河南理工大学矿山压力与岩层控制历年重点总结

矿山压力与岩层控制重点总结一、1、矿山压力与岩层控制的研究方法有：理论研究，实验室实验，现场测试等不同形式的研究。2、矿山压力与岩层控制的解析方法主要通过力学模型，利用平衡条件、本构方程、变形条件，破坏判据和边界条件求解其应力，变形和破坏条件。3、矿山压力检测中采场主要检测顶底板移近量、支架阻力、活柱下缩量和顶板破碎度。4、矿山压力检测中，巷道主要检测顶底板移近量、支架变形、围岩应力分布和岩层内部移动规律。5、岩石密度分为：天然密度、饱和密度、干密度。6、岩石变形指标一般有：泊松比、弹性模量、体积变形量。7、原岩应力场主要由：重力应力场和构造应力场组成。8、两个大小不同的圆孔叠加时，大孔对小孔的应力影响较大，而小孔对大孔的影响较小。9、支撑压力指采场周围或巷道两侧的全部切向应力（或者竖直应力）10、早期采场上覆盖岩层活动规律的假说有：压力拱假说，悬臂梁假说，铰接岩块假说，预成裂隙假说。11、砌体梁结构模型中：A块为煤壁支撑区，B块为离层区，C块为重新压实区；Ⅰ为垮落带，Ⅱ为裂缝带，Ⅲ为弯曲下沉带。12、按直接顶稳定性分类：直接顶可分为：破碎顶板，中等稳定顶板，完整顶板。13、目前所使用的支柱的工作特性有以下几种：急增阻式，微増阻式，恒阻式。14、液压支柱单独与顶梁配合支护顶板称为单体液压支架，与顶梁，底座，移架千斤顶组合液压自移支架。15、岩层与地表移动会导致其产生竖直方向和水平方向的位移，前者称为下沉，后者称为水平位移。16、根据采空区上覆岩层的破坏程度，可分为三带：垮落带，裂缝带，弯曲下沉带。垮落带和裂缝带合两带，又称为导水裂缝带。17、两带（冒落带与裂隙带）与煤层采高有关，对于软弱岩层，两带高度为采高的9至12倍，中硬岩层为采高的12至18倍，坚硬岩层为采高的18至28倍。18、圆形巷道按切向应力分，可分为A破裂区，B塑性区，C弹性区，D原始应力区19、煤层开采后，在采空区四周形成支撑压力带，在工作面前方煤体内形成超前支撑力，它随着工作面掘进而向前移动，又称为移动性支撑压力或者临时支撑压力，工作面倾斜和仰斜方向及开切眼一侧煤体上形成的支撑压力称为固定支撑压力或者残余支撑压力，采空区后方的支撑压力称为采空区支撑压力。20、巷道围岩变形量包括：巷道顶板下沉量，底板鼓起量，行帮接近量，深部围岩移近量以及巷道剩余断面积。21、巷道围岩变形规律，围岩变形量要经历5个阶段，巷道掘进影响阶段，掘进影响稳定阶段，采动影响阶段，采动影响稳定阶段，二次采动影响阶段。二、基本概念。1、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叫做矿山压力2、矿山压力显现由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，统称为矿山压力现象3、矿山压力控制所有减轻，调节，改变和利用矿山压力的各种方法，均叫做矿山压力控制。4、岩石的孔隙度和孔隙比岩石的孔隙度是指岩石中各种孔洞和裂隙体积总和与岩石总体积之比。岩石的孔隙比是指岩石中各种空洞和裂隙体积总和与岩石固体部分实体积之比。5、岩石的碎胀系数岩石的碎胀系数即岩石破碎后处于松散状态下的体积与岩石破碎前处于整体状态下的体积之比。6岩石的弹性变形与塑性变形岩石的弹性变形指卸载后岩石变形能完全恢复到原始状态的性质。岩石的塑性变形指岩石在外力作用下当超过其屈服极限力时仍能发生变形，撤去外力后不能完全恢复其原始状态的性质。7、弹性模量、泊松比泊松比指岩石在单轴压缩条件下横向应变和轴向应变的比值。弹性模量:E=σ/ϵ（岩石受单向受压）E—岩石的弹性模量σ—轴向应力应变曲线上任一点的轴向应力ϵ—对应于σ的轴向应变8、岩石的瞬时强度岩石的瞬时强度：加载速率快：弹性模量提高，峰值强度增加，韧性降低；此时因快速加载而达到破裂时的应力称为瞬时强度。9、蠕变，松弛蠕变：应力不变条件下，应变随时间延长而增加的现象。松弛：应变一定时，应力随时间延长而减小。10、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11、老顶通常把位于直接顶之上(有时直接顶位于煤层之上)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。12、顶板下沉量煤壁到采空区边缘范围内顶、底板间相对位移。13、老顶初次来压老顶平衡结构第一次失稳而施加给工作面以大型压力的过程。14、顶板周期来压老顶平衡结构周期性失稳而施加给工作面以大型压力的过程。15、始动阻力顶板压力下，支柱开始下缩时的阻力。16、最大工作阻力支柱所能承受的最大载荷。17、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、1、写出岩石的抗剪强度和压应力的关系，并绘图简述获得c值楔形剪切方法关系式：tanCtan——岩石抗剪内摩擦系数C——岩石黏聚力参考课本P15图1-8和图左侧文字内容2.1、简述构造应力的特点1）分布不均，在构造区域附近最大；2）水平应力为主，浅部尤为明显；3）具有明显的方向性；4）坚硬岩层中明显，软岩中不明显；5）maxminHHz2.2、原岩应力的分布规律（1）实测铅直应力基本等于上覆岩层重量；（2）水平应力普遍大于铅直应力；（3）平均水平应力与铅直应力比值随深度增加而减小；（4）最大主应力与最小主应力一般相差较大。