矿压考试资料(详)

第一部分：名词解释1.矿山压力：采动后作用于岩层边界上或存在于岩层之中的这种促使围岩向已采空间的运动的力（即采动后促使围岩运动的力），称为矿山压力。既是指分布于岩层内部各点的应力，又包括了作用于围岩任何一部分边界上的力。2.矿山压力显现：采动后，在矿山压力作用下通过围岩运动与支架受力等形式所表现出来的矿山压力现象，统称为“矿山压力显现”。3.直接顶：所谓直接顶是指在老塘（采空区）内已垮落，在采场内由支架暂时支撑的悬臂梁岩层，其结构特点是在采场推进方向上不能始终保持水平力的传递。因此，控制直接顶的基本要求是：当其运动时，支架应能承担其全部作用力。4.基本顶：基本顶是指运动时对采场矿压显现有明显影响的传递岩梁的总合，在初次来压后，是一组在推进方向上能始终传递水平力的不等高裂隙梁。对于基本顶各岩梁控制的基本要求是：防止由于基本顶运动对采场产生动压冲击和大面积切顶事故发生，把基本顶岩梁运动结束时在采场形成的顶板下沉量控制在要求的范围。5.传递岩梁：把每一组同时运动或近乎同时运动的岩层看做一个运动的整体，称为“传递力的岩梁”，简称“传递岩梁”6.支承压力：煤（矿）层采出后，在围岩应力重新分布的范围内，作用在煤（岩）层和矸石上的垂直压力。包括高于和低于原始应力的整个区间，来源于上覆岩层的重量。7.支承压力显现：在支承压力作用下，发生的煤岩层破坏压缩，相应部位的顶底板相对移动以及支架受力等现象。8.冲击地压：又称岩爆，是指井巷或工作面周围岩体，由于弹性变形能的瞬时释放而产生突然剧烈破坏的动力现象，常伴有煤岩体抛出、巨响及气浪等现象。9.垮落步距，来压步距：当直接顶垮落高度达到1m以上，垮落长度达工作面长度一半以上时，就叫做直接顶初次垮落（初次放顶）。直接顶初次垮落时自开切眼到支架后排放顶线的距离叫做初次垮落步距。回采工作面开采后的初次断裂，使工作面支架承受较大的静载荷或冲击载荷，这种矿山压力显现叫做基本顶初次来压。基本顶初次来压时，由开切眼到工作面煤壁的距离叫做基本顶的初次来压步距。由于基本顶周期性断裂引起的矿山压力显现叫做基本顶周期来压。相邻两次基本顶周期来压的平均距离即基本顶周期折断的平均值叫做基本顶周期来压步距。10.支架的工作特性（1）初撑力：支架支设时，将活柱升起，托住顶梁，利用升柱工具和锁紧装置使支柱对顶板产生一个主动支撑力，这个最初形成的主动支撑力称为支柱的初撑力。对于液压支柱，即是泵压所形成的支主队顶板的撑力。（2）始动阻力：在顶板压力作用下，活柱开始下缩的瞬间，支柱上所反映出来的力称为始动阻力（支柱的阻力）。（3）初工作阻力：在支架的性能曲线中，活柱下缩时，工作阻力的增长率由急剧增长转为缓慢增长的转折点处的工作阻力。（4）最大工作阻力：支柱所能承受的最大负载能力。第二部分：分析推导论述1.简述上覆岩层弯拉破坏的力学过程和条件弯拉破坏是其悬跨度达到极限跨度后，深入煤壁的两端部断裂基础上，于悬跨度的中部裂断而实现的。弯坏的力学过程，就是其支承条件由双嵌固梁向简支梁发展的过程。梁由边界煤柱及工作面煤壁支承。分析力学过程:（1）工作面推进至岩梁悬跨度达到极限值L0时，梁端弯矩MA为：梁端的拉应力为：当悬露岩层上部无比其软弱的岩层时,该岩层只受本岩层重力的作用，其端部裂断时的拉应力可按下式][2612)(22212221TAAOOLmqqmLqqWM12)(221OLqqMA计算：T220A2mL当悬露岩层上部存在较其软弱的岩层时，则形成由不同岩性的岩层组成下硬上软的组合岩梁，其端部裂断时的拉应力为：(2)在梁断开裂发展的过程中，随着端部弯矩减小，梁的中部弯矩将逐渐增加，随着支承条件向简支梁的转化，中部弯矩将接近值：（a）嵌固状态（3）在嵌固梁向简支梁转化的过程中，当岩梁中部弯矩达到上值时，中部必然拉开，岩梁发展至冒落或保持“假塑性岩梁”状态。（4）岩梁端部和中部开裂的力学条件为：用岩梁悬跨度表示为：显然，L0值随岩梁厚度m、允许抗拉强度[σt]的增加而增加，随支托层上的软岩层厚度∑mi的增加而减小。