实的破碎岩石，在顶板第二次垮落时，其岩石的破碎膨胀系数就较小，因而第二分层及以下顶板形成的冒落高度比回采第一分层时要高，回采第一分层时的裂隙带，在回采第二分层时，可能部分转为冒落带。3）老顶岩层经第一次折断、回转，岩块间的咬合点已经历了一次变形和破坏过程，因此在回采第二分层时，周期来压的强度有所减弱。4）由于第二分层的顶板是破碎岩石，在煤壁上的应力集中程度要大为减弱。所以，在煤壁上的支承压力区增大，而支承压力值将大为减小。由于以上不同，导致回采第二分层及以下各分层时的矿山压力显现有以下一些特点：①老顶来压步距减小，来压强度较低。②支架上承受的载荷降低，动载减小。③顶板的下沉量变大。④煤壁上的支撑压力减少，煤壁片帮减弱。10．试分析厚煤层一次采全高时，采场矿山压力显现的特点。答：近年来我国出现了一些厚煤层一次采全高或特厚煤层放顶煤采煤法。由于煤层的一次采高增大，使回采工作面的矿山压力显现发生了重大变化。国内外研究表明，由于煤层一次采高增大，回采工作面的矿山压力显现有如下几个特点：1）工作面顶底板之间的移近量增大，移近速度加快，使支架增阻速度加快，给顶板管理带来较大困难。据统计，从煤壁到支架后方顶底板的移近量可达1m以上。2）顶板下沉量增大和下沉速度加快，易造成顶板破碎、工作面局部冒顶频繁，特别是顶梁前端顶板很难控制等现象。这种现象尤其在放顶煤采煤法中显得更为突出。3）由于一次采高加大，直接顶的冒落高度也增加，支架上的直接顶或顶煤向采空区有较大的水平移动，因而对支架产生较大的水平推力而使支架失去稳定性。另外，一次采高加大，顶板对支架产生的作用力也要增大。因此，要求支架应有较好的稳定性和较高的支撑能力。4）由于一次采高加大，煤壁的支撑能力降低，煤壁片帮严重，更易引起端面顶板破碎和冒落。5）在厚煤层一次采全高或放顶煤工作面，直接顶以上无坚硬老顶岩层时，也常出现初次来压和周期来压显现。这主要是由于上覆岩层挤压使平衡拱达到极限跨距后突然破坏而引起的。在顶板内有坚硬岩层的情况下，工作面初次放顶时也可能产生冲击地压现象。6）厚煤层一次采全高时回采工作面煤壁中的超前支承压力增大，除易引起煤壁片帮外，上下顺槽也更加难于维护。11．什么叫端面距（梁端距），端面距的大小对工作面顶板管理有何影响？答：在回采工作面，支架顶梁前端至煤壁之间的距离叫做端面距（也称梁端距）。端面距的大小直接影响着工作面顶板的维护状况，端面距愈大，顶板愈易于发生冒落。据统计，在顶板条件比较破碎的情况下，工作面发生局部冒顶大约有60％发生在端面距的范围以内。因此，在生产实践中应尽量缩小端面距。工作面顶板的端面距是为了机采避免采煤机滚筒切割支架顶梁而设置的，它不可过大，也不可过小。当煤层采高较小时，端面距可取小值，当煤层采高较大时可取大值。当直接顶比较完整时，端面距可稍大一些。一般工作面顶板的端面距多在0.25～0.40m之间。12．分析综放工作面回采巷道矿压显现特点。答：1）实体煤巷道。与综采分层工作面相比，综放整层工作面超前支承压力分布范围扩大，应力高峰位置前移；导致综放整层实体煤回采巷道矿压显现与综采分层实体煤回采巷道有较大差异，一般情况下综放巷道各项矿压显现指标参数均高于综采分层巷道。2）沿空掘进巷道。①综放沿空巷道与实体煤巷道矿压显现对比分析：对于中等稳定围岩综放沿空掘巷，超前90m左右就出现采动影响，明显变形出现在工作面前方35m左右，分别比实体煤巷道增加近20m。巷道剧烈变形在工作面前方0～10m。沿空巷道与实体煤巷道相比，顶底板移近量增大10～5倍，两帮相对移近量可高达40～15倍。回采影响期间巷道围岩移近量与掘巷影响期间相比较，沿空巷道前者是后者的5～10倍；实体煤巷道前者是后者的1.2～1.5倍。实体煤巷道的顶、底板及两帮变形大体相近；沿空巷道两帮移近量大于顶底板移近量，前者是后者的2倍左右。②综放沿空巷道与综采上分层沿空巷道矿压显现对比分析：综放沿空巷道与综采上分层沿空巷道相比较，前者的矿压显现程度较高，各项矿压显现特征参数值均大于后者。综放面沿空巷道超前压力明显区、高峰区分别比综采上分层沿空巷道增加50m、15m，巷道掘进期