矿山压力及其控制-试题答案+大概念-可压缩印

矿山压力及其控制Kudamono1990一、填空：1.影响碎胀系数的重要因素是破碎后块度大小及其排列状态。2.根据回采工作面前后的应力分布情况，可将工作面前后划分为增加区、减压区、稳压区。3.老顶的初次来压步距与老顶岩层的力学性质、厚度、破断岩块之间互相咬合的条件有关，同时也与地质构造有关。4.采空区处理的方法有：煤柱支撑法、缓慢下沉法、采空区充填法、全部跨落法。5.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。如果采空区尺寸尺寸小于临界开采尺寸，称为非充分采动。6.根据原岩（煤）体应力状态不同，冲击矿压可分为三类：重力型、构造应力中间型、重力-构造型。7.液压支架目前普遍将其分为三种类型：支撑式，掩护式，支撑掩护式。8.老顶的极限跨距：（1）回采空间周围均未采动固定梁计算为：L=h√2Rt/q；（2）回采空间周围均已采空或用刀柱法管理顶板简支梁计算为：L=2h√Rt/3q。二、名词解释：岩层移动角;地表下沉边界（常以10mm点划定）和采空区边界的连线与水平线在煤柱一侧的夹角.矿山压力: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.初撑力:支架支设时，将活柱升起，托住顶梁，利用生柱工具和锁紧装置使支柱对顶板产生一个主动力，这个最初形成的主动力称为初撑力.对于液压支柱即是泵压所形成的支柱对顶板的撑力.工作阻力:支柱受顶板压力作用而反应出来的力分为始动阻力、初工作阻力、最大工作阻力.关键层: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.三、简答1.什么是老顶的周期来压和周期来压步距？其表现形式有哪些？答：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。老顶的周期来压步距是两次来压期间工作面推进距离（周期来压步距=1/2.45初次来压步距）。变现形式：顶板下沉速度急剧增加、顶板下沉量变大；支柱所受的载荷普遍增加；有时还可能引起煤壁片帮、支柱折损、顶板发生台阶下沉等现象。2.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：一.直接顶的初次跨落：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。直接顶第一次大面积垮落称为直接顶初次跨落。老顶的初次来压：回采工作面从开切开始采煤，采空区范围逐渐增大，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称为老顶的初次来压。二.区别：①初次垮落发生于直接顶，初次来压发生于老顶。直接顶第一次垮落高度超过1～1.5m，范围超过全工作面长度的一半。②初次垮落前会发生离层，初次来压前会发生片帮。初次来压较初次跨落对工作面影响较大。③直接顶初次跨落步距与直接顶岩层强度、分层厚度、直接顶内节理裂隙发育程度有关，老顶初次来压步距与老顶岩层力学性质、厚度、破断岩块间互相咬合条件有关。3.试述综放开采工作面支承压力分布特点。答：放顶煤开采与单一煤层开采具有类似规律，即工作面前方的支承压力（切向应力σt）分为减压区A、增压区B、稳压区C。若按岩体性质可分为弹性区E、塑性区D（极限平衡区）。同时径向应力（垂直于工作面方向的应力σr）自煤壁向远方逐渐升高。放顶煤开采的支承压力分布范围大，峰值点前移，但支承压力集中系数没有明显变化。①煤层愈软支承压力分布范围愈大，峰值点距煤壁愈远。一般来说对于软煤层峰值点位15~25m，分布范围40~50m；对于硬煤层峰值点5~8m，分布范围20~30m。②煤层愈厚支承压力范围愈大，峰值点距煤壁愈远。