2.直接顶厚度的确定方法有哪几种？1）理论推断法（1）不考虑岩梁本身沉降的推断方法观点：岩层冒落至自然接顶，不考虑岩层本身沉降的影响。从图中可以推得：则可推出：对于强度不高，厚度不大的岩层覆盖采场，一般在初次来压阶段比较准确，而没有考虑岩层都是由沉降而发展的实际。（对于缓沉采场不能解释）（2）考虑岩梁沉降的推断方法观点：除整体切断采场外，岩层冒落都是由弯曲沉降而来，推断冒高必须考虑岩梁沉降和岩层变形能力及下部运动空间的高度。可推出：现场实测方法：（1）直接观测法。注水法、基点法、物探法（2）直接顶厚度的实测推断方法。包含以下两种情况。利用采场来压前夕支柱承载值'P来压前夕或来压后重新推进zzkmhm222)(OLmmmiA2214)(3OniOLmmmi][TAO)(][22itmmmLO24qL201zhmk0)1(SKmhSAzA1AAzkShm时支架承载值可以反推直接顶垮落厚度。ZfPmZ'Z，利用采场来压前后顶板运动参数，计算顶板允许下沉值SA，再代入公式计算。3.上覆岩层运动的两个阶段，两个过程是什么？上覆岩层运动的两个阶段：初次运动阶段与正常推进阶段。上覆岩层运动的两个过程：相对稳定过程与显著运动过程。第一次运动阶段包括直接顶初次垮落，基本顶初次来压。受力状态为嵌固梁。初次来压:采场各岩层第一次运动在采场的压力显现。特点：运动来压面积大，强度高，并可能伴随发生冲击地压。周期性运动阶段直接顶为悬臂梁，直接顶之上为一端由煤壁支承另一端由老塘矸石支承的不等高传递岩梁岩层周期性运动在采场的矿压显现为采场的周期来压。特点：岩层的完整性比第一次运动前差（1）相对稳定阶段，图中a、c、e岩梁运动幅度较小，对采场矿压影响不明显的过程称为岩梁处于相对稳定过程。用相对稳定运动步距b表示。即岩梁处于相对稳定状态时工作面推进的距离（2）显著运动过程，图中b、d、f岩梁运动幅度大，对采场矿压有明显影响的过程,称为岩梁处于显著运动过程,既通常所说的来压过程。用显著运动步距a表示,即岩梁大幅度运动开始,到运动基本结束为止,工作面推进的距离。（3）岩梁来压步距岩梁经历一次相对稳定过程与显著运动的全过程就完成了一个周期,描述岩梁运动周期长短的参数时周期来压步距C,是指岩梁完成一次周期性运动工作面所推过的距离。c=a+b4.采场支承压力在推进方向上的发展变化分为哪几个阶段？各阶段支承压力与支承压力显现的发展规律如何？答：以初次运动阶段为例：支承压力分布与显现变化划分为三个阶段。第一阶段：采场开始推进到煤壁支承能力改变之前。煤体特点：煤体没有破坏，弹性压缩；压力分布：一条高峰在煤壁上的单调下降曲线（负指数）；显现分布：与压力分布曲线相同。第二阶段：从煤壁支承能力改变到基本顶岩梁端部断裂前为止。煤体特点：煤体支承能力降低，随基本顶岩梁的离层发展，其作为载荷与传递上部岩重的作用将逐步下降。压力分布：塑性区（包括煤体已完全破坏部分）压力逐渐上升。弹性区内则单调下降，其压力高峰在交界处。显现特点：总体仍为单调下降曲线，但是具体讲则是塑性区内与压力分布相反，弹性区内与压力分布相同。第三阶段:从基本顶岩梁端部断裂到岩梁中部触矸为止。特点：压力分布与显现变化剧烈，压力与显现分布总体一致。压力特点:a、断裂线附近应力集中；b、以断裂线为界分为两个应力场；c、两个应力场中压力分布背向发展。显现特点:a、岩梁断裂时，伴随压力的集中，该部位移近速度突增；b、断裂扩展或显著沉降，顶底板移近出现停滞甚至反弹；c、断裂结束后，内外应力场中的压力显现以断裂线为界呈背向转移变化。5.6.7.绘图注明回采工作面支撑压力分布的基本规律Ⅰ.工作面前方应力变化区，Ⅱ.工作面控顶区，Ⅲ.垮落岩石松散区，Ⅳ.垮落岩石逐渐压缩区，Ⅴ.垮落岩石压实区A原岩应力区，B(B1,B2)应力增高区，C应力降低区，D应力稳定区（影响冒放性因素，放顶煤顶板结构及其与围岩关系见课后习题答案）上区段采空区123ⅠⅡⅢ8.