矿山压力与岩层控制重要知识点

一概念：1、矿山压力：开掘巷道或进行回采工作时，破坏了原来的应力平衡状态，引起岩体内部的应力重新分布，直至形成新的平衡状态。这种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。2、矿山压力显现：在矿山压力作用下，会引起各种力学现象，如岩体的变形、破坏、塌落，支护物的变形、破坏、折损，以及在掩体中产生的动力现象。这些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，统称为矿山压力显现。3、矿山压力控制：为使矿山压力显现不致影响采矿工作正常进行和保障安全生产、必须采取各种技术措施吧矿山压力显现控制在一定范围内。对于有利于采矿生产的矿山压力也应当合理利用，所有减轻、调节、改变和利用矿山压力作用的各种方法，均叫做矿山压力控制。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，也称为岩体初始应绝对应力或地应力。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应力增高部分称为支撑应力。6、老顶：通常吧位于直接顶之上（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。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。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，当达到其极限跨距时开始垮落。直接顶的第一次大面积垮落称为直接顶初次垮落。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。随着工作面推进，顶底板处于不断引进的状态。由于在缓斜及倾斜工作面底板鼓起量比较小，因而常常可以忽略不计，为此顶底板移近量简称为顶底板下沉量。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），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。11、周期来压：随着回采工作面的推进，在老顶初次来压以后，裂隙带岩层形成的结构将始终经历“稳定-失稳-稳定”的变化，这种变化将呈现周而复始的过程。由于结构的失稳导致了工作面顶板的来压，这种来压也将随着工作面的推进而呈周期性出现。因此，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。12、关键层：在直接顶上方存在厚度不等、强度不同的多层岩层。其中一层至数层厚硬岩层在采场上覆岩层活动中起主要的控制作用。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。13、沿空留巷：沿空留巷是在上区段工作面采过后，通过加强支护或采用其他有效方法，将上区段工作面运输平巷保留下来，供下区段工作面回采时作为回风平巷。14、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煤体－无煤柱（沿空掘进）巷道。15、锚固力：锚杆对围岩的约束力。（1）根据锚杆对围岩的约束力方式定义锚固力可分为托锚力、粘锚力、切向锚固力；（2）根据锚杆的锚固作用阶段定义锚固力可分为初锚力、工作锚固力、残余锚固力。16、软岩：软岩定义分为地质软岩和工程软岩。（1）地质软岩指强度低、孔隙较大、胶结程度差、受构造面切割及风化影响显著或含有大量膨胀粘土的松、散、软、若岩层的总称；（2）工程软岩时指在巷道工程力作用下，能产生显著变形的工程岩体。巷道工程力时指作用在巷道工程岩体上的力的总和。工程软岩的定义揭示了软岩的相对性实质。17、煤矿动压现象：煤矿在开采过程中，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的动力效应。这些现象统称为煤矿动压现象。18、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，支架与设备损坏，人员伤亡，部分巷道垮落破坏等。19、冲击能指数：冲击能指数Ke——在单轴压缩状态下，煤样全“应力-应变”曲线峰值C前所积聚的变形能Es与峰值后的变形能Ex之比值。它是包含试件“应力-应变”全部变化过程的曲线，直观和全面反映了蓄能、耗能的全过程，显示了冲击倾向的物理本质。20、浅埋煤层：开采区域大部分集中于埋深在100-150m以内的浅部，煤层的典型赋存特点时埋深浅、基岩顶板较薄、表土覆盖层较厚。由于此类煤层的矿压显现规律具有明显的特点，为了区别于其他煤层，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。二、简答与分析论述1、简述原岩应力场的概念及主要组成部分？答：原岩应力场的概念：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。原岩应力场的主要组成部分：自重应力场、构造应力场。2、原岩应力分布的基本特点？答：1、实测铅直应力基本上等于上覆岩层重量2、水平应力普遍大于铅直应力3、水平应力与铅直应力的比值随深度增加而减小4、最大水平主应力和最小水平主应力一般相差较大3、煤柱下方底板岩层中应力分布特点及其实际意义？答：4、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?答：岩石破碎后，杂乱堆积，岩体的总体力学特性类似于散体。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岩层原来的厚度。影响碎胀系数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石的残余碎胀系数Kp。5、分析采场上覆岩层机构失稳条件？答：1、结构的滑落失稳，剪切力大于咬合点出的摩擦力，此结构将出现滑落失稳。即失稳的与否取决于老顶破断岩块的高长比，高长比较小，结构抗滑落失稳能力越大，一般情况下，失稳岩块的高长比要大于0.4-0.5；2、结构的变形失稳，这时指在岩块的回转过程中，由于挤压处局部应力集中，致使该处进入塑性状态，甚至局部受拉而使咬合处破坏造成岩块回转进一步加剧，从而导致整个结构失稳，当岩梁破断后，岩块互相咬合中间下沉量到达△时，即形成岩块结构变形失稳。6、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。7、试分析开采深度对采场矿山压力及其显现的影响？答：开采深度对巷道矿山压力显现的影响可能比较明显，如在松软岩层中开掘巷道，随着深度的增加，巷道围岩的“挤、压、鼓”现象将更为严重。随着深度增加，巷道围岩的变形与支架上承受的压力都将增加。岩层受重力而变形，它所积聚的能量与深度的平方成正比。因此，对有冲击矿压危险的矿井，随着深度的增加，发生冲击矿压的次数与强度将显著增加。但开采深度对采场顶板压力大小的影响并不突出，因而对矿山压力显现的影响也不明显，尤其是对顶板下沉量的影响。随着采深增加，支承压力必然增加，从而导致煤壁片帮及底板鼓起的几率增加，由此也可能导致支架载荷增加。8、简述我国缓倾斜煤层工作面分类方案？答：直接顶分类：1不稳定顶板：τr≤8、2中等稳定顶板：8＜τr≤18、3稳定顶板：18＜τr≤28、4非常稳定顶板：28＜τr≤50其中τr为直接顶平均初次垮落距；老顶分类：1不明显：Pe≤895、2明显：895＜Pe≤975、3强烈：975＜Pe≤1075、4非常强烈：1075＜Pe其中Pe为老顶初次来压当量，kPa.9、解释支撑式、掩护式、支撑掩护式液压支架结构特征及适用范围？答：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；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；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。10、简述采场支架与围岩关系特点？答：1、支架与围岩时相互作用的一对力；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。11、分析采场支架工作阻力与顶板下沉量的“P-△L”曲线关系？答：12、简述开采后引起的上覆岩层的破坏方式及其分区？答：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。13、简述绿色开采技术体系？答：14、简述开采后上覆岩层的破坏方式及分区？答：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。15、简述控制岩层移动的技术？答：岩层移动控制技术可分为三类：（1）留设煤柱控制岩层移动（2）