矿山压力及控制习题参考答案

《矿山压力其控制》习题参考答案（一）名词解释：1矿上压力：由于矿上开采活动的影响，在开采空间围岩体内形成的和作用在只支护物上的压力。2矿山压力显现：由于矿山压力的作用，开采空间围岩体及支护物产生的各种力学现象（破坏，跨落，折损，冲击）3矿山压力控制：为使采矿工作正常、安全进行所采取的各种减轻、调节、改变和利用矿山压力作用的方法。4伪顶：位于煤层之上随采随落的极不稳定岩层，其厚度一般在0.5m以下。5直接顶：位于煤层或伪顶之上具有一定的稳定性,移架或回柱后能自行垮落的岩层。6老顶：位于直接顶或煤层之上厚而坚硬的岩层。7老顶的初次来压步距：有开切眼到初次来压时工作面推进的距离。8老顶的周期来压步距;两次来压期间工作面推进的距离。9完全沿空掘巷：安全沿采空区边缘或仅留很窄的煤柱掘进巷道。10冲击地压：在地应力高的岩体中开挖硐室，围岩应力突然释放，岩块破裂并抛出的动力现象。11沿空留巷：采煤工作面后沿采空区边缘维护原回采巷道12断面破碎度：支架前梁端部到煤壁间顶板破碎程。（二）问答题1、分布特征：只考虑自重情况下原岩应力状态的侧向应力系数在0与1之间，即0≤λ≤1。λ=0,1/7,1/3,1/2,1在θ=0°；90°；180°；270°的分布克制圆孔两侧的切向应力集中系数处于2~3之间，即两侧最大切向应力比垂直原岩应力大1~2倍，且与孔径无关。2、简述原岩应力场的概念及主要组成部分。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。原岩应力场由自重应力场和构造应力场组成。地心引力引起的应力场称为自重应力场，地壳中任意一点的自重应力等于单位面积的上覆岩层的重量。由于地质构造运动而引起的应力场称为构造应力场，构造应力与岩体的特性，以及正在发生过程中的地质构造运动和历次构造运动所形成的地质构造现象有密切关系。3、简述岩石破碎后的碎胀特征及其在控制顶板压力中的作用？岩石破碎后，杂乱堆积，岩石的总体力学特征类似于散体。由于岩层破碎后体积将产生膨胀，因此直接顶跨落后，堆积的高度要大于直接顶原来的高度。影响碎胀系数KP的重要因素是岩石破碎后块度的大小及其排列状态。例如，坚硬岩层成大块破断且排列整齐，因而碎胀系数较小；若岩石破碎后块度较小且排列较乱，则碎胀系数较大，岩石破碎后，在其自重及外加载荷的作用下渐趋压实，碎胀系数变小，压实后的高度将取决于岩七的残余碎胀系数KP，。若直接顶岩层的培落厚度为∑h，则垮落后堆积的高度为Kp·∑h它与老顶之间可能留下的空隙△为：△＝∑h＋M－Kp－∑h=M-Kp·∑h（Kp-1）当M＝∑h（Kp-1）时，△=0，即冒落的直接顶将充满采空区。此时下沉量较小，常可忽略不计。因此，形成充满采空区所需直接顶的厚度为：1KMhp随着老顶初次断裂，老顶破断岩块的变形迫使直接顶变形而向支架方向加载荷，此时直接顶就不再可能形成初次放顶时可能发生的离层状态。但是老顶破断岩块形成的变形失稳与滑落失稳将对直接顶的稳定性产生影响。岩石的碎胀性是指岩石破辞后散乱后堆积的体积比破碎前整体状态下增大的特性，一般用碎胀系数KP表示。对于岩层控制来说，碎胀性有重要作用，当煤层采出形成采空区后，项板处于悬露状态，就会发生破坏堵蒂，并给工作面顶报管理造成影响以至危害。由于顶板岩石有碎胀性，垮落后体积增大，能充填部分因煤层采出后形成的采空区，其上覆岩层的活动对工作面就没有明显的动压影响了。因此，碎胀性对工作预顶板管理有重要意义．4、接顶初次垮落前易离层的原因1、直接顶较软，容易发生弯曲变形。2、未及时支护，支撑力不足3、直接顶比较破碎4、直接顶最大扰度大于老顶最大扰度5、直接顶厚度小于或等于老顶厚度初次放顶前直接顶所在的状态大部分均可能发生离层。