综采放顶煤分类按工作面布置方式分类（1）整层放顶煤采煤法这种采煤法是直接沿底板布置放顶煤工作面，即当采煤工作面推进一定的距离后，就将上部顶煤放出，这样一次采出煤层的全部厚度（2）预采顶分层采煤法这种采煤法首先沿顶板在煤层中布置一个普通长壁采煤工作面（即采顶分层），然后再沿底板布置放顶煤工作面进行回采，将底分层上部的顶煤放出。(3)预采中间分层放顶煤采煤法这种采煤法是先在煤层中间布置一个普遍长壁采煤工作面进行开采。然后，再沿底板布置放顶煤采煤工作面。中间分层工作面的位置应使底板放顶煤采煤工作面上方有0.5m以上的护顶煤(4)水平分段放顶煤采煤法对于厚度超过20m，甚至上百米的极厚煤层，可以把煤层厚度按10～20m分成若干个分段，使用放顶煤采煤法依次自上而下分段回采。这种方法叫做极厚煤层分段放顶煤采煤法。按支护方式的放顶煤技术分类（1）综采放顶煤（综放）（2）轻型综采放顶煤（轻放）轻型综采放顶煤与综采放顶煤类似，是在综采放顶煤的基础上，将综采放顶煤支架改造，使支架结构简单，骨架变小，从而使支架重量大幅度降低，称为轻型结构。（3）悬移支架放顶煤（简放）悬移支架是一种无底座由顶梁与双作用（支、移）液压支柱等组成，可提腿迈步前移的支架，支架靠两个相邻的顶梁交错向前移动来前移。9.关于沿空送巷问题（此处为概况，需根据具体情况适当归纳）（1）煤体边缘处于弹性状态条件下的沿空留巷方案特点：基本顶在煤体边缘裂断，由基本顶回转下沉造成的顶板下沉量小；煤体边缘处于弹性变形状态，由煤体变形引起的巷道顶板下沉量小、帮压小；支承压力高峰在煤体边缘，巷道底膨量小。因此，在无内应力场条件下沿空留巷维护一般是比较容易的，特别是在有相应的支护手段时，应积极采用沿空留巷。送巷开掘的位置和时间：在煤体边缘处于弹性变形状态的条件下，工作面两侧煤体上的支承压力分布如图所示，上区段工作面后方支承压力高峰在煤体边缘，下区段工作面前方叠加支承压力高峰仍在煤体边缘或进入煤体内部。三种可能送巷位置：沿空送巷(位置1)、小煤柱送巷(位置2)、大煤柱送巷(位置3)。实践表明，基本顶触矸后沿空送巷是比较合理的。因为煤体边缘处于弹性变形状态，故送巷引起的围岩变形较小。当受本工作面回采影响时，如果煤体边缘由于叠加支承压力的作用进入塑性破坏状态，巷道围岩变形量会急剧增加。但支承压力高峰要向煤体内部转移，位置2的巷道将处于叠加支承压力峰值区内，势必受到叠加压力高峰影响，巷道围岩同样会进入塑性破坏状态（巷道两帮煤体处于单向受力状态）、而且小煤柱可能失去稳定性，因此巷道2的围岩变形也会急剧增加。如果叠加支承压力峰值不足以使煤体边缘发生塑性破坏，则位置1的变形量不大，不必在位置2送巷。图中1、2的巷道围岩变形主要是由本工作面回采时叠加支承压力作用引起的，且位置1优于位置2。巷道位置3在原始应力区中，只受超前支承压力作用，巷道围岩变形量最小。但煤柱损失大，且给下部煤层开采带来不利影响，尤其是深部开采和开采有冲击倾向性煤层更加不利。沿空送巷如在基本顶触矸前掘出，则巷道将由于基本顶回转来压而产生很大的顶板下沉；在基本顶岩梁触矸石后掘巷，则不受顶板显著运动的影响（2）煤体边缘进入塑性状态时巷道开掘位置和时间图所示有内应力场条件下四种可能的送巷位置为：在内应力场中的沿空送巷（位置1）和小煤柱送巷（位置2）、在外应力场中的煤柱护巷（位置3）以及原始应力区的大煤柱送巷方案（位置4）。由于内应场中的煤体已发生塑性破坏，处于卸压状态，因此内应力场中掘巷不会引起支承压力分布和煤体力学状态的明显变化。从顶板活动和支承压力分布发展过程来看，基本顶岩梁触矸后（内应力场稳定后）在内应力场中送巷，不仅可以避免由于基本顶显著运动而产生很大的巷道顶板下沉，而且在覆岩稳定和压力叠加过程中内应力场的应力上升较少，巷道受采动影响较小。在位置3送巷后，巷道两帮煤体由三向受压状态变成单向受压状态，在支承