矿山压力与岩层控制五套试卷1

一、名词解释：（每题2分，共20分）1、矿山压力2、岩石的孔隙度3、泊松比4、流变5、蠕变6、原岩应力7、支承压力8、回采工作面9、初次来压10、砌体梁二、填空题：（每空1分，共10分）1、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减压区、和。2、根据破断的程度，回采工作面上覆岩层可分为和。3、采空区处理方法有煤柱支撑法，，和。4、直接顶的完整程度取决于，。5、初撑力是指。三、简答题：（8题任选6题，每题5分，共30分）1、对原岩应力状态有哪几种假说？2、岩石的孔隙性、孔隙度和孔隙比有什么不同？3、煤层开采后，上覆岩层按破坏方式可以分为哪几个区？4、采区平道矿压显现沿走向要经历那几个阶段？5、影响回采工作面矿山压力显现的主要因素有哪些？6、简述回采工作面支架与围岩关系的特点。7、简述采区巷道支护的主要形式。8、什么叫煤矿动压现象？四、计算题（每题5分，共10分）1、某回采工作面煤层采高m＝2.5m，直接顶为粘土页岩，其总厚度∑h＝8m，直接顶的破碎膨胀系数Kp＝1.4，试问煤层开采后，破碎的直接顶岩石能否充满采空区？2、某矿取页岩岩样3块，作成直径cm5，长cm10的标准试件3块，分别做00065,55,45的抗剪强度试验，施加的最大载荷相应为kNkNkN65.9126.17、、，求页岩的内聚力C和内摩擦角。五、论述题：（4题任选3题，每题10分，共30分）1、画出岩体的应力应变全程曲线，并简述该过程。2、莫尔强度理论和格里菲斯强度理论提出的基本思想是什么？它们本质上有什么区别？3、叙述采区巷道变形与破坏的影响因素。4、简述减压区的形成及其实际意义？一、名词解释：（20）矿山压力——由于在地下煤岩中进行采掘活动而在井巷、硐室及回采工作面周围煤、岩体中和其中的支护物上所引起的力，就叫做矿山压力。岩石的孔隙度——岩石中各种孔洞、裂隙体积的总和与岩石总体积之比。泊松比——岩石受单向压缩载荷时，试件在轴向缩短的同时产生横向膨胀，其横向应变与轴向应变的比值称为泊松比。流变——有些材料在开始出现塑性变形以后，常在应力不变或应力增加很小的情况下继续产生变形，这种变形叫做流变。蠕变——固体材料在不变载荷的长期作用下，其变形随时间的增长而缓慢增加的现象称为蠕变。原岩应力——天然存在于原岩而与任何认为原因无关的应力。支承压力——在岩体内开掘巷道后，巷道两侧增加的切向应力。回采工作面——在煤层或矿床的开采过程中，直接进行采煤或采有用矿物的工作空间。初次来压——由于老顶第一次失稳而产生的工作面顶板来压。砌体梁——工作面上下两区破断的岩块咬合形成的外表似梁，实质是拱的平衡结构。二、填空题：（10分）1、减压区，增压区，稳压区。2、冒落带和裂隙带。3、缓慢下沉法，采空区充填法。4、岩层本身的力学性质，直接顶岩层内由各种原因造成的层理和裂隙的发育程度。5、支柱对顶板的主动作用力。三、简答题：（30分）1、对原岩应力状态有哪几种假说？答：1、弹性假说，认为岩体处于弹性状态，其受力与变形的关系符合虎克定律，在垂直应力作用下将在岩体中引起水平应力的作用。2、静水应力状态假说，认为在地下深处的岩体由于长期的地质作用喝岩石的蠕变作用而使岩体中的测向应力和垂直应力趋于相等。2、岩石的孔隙性、孔隙度和孔隙比有什么不同？答：岩石的孔隙性是指岩石中孔隙和裂隙的发育程度，表征它的指标有两种：孔隙度和孔隙比。可见孔隙度和孔隙比是反映孔隙性的指标。孔隙度n是岩石中各种孔隙、裂隙体积的总和与岩石总体积之比；孔隙比e是岩石中各种孔隙、裂隙体积的总和与岩石内固体部分实体积之比。显然，孔隙度n和孔隙比e存在以下关系：nne1。3、煤层开采后，上覆岩层按破坏方式可以分为哪几个区？答：1、A区域，即煤壁支撑影响区，这个区域在煤壁前方30~40m的范围内。该区域内岩层有较明显的水平移动，而垂直移动甚小，有时岩层还可能出现上升现象。2、B区域，也称为离层区。