放顶煤工作面支承压力峰值点前移的原因是由于顶煤强度较低引起的。③如果顶煤中存在一层较厚的强度较大夹矸层，夹矸层除了影响到顶煤冒落形态外还会影响到支承压力分布，使其显现出较硬煤层的支承压力分布特征。四、计算1有一煤层顶板为厚层坚硬砂岩，岩层厚度15米，岩石的抗拉强度极限8Mpa，，岩石间的摩擦角42度，作用在岩层上的载荷集度1MPa，，当岩层断裂时，能否取得自身平衡？如果不能平衡支架应具有多大的支撑力才不致摧垮工作面？解：极限垮距L=h√2Rt/q=15√2*8/1=60m断裂后岩块间剪力R=½ql=½*1*60=30MN水平推力T=ql²/8h=10³*60²/8*15=30MN摩擦力F=T*tanφ=30*10³tan42°=27012KN故支撑力至少在P=R-F=30000-27012=2988KN五、论述什么是沿空留巷，沿空留巷从开掘到废弃的整个过程中围岩的变形经历了哪些阶段，及各阶段变化的原因是什么。答：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。其目的是使一条巷道可以得到两次利用，故这种方式也称“巷道二次利用”“一巷两用”“单巷开采系统”。如图所示，巷道从开始掘进，到本区段采煤工作面采动影响，以后又受第二个区段采煤工作面二次采动影响后完全废弃，矿压显现要经历5个阶段，或相应地分为5个不同的矿压显现带。Ⅰ－巷道掘进阶段Ⅱ－无采掘影响阶段Ⅲ－采动影响阶段Ⅳ－采动影响稳定阶段V－二次采动影响阶段1．巷道掘进阶段(Ⅰ)掘进平巷仅对小范围岩体造成扰动，围岩的变形和移动主要原因是煤岩体原始平衡遭到破坏所致，一般情况下矿压显现并不剧烈。这一阶段影响时间一般为几天至十几天，最长1—2个月。2．无采掘影响阶段(Ⅱ)应力不变，变形主要原因是随时间发展的围岩流变，量极小，巷道基本处于稳定状态。3．采动影响阶段(Ⅲ)采动影响原因是由于回采工作引起的围岩压力再次重新分布造成的。由于采空面积大，导致岩层运动规模大，故这一阶段矿压显现也最剧烈。采动影响的全过程由工作面前方开始。根据围岩性质、采深、煤层厚度等因素不同，其超前距离由10—20m至40-50m不等，到工作面附近，采动影响已相当剧烈。其峰值区多数情况是位于工作面后方5-20m范围内。该处顶底板移近速度很大，巷道断面急剧缩小，支架变形折损常很严重，是巷道维护最困难地段。在巷道经受剧烈变形后，随工作面逐渐远离，移近速度逐渐减小，通常至工作面后方40-60m处，采动影响明显变小，进入采动影响稳定阶段。工作面前方采动影响带内巷道围岩的变形、移动和破坏，主要是由工作面前方支承压力和沿倾斜侧向支承压力的叠加作用引起的，而工作面后方采动影响带内巷道围岩的强烈变形、移动和破坏是由巷道上方和采空区一侧顶板弯曲下沉和显著运动所引起的，两者在矿压显现剧烈程度上通常有明显差别。4．采动影响稳定阶段(Ⅳ)原因是巷道围岩经受一次采动后，重新进入相对稳定的阶段，故其围岩移动基本特征与无采掘影响阶段类似，但该阶段中的围岩平均移近速度一般要比无采掘影响阶段稍大一些。进入采动影响稳定阶段的距离，有时从工作面后方50—60m处即开始，但多数情况是在100～120m以远(3～4个月)。5．二次采动影响阶段(V)处于采动影响稳定阶段的巷道，在下区段回采时，原因是开采面积进一步扩大，重新引起顶板岩层变形、运动和失稳，将再次受到采动影响。二次采动影响的时间和空间规律与一次采动影响类似，但由于这种情况下巷道受到下区段工作面超前支承压力和巷道煤体一侧残余支承压力的叠加作用，二次采动影响的剧烈程度和影响范围都会比一次采动影响稍大。矿压概念2、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，称为矿山压力显现。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均叫做矿山压力控制。