3、什么是直接顶的初次垮落直接顶的第一次大面积垮落称为直接顶的初次垮落4、直接顶垮落的标示是什么?直接顶垮落高度超过1~1.5m，范围超过全工作面长度的一半。此时直接定跨距称为初次垮落距。5、影响采场矿山压力显现的主要因素有哪些？（1）采高与控顶距（2）工作面推进速度的影响（3）开采深度的影响（4）煤层倾角的影响（5）分层开采时矿压的显现（6）放顶煤开采矿压显现6、按对顶板面积与掩护面积的比值进行分类，液压支架有哪些类型？（1）支撑式（2）支撑掩护式（3）掩护支撑式（4）掩护式7、支架与围岩相互作用的特点是（1）支架与围岩间的作用是作用力与反作用力关系；（支撑力宜均匀分布，且与顶板压力共线）（2）支架受力的大小与支架本身特性有关；（在同一工作面，不允许同时使用特性不同的支架）（3）支架支撑力在工作面的分布状态与支架性能有关；8、关键层的特征有哪些?（1）几何特征：相对较厚；（2）岩性特征：较坚硬，弹性模量较大，强度较高；（3）变形特征：关键层下沉变形时，上覆全部或局部岩层下沉量同步协调；（4）破断特征：破断导致全部或局部上覆岩层的同步破断，引起大范围的岩层移动；（5）承载特征：“梁”的结构形式为全部岩层或局部岩层的承载主体，形成砌体梁结构9、采空区覆盖弯曲下沉带，裂缝带，冒落带的特征分别是什么？一、冒落带(垮落带)多数情况下，冒落带是由直接顶垮落后形成的。冒落带内的岩层破坏特征（1）从煤层往上岩层破碎程度逐步减小；（2）冒落岩块间空隙较大，连通性好，有利于水、沙和泥土通过；（3）冒落岩石具有的碎胀性能使冒落自行停止。碎胀系数恒大于1；（4）冒落带高度取决于采出厚度和上覆岩层的碎胀系数。二、裂隙带采空区上覆岩层中产生裂隙、离层及断裂，但是仍然保持层状结构的岩层。裂隙带内的岩层破坏特征（1）产生垂直层理面和顺层理面的裂缝；（2）根据连通性好坏，一般导水，但不利于沙和泥土通过；（3）冒落带和裂隙带合称两带，又称冒落断裂带，导水断裂带；（4）裂隙带高度与岩性/采高有关。（5）裂隙带高度随工作面推进距离的增加，到一定范围，高度达到最大。三、弯曲带裂隙带顶界之上直至地表的整个岩系地层。弯曲带内的岩层破坏特征（1）垂直方向由于自重作用产生法向弯曲，水平方向双向受压；（2）不存在或极少离层裂缝，其中的隔水层是良好的保护层；（3）弯曲带的高度主要受开采深度的影响。采深较小，导水断裂带直达地表，采深较大时，开采形成的裂隙带不会达到地表。10、回采工作面周围的支撑压力分布分别有哪些？（1）工作面前方超前支撑压力（2）工作面倾斜、仰斜方向残余支撑压力（3）工作面后方采空区支撑压力11、巷道围岩变形经历哪五个阶段？Ⅰ：巷道掘进段——弹塑性、量小、趋于稳定、时间短；Ⅱ：无采掘影响段——主要为流变，受岩性影响较大；Ⅲ：采动影响段——前30～50m，后40～60m（峰值5～20m），量大；Ⅳ：采动影响稳定段——位移、变形均较小，工作面后方100米以远；Ⅴ：二次采动影响段——影响剧烈程度及影响范围均较第一次为大。四、1、绘图陈述岩石单轴受压条件下的全应力应变曲线过程及意义。O―A段，原始孔隙压密阶段A—B段，线弹性阶段B—C段，弹塑性过渡阶段C—D段，塑性阶段D点以后为破坏阶段2、绘图说明典型的岩石蠕变曲线O―a段：瞬时变形阶段a―b段：第一阶段蠕变（初速蠕变）b―c段：第二阶段蠕变（等速蠕变）c―d段：第三阶段蠕变（加速蠕变）4、写出仅自重作用时，双向等压弹性应力场中圆形孔的切向应力和径向应力计算式，依据计算式绘图说明，孔周边的应力分布规律。计算式：2021rRHr2021RHr式中0R——孔的半径r——切向应力——径向应力图：孔周边的应力分布规律：1）圆孔周边应力0r2H2）任一点的应力2rH3）r分布与方向角无关，圆孔任一方向应力分布相同；4）围岩内应力大小与弹性常数无关，与距孔边距离有关；5）双向等压时，园孔周边全处于压缩应力状态；6）在圆孔内3倍直径以远，应力接近原始应力（影响半径）。7）双向等压圆孔应力集中系数最大为2。5、绘图说明采场或巷道两侧的支撑压力分布6、什么是岩层移动角，移动角一般有哪三个？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称为岩层移动角。分为：走向移动角，下山移动角，上山移动角。7、原岩应力分布的基本规律有哪些？（1）实测铅直应力基本等于上覆岩层重量；（2）水平应力普遍大于铅直应力；（3）平均水平应力与铅直应力比值随深度增加而减小；（4）最大主应力与最小主应力一般相差较大。8、某一矿井一采区埋深H为1000m，上覆岩层平均密度为332.4310/kgm，重力加速度9.8/Nkg，平均泊松比为0.23，按静水压力理论计算该处的自重应力z，x，y？（z为垂直应力，x=y水平应力）解：32.43109.8100023.814zHgHMpa0.2323.8147.113110.23xyzMpa