矿山压力与控制复习题

矿山压力与测控复习题一填空1．按照岩石的力学强度和坚实性，常把矿山岩石分为_坚硬岩石_和__松软岩石____。2．根据成因不同，岩石的种类可以分为_岩浆岩__、__沉积岩_、_变质岩__。3．原岩应力场的形成主要是由_自重应力__和__构造应力__等因素引起的。4．岩石发生破坏的基本形式有两种，分为___拉断破坏___和__剪切破坏______。5．通常把采场顶板分为三类___伪顶____、__直接顶____和__基本顶_____。6．对老顶来压预报一开始是根据观测老顶的三量来预报老顶来压的，所指的三量为工作面顶板_下沉量___、__顶板下沉速度___和__活柱下缩量___。7．常见的顶板事故可以分为___局部冒顶______和___大面积冒顶_____两类。8．通常情况下，老顶周期来压步距为初次来压步距的_1/2—4/1___。9．冲击地压成因机理的理论判据：能量理论、刚度理论__和冲击倾向性理论_三种。10．常用的液压支架形式有：支撑式、掩护式和支撑掩护式三种。11．根据采煤工作面上覆岩层移动发展的程度，可以将上覆岩层划分为三个带，分别是__冒落带__、___裂隙带___和___弯曲下沉带__。12．工作面支柱插入底板的破坏形式有三种：___整体剪切______、_局部剪切_____、_其他剪切___。13．根据岩石试样含水状态不同，可分为：__天然密度______、__饱和密度____、__干密度__。14．二、名词解释1、岩体：自然界中由各种岩性和各种结构特征的岩石所组成的集合体2、原岩应力场：天然存在于原岩内而与任何人为原因无关的应力场3、初次来压：由于老顶第一次失稳而产生的工作面顶板来压4、矿山压力显现：由于矿山压力作用，使围岩、煤体和各种人工支撑物产生的种种力学现象。如顶板下沉、底板臌起、巷道断面缩小、岩体破坏甚至大面积冒落、支架变形或损坏、以及岩层移动和地表塌陷等5、控顶距：指工作面支架支护的空间宽度。或回采工作面支架顶梁末端至煤壁的距离。6.回采工作面：指在煤层或矿床的开采过程中，直接进行采煤或有用矿物的工作空间。7.初次来压步距：回采工作面从开切眼到初次来压时工作面推进的距离8.支架工作阻力：由于顶板下沉，支架支柱被动支撑顶板的力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，常以每米采高每米推进度多少毫米表示10.矿山压力：由于在地下煤岩体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引起的力。11.矿山压力控制：人为地调节、改变和利用矿山压力作用的各种措施12.端面距：回采工作面支架顶梁前端至煤壁的距离13.围岩极限平衡区：岩块的应力圆与其强度包络线相切的状态称为极限平衡状态，围岩处于极限平衡状态的区域称为围岩极限平衡区。14.支承压力：指在岩体中开掘巷道，在煤层内进行采煤时，巷道两侧或回采工作面周围煤壁上形成的高于原岩应力的垂直集中应力。15、岩石：由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律聚集而形成的自然物体16、孔隙度：指岩石中裂隙和空隙的发育程度，其衡量指标为孔隙率或孔隙比。17、流变：与时间因素有关的应力应变现象18、蠕变：应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。19、自重应力：由地心引力引起的应力20、构造应力：由于地质构造运动而引起的应力21、直接顶：位于煤层或伪顶之上有一定的稳定性，移架或回柱后能自行垮落的岩层，岩性多为砂页岩、页岩22、基本顶：又称老顶。位于直接顶或煤层之上，通常厚度及岩石强度较大、难以垮落的岩层1、简要叙述岩石单轴受压条件下的全过程应力-应变曲线的5个阶段。OA—原始空隙压密阶段AB—线弹性变形阶段B点为弹性极限BC—0.6max开始破裂CD—0.95max破裂加剧，伴随声发射急增D点为强度极限DE—软化，残余变形E点为完全破坏点2、简述莫尔强度理论。莫尔强度理论认为，材料的破坏主要是与该点处的剪应力τ及正应力σ有关，在极限状态其关系为：此曲线由试验而得，曲线上的每一点表示该处的τ与σ值是处于破坏的极限状态，因而此曲线称为岩石的强度曲线，也称莫尔包络线。经过实验，此曲线有人认为是抛物线、也有人认为可按双曲线或摆线考虑。库伦则认为采用斜直线型包络线足以供实践中应用，称为“库伦—莫尔”强度条件。3、影响岩体强度的因素主要有哪些？结构面产状：①单向压缩下结构面产状②三轴压缩下结构面产状；结构面密度；试件尺寸；环境围压；孔隙水压4、简述原岩应力的分布基本规律。①实测铅直应力等于上覆岩层重量。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的比值随深度增加而减少。④最大水平主应力和最小水平主应力一般相差较大5、怎样理解直接顶和基本顶的组成、破坏特征和控制要求？答：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，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。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。显然，如果基本顶岩梁运动没有动压冲击，岩梁运动结束后的自由位态所形成的采场顶板下沉量满足生产要求，此时支架可不承担基本顶岩梁的岩重。换句话说，对这部分岩梁，支架承担的压力大小取决于所控制的岩梁位态。6、如何判断顶板的离层？答：离层发生的位置和条件如下：①离层将发生在岩层的接触面或软弱夹层上。②接触面的破坏力学条件为相应接触面上的剪应力超限。即悬露岩层的跨度达到极限跨度时，离层才会发生，因此，控制岩梁的悬跨度是控制离层发生的重要方法。③离层出现的位置取决于组合岩梁中各岩层的弯曲刚度和各夹层的强度。当下部岩层弯曲刚度小，夹层（或接触面）强度低时，离层在下部发生；反之，离层可能先在上部夹层出现。对于相邻的两岩层，是否同时运动组成一个传递岩梁，还是分开运动形成两个传递岩梁，可以用两岩层沉降中最大曲率（ρmax）和最大挠度(ωmax)进行判断。7、直接顶厚度的确定方法有哪几种？答：直接顶厚度的确定方法有理论推断与现场实测方法。1）理论推断方法对开采单一煤层或厚煤层顶分层有关推断冒高的方法和表达公式基本上有两大类：（1）不考虑岩梁本身沉降的推断方法1KhmZ（2）考虑岩梁本身沉降的推断方法1AAZKShm2）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可以反推直接顶垮落厚度。zzzfPm'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。8.简述采空区处理的常用方法。采空区处理方法:(a)刀柱(留煤柱)法;(b)顶板缓慢下沉法;(c)充填法;(d)全部垮落法9.试述“悬臂梁”假说。此假说认为，工作面和采空区顶板可视为一端固定于煤壁前方岩体内，另一端处于悬伸状态的梁，悬臂梁弯曲下沉后，受到已