4、原岩应力：未受开采影响的岩体内，由于岩体自重和构造运动等原因引起的应力。5、弹性变形能：岩体受外力作用而产生弹性变形时，在岩体内部所储存的能量。6、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。7、构造应力及其特点：构造应力是由于地壳构造运动在岩体中引起的应力，可分为现代构造应力和地质构造残余应力。构造应力以水平力为主，具有明显区域性和方向性，其特点为①一般情况下地壳运动以水平力为主，构造应力主要是水平应力，而且地壳总的运动趋势是相互挤压，所以水平应力以压应力占绝对优势；②构造应力分布不均匀，在地质构造变化比较剧烈的地区最大应力的大小和方向往往有很大变化；③岩体中的构造应力具有明显的方向性，最大和最小水平应力值相差较大；④构造应力在坚硬岩层中出现比较普遍，软岩中很少。8、圆孔在双向等压应力场中周围应力分布的基本规律：①在双向等压应力场中，圆孔周边全处于压缩应力状态；②应力大小与弹性常数E、µ无关；③6t、6r的分布和角度无关，皆为主应力，即切向和径向平面均为主平面；④双向等压应力场中孔周边的切身应力为最大应力，与孔径大小无关，6t=2rH超过周边围岩的弹性极限时，围岩进入塑性状态；⑤其他各点的应力大小则与孔径有关；⑥在双向等压应力场中圆孔周围任意点的切向应力与径向应力和为常数。11、充分采动：当采空区尺寸相当大时，地表最大下沉值达到该地质条件下应有的最大值，此时采动称为最大采动。12、冒落带：破断后的岩块呈不规则垮落，排列也不整齐，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连，很多情况下是由于直接顶岩层冒落后开成的。13、碎胀系数：岩层破坏后，杂乱堆积，岩体和总体力学特性类似于散体，由于岩层碎后体积将产生膨胀。14、采场上覆岩层活动规律假说的内容及其特点：①压力拱假说，此假说是认为在回采工作空间上方，由于岩层自然平衡结果而形成的一个“压力拱”。拱的一个支点在工作面前方煤体内形成前脚拱，另一个支点在采空区垮落的矸石上形成后脚拱，随工作面的推进，前后拱也将向前移动。优点是对回采工作面前后的支承压力及工作空间处于减压范围做出了解释。缺点为主种假说简单不能从数量上解释矿压问题，对松软破碎顶板还适用，对坚硬顶板有一定的参考价值。②悬臂梁假说，认为工作面和采空区上方顶板可视为梁，其优点是可解释工作面近煤壁处顶板下沉量支架载荷小，支承压力及工作面出现周期来压的现象。缺点是由于未查明开采后上覆岩层活动规律，利用悬臂梁计算顶板下沉量的支架载荷与实测数据相差较远。③铰接岩块假说，认为工作面上方岩层破坏可分为垮落带和其上的规则移动带，工作面支架两种不不同工作状态，给定载荷状态和给定变形状态。些假说优点是正确阐明了工作面上覆岩层的分布情况及其内部力学关系可能开成的结构。缺点是未能对铰接岩块间的平衡条件做做进一步探讨。④预成裂隙假说，些假认为在回采工作面周围存在着应力降低区、应力增高区、采动影响区，这三个区随工作面的推进，同时也向前移动，同时还认为支架应有足够的支撑力和工作阻力，应及时地支撑住顶板岩层，使各层岩层之间保持紧密状态阻止相对滑移，张裂与离层。15、三区三带的特点：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。16、老顶初次断裂后砌体梁失稳形式：滑落失稳、变形失稳。17、初次来压步距：由于切眼到初次来压时工作面推进的距离。18、初次来压的特点：①工作面顶板急剧发生下沉；②工作面直接顶破碎甚至产生台阶状下沉；③煤壁内支承压力增大，煤帮变形与塌落；④老顶初次来压较突然，工作面易出现事故；⑤顶板出现断裂裂声，并有顶板掉渣现象，顶板产生裂隙。19、影响采场矿山压力显现的主要因