其原因是老顶此时尚处于板的悬露状态，因而挠度较小，而且直接顶则由于强度较弱，或由于岩层较薄，使直接顶的挠度有可能大于老顶的挠度，而形成离层。5、回采工作面上覆岩层移动规律A、岩层移动主要是研究开采后引起的地表变形破坏规律。B、煤层开采后形成的采空区大多数为长方形，老顶岩层的破坏因长方形的角效应影响而呈椭圆形，且比采空区面积要大。C、开采水平或近水平煤层时，移动盆地位于采空区正上方，而且盆地中心对应着采空区中心，中心点是垂直下落的。6、回采工作面上覆岩层破坏方式及其分区根据采空区覆岩移动破坏程度，可分为“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”，意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：煤层上方的岩层在开采的影响下，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。在有些场合垂直位移量还会出现负值（即岩层有上升现象）。当工作面推过此区域，才引起垂直位移急剧增加。B区域：回采工作推过钻孔4～8m后，垂直位移急剧增加，但各层位移速度不尽相同。其特点为越向上越缓慢，在此区域内形成层间离层，且此区域的岩层早已断裂成岩块。C区域：已断裂的岩层重新受到已冒落矸石支撑时，变形曲线又趋于缓和。在此区域内，各层移动速度的特点是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。7试分析直接顶、老顶的各项指标在矿山压力显现中所起的作用A—煤壁支撑影响区(a—b)；B—离层区(b—c)；C—重新压实区(c—d)Ⅰ—冒落带Ⅱ—裂隙带Ⅲ—弯曲下沉带厚度：当直接顶厚度较大时，由于岩石的碎胀特性，垮落后能较好的充填采空区，能够较好的承载上覆的负载，矿山压力显现不明显。当直接顶的厚度较小时，不能很好的充填采空区来支撑上覆压力，导致矿山压力显现明显。对于老顶，如果老顶的厚度较大，当老顶断裂，回转，作用在直接顶上的力的作用就大，传递给工作面的作用就大，矿山压力显现明显，老顶厚度小时，相反的，压力显现就不明显。悬露长度：当直接顶的悬露长度过大时，冒顶整体垮落时，将对工作面产生很大的冲击，导致矿山压力显现明显。悬露长度不大，垮落量小，对直接顶及工作面的冲击也相应的减少，可以减少矿山压力显现的作用。硬度：当直接顶比较破碎，直接定易垮落，垮落量小，对工作面冲击较小，从而矿压显现较弱。反之亦然。8．评价矿山压力显现程度的指标有哪些？怎样预测预报老顶的来压。1）、顶板下沉S（mm）——煤壁到采空区边缘范围内顶、底板间相对位移。顶板绝对下沉不易得到，一般以距煤壁4米处下沉量为工作面顶板下沉量。可以每米采高每米推进度下沉量S/L/M为比较标准2）、顶板下沉速度V（mm/h）——单位时间顶板下沉量。3)、支柱变形与折损——观察喷液、下缩、压裂、折断等。4)、顶板破碎度——单位面积中顶板冒落面积所占百分比。5)、局部冒顶——小范围顶板垮落。6)、大面积冒顶——顶板沿工作面煤壁切落。7)、煤壁片帮——煤壁因支承压力作用发生的剪切坍塌破坏。8)、底臌——底板塑性变形。9）、支柱插入底板——底板松软，对顶板管理很不利。初次来压时矿压显现特点：1）、来压前，顶板压力无明显增大；2)、煤壁内部支承压力增高，煤壁片帮严重；3)、顶板有板炮声响；4)、顶板下沉速度急剧增加，由1mm/h到5~20mm/h5）、支柱载荷急剧增加；6）、顶板出现拉绺现象（直接顶沿煤壁切断）。周期来压时的矿压显现：1）、顶板下沉量急剧增加；2)、支柱载荷普遍增加；3）、煤壁片帮严重；4）、当支撑力不足时，工作面会出现台阶下沉；5)、如果支护参数选择不合理，回发生冒顶、切顶。9．影响回采工作面矿山压力显现的主要因素有哪些？