这个区域是在回采工作面推过以后的采空区上方。这个区的岩层移动特点是：破断岩层的垂直位移急剧增大，其下部岩层的垂直移动速度大于上部岩层的垂直移动速度，因而下部岩层和上部岩层发生离层。3、C区域，称为重新压实区。这个区域内裂隙带的岩层重新受到已冒落矸石的支撑垂直移动减缓，其下部岩层的垂直移动速度小于上部岩层，因而使岩层时出现的层间空隙又重新闭合。4、采区平道矿压显现沿走向要经历那几个阶段？答：巷道掘进阶段，无采掘影响阶段，采动影响阶段，采动影响稳定阶段，二次采动影响阶段。5、影响回采工作面矿山压力显现的主要因素有哪些？答：采高与控顶距，工作面推进速度，开采深度，煤层倾角。6、简述回采工作面支架与围岩关系的特点。答：支架围岩是相互作用的一对力，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，支架结构及尺寸对顶板压力有一定影响。7、简述采区巷道支护的主要形式。答：1、基本支护，一般包括木支护和金属支护，2、加强支护，主要为了抵抗采动影响所造成的矿山压力，3、巷旁支护，在沿空巷道靠采空区一侧专门设置的人工建筑物，4、巷道围岩加固，包括锚杆加固和化学加固。8、什么叫煤矿动压现象？答：煤矿开采过程中，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。四、计算题（10）1、答：8*1.4=10.2m，8+2.5=10.5m不能充满采空区。2、答：（1）求每块试件破坏面上的剪应力和正应力：据sinA可得：kPakPakPa4460;5010;6340000655545据cosA可得：kPakPakPa2080;3510;6790000655545（2）求岩石的内聚力和内摩擦角根据tgC当kPakPa6790,6340004545时，得：tgC67906340当kPakPa3510,5010005555时，得：tgC35105010,405.0tg得：022kPaC3590五、分析题：（30分）1、画出岩体的应力应变全程曲线，并简述该过程。答：岩石的应力应变全程曲线，又称全应力—应变曲线，是在刚性实验机上得到的、反映岩石加载后变形和破坏全过程的实验曲线，如图1-1，它与在一般普通的材料实验机上得到的曲线不同，可以分为以下阶段：1、OA段，为岩石的压密阶段，由于岩石内部各种裂隙受压闭合而形成；2、AB段，接近于直线，为线弹性阶段，B点为弹性极限；3、BC段，为塑性阶段，在这个阶段岩石内部有微破裂发生，又称为破裂发展阶段，岩石到C点发生破坏，C点即为强度极限；4、CD段，岩石的破坏是一个渐进的发展过程，即岩石在C点达到强度极限以后仍有一定的承载能力，在低于强度极限的压力下应变继续扩大，直到压力降到某一较小值，岩石在D点达到完全破坏。这一段卸载曲线称为后破坏曲线或峰后特性曲线。2、莫尔强度理论和格里菲斯强度理论提出的基本思想是什么？它们本质上有什么区别？答：莫尔强度理论认为，材料破坏主要使由于破坏面上的剪应力达到一定限度，但此剪应力还与破坏面上由于正应力造成的摩擦阻力有关。也就是说，材料某一点发生破坏，不仅取决于该点的剪应力，同时取决于正应力，即沿某一面剪断时剪应力与正应力存在着一定的函数关系，)(f。格离菲斯强度理论认为，任何材料内部都存在各种细微的裂缝，当材料处于一定的应力状态时，在这些裂缝的端部便会产生应力集中。如果主应力为拉应力，则在裂缝端部产生几倍于主应力的拉应力；如果主应力为压应力，在裂缝端部也产生拉应力。当裂缝周围拉应力超过岩石的抗拉强度时，就会由于裂缝的扩展而造成岩石的破坏。莫尔强度理论的实质是剪切破坏理论，而格里菲斯强度理论的实质是脆性拉断破坏理论，这就是它们实质上的区别。3、叙述采区巷道变形与破坏的影响因素。答：（一）自然因素1、围岩性质及其构造特性，2、巷道埋藏深度，3、煤层倾角、4、地质构造因素、5、水的影响、6、时间因素的影响。（二）巷道断面形状和大小1、回采工作状况，如巷道是处于一侧还是二侧受采动影响，是受一次还是多次采动影响，2、巷道的保护方法，3、巷道断面的形状与大小，巷道掘进方法、掘进与回采工作面在时间、空间上的相互关系及巷道本身采用的支架类型、支护方式、支护参数等等。4、简述减压区的形成及其实际意义？答：当在岩体内开掘了巷道或者回采工作面后，巷道或回采工作面周围岩体中必然要产生应力重新分布，在巷道两侧形成2~3倍原始应力的集中应力，再工作面前方煤壁上形成4~5倍以上原始英里的集中应力。在这样大的垂直应力作用下巷道周围岩体或工作面前煤壁必然产生破坏。从而使围岩的支撑粒降低，集中的支承压力就要向岩体内部转移。由于深部岩体处于三向应力状态，其强度逐渐增加，直到某一半径处岩体的强度等于或大于集中应力时为止。这样就在巷道或采场周围的岩体中形成了减压区。由于巷道或采场周围岩体中存在减压区，使巷道或采场内支架免受高应力的作用，因此，采用支撑能力较小的支架就可能较好的维护这些开采空间，从而降低支架的支护费用。一、名词解释：（每题2分，共20分）矿山压力泊松比流变原岩应力直接顶周期来压砌体梁原生裂隙载荷集度碎胀性二、填空题：（每空1分，共10分）1、根据破断的程度，回采工作面上覆岩层可分为和。2、直接顶的完整程度取决于，。3、节理裂隙分为，，。4、蠕变变形曲线可分为和两类。5、工作面顶板下沉量与采高及控顶距的大小成关系。三、简答题：（8题任选6题，每题5分，共30分）1、影响岩石强度的因素有哪些？2、什么是原岩应力状态？3、简述煤层开采后，上覆岩层的破坏方式。4、直接顶的稳定性对工作面的支护原理有何影响？5、采区平道矿压显现沿走向要经历那几个阶段？6、简述回采工作面支架与围岩关系的特点。7、简述采区巷道支护的主要形式。8、巷道卸压方法目前应用的有哪几种？四、计算题：（每题5分，共10分）1、某回采工作面顶板的最大控顶距为m5，根据实测得到在最大控顶距处的顶板下沉量为mm340，若将最大控顶距缩小到m3，在最大控顶距处的顶板下沉量是多少？2、有一缓斜煤层，其顶板由四岩层组成，各岩层的数据如下表，如采用刀柱法处理采空区，刀柱间的距离应该是多少？岩层数据表岩层容重)/(3mkN层厚)(mh弹性模量)/(2mkNE抗拉强度)/(2mkNRr122.64.06105.2431072.13224.52.76108.10325.52.06107.14424.53.56106.22五、论述题：（4题任选3题，每题10分，共30分）1、什么是围岩的极限平衡？极限平衡区范围的大小与哪些因素有关？2、叙述采区巷道变形与破坏的影响因素。3、岩石结构与岩石构造得异同是什么？4、试说明矿山压力和矿山压力显现的关系。一、名词解释：（20分）矿山压力——由于在地下煤岩中进行采掘活动而在井巷、硐室及回采工作面周围煤、岩体中和其中的支护物上所引起的力，就叫做矿山压力。泊松比——岩石受单向压缩载荷时，试件在轴向缩短的同时产生横向膨胀，其横向应变与轴向应变的比值称为泊松比。流变——有些材料在开始出现塑性变形以后，常在应力不变或应力增加很小的情况下继续产生变形，这种变形叫做流变。原岩应力——天然存在于原岩而与任何认为原因无关的应力。直接顶——直接位于煤层上方的一层或几层性质相近的岩层。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。砌体梁——工作面上下两区破断的岩块咬合形成的外表似梁，实质是拱的平衡结构。原生裂隙——岩层在形成过程中由于温度、矿物结晶及沉积的作用二形成的弱面。载荷集度——在回采工作面顶板悬顶距范围内，单位面积顶板对支架的载荷称为顶板的载荷集度。碎胀性——岩石在破碎以后的体积比整体状态下增大的性质，称为岩石的碎胀性。二、填空题：（10分）1、冒落带，裂隙带。2、岩层本身的力学性质，直接顶岩层内由各种原因造成的层理和裂隙的发育程度。3、原生裂隙，构造裂隙，压裂裂隙。4、稳定蠕变，不稳定蠕变。5、正比。三