采高与控顶距，工作面推进速度，开采深度，煤层倾角。10．叙述采空处理的方法有哪些，其各种处理方法引起顶板的沉降断裂是怎样的。11．叙述回采工作面支架与围岩的相互作用原理1）支架与围岩是相互作用的一对力，在小范围内，围岩形成的顶板压力可看作一个作用力，支架可视为一个反力，两者相互适应，使其大小相等，而且尽可能的作用在一个作用点上2）支架受力的大小及其在回采工作面分布的规律与支架性能有关3）支架结构及尺寸对顶板压力的影响。在实际生产中证明，在支架架型选择何时时，可以用最小的工作阻力维护好顶板12、支架－围岩相互作用原理：①支架支护作用，支架的工作阻力，尤其是初撑力在一定程度上能有效地抑制直接顶板离层，控制围岩塑性区的再发展和围岩的持续变形，保持围岩稳定。②围岩的自承能力，地下工程中围岩不仅是施载体，在一定条件下还是一种天然承载构件，上覆岩层的绝大部分重量完全是由自身承担的，因此合理的支架－围岩相互作用关系是充分利用围岩的这种天然自承力和承载力。“煤体—支架—垮落矸石”支撑系统：煤体、垮落矸石为平衡结构支点（拱脚），需承受更多载荷；“煤体—支架—垮落矸石”支撑系统为静不定系统，刚度大的承受载荷也大；煤体刚度大于垮落矸石及支架，为主要承载体；支架受到保护，刚度较小，承载较小。13、影响采区巷道变形与破坏的因素有哪些？答：一自然因素：（1）岩体性质及构造特征（岩体强度，岩体的层理、节理、裂隙发育程度）；（2）开采深度；（3）煤层倾角；（4）地质构造因素（断层、褶皱）；（5）水的影响；（6）时间因素的影响。二开采技术因素：（1）受采动影响情况（2）巷道保护方法（3）巷道断面的形状及支架架设时间14.采区平巷在其服务期内沿走向的矿压规律有哪些？(1)煤体—煤体巷道服务期间内，围岩的变形将经历巷道掘进影响、掘进影响稳定和采动影响三个阶段。由于巷道在采面后方已经废弃，巷道仅经历采面前方采动影响，园岩变形量比采动影响阶段全过程小得多，一般仅1／3左右。(2)煤体—煤柱或无煤柱(采动稳定)巷道服务期间，围岩的变形同样经历巷道掘进影响、掘进影响稳定和采动影响三个阶段(工作面前方采动影响)。但是巷道整个服务期间内．始终受相邻区段采空区残余支承压力的影响，三个影响阶段的围岩变形均大于煤体一媒体巷道。巷道的围岩变形量除了取决于开采深度、巷道围岩性质、工作面顶板结构和相邻区段采空区采动稳定程度外，与沿空护巷方式及保护煤柱宽度密切相关。(3)煤体—煤柱或无煤柱(正采动)巷道服务期间，围岩的变形将经历全部的五个阶段，围岩变形量远大干无采动及一侧采动稳定后巷道。这类巷道的围岩变形量除了与开采深度、巷道围岩性质、采动状况有关外，工作面顶板结构、沿空护巷方式和煤柱宽度都起决定性作用。不采用煤柱保护巷道时，为沿空保留巷道。15.16．因采区巷道受采动的影响，采取哪些措施可以保护采区巷道1控制方法：巷道保护——使围岩应力与岩体强度相适应（采用适当断面，预留断面，煤柱护巷，巷道在减压区）巷道支护——架设支架防止围岩过度变形与移动巷道维修——改换已恶化的支撑系统，恢复围岩移动稳定性（补棚、补柱、扩帮、起底、更换已损支架）2基本措施：将巷道布置在岩性好的岩层内将巷道布置在应力降低区(躲压)对巷道进行卸压保护（移压）常用方法为：1卸压①巷道跨②采卸压③开槽（松动）卸压④卸压巷硐卸压⑤掘前预采2无煤柱护巷17．巷道的支护方法有哪些，叙述采用锚杆和喷射混凝土支护的作用原理一：支护方法（1）木支护：梯形（对棚或密集等）（2）金属支架：工字钢梯形支架，平顶可缩金属支架，拱形可缩性金属支架棚间距0.5～0.7m。（3）锚杆支护二、锚杆支护1）悬吊作用，指用锚杆将软弱的直接顶板吊挂于其上的坚固老顶上2）组合梁作用，是指将层状岩体各层用锚杆连结并紧固，如图右所示。锚杆把数层薄的岩层组合成类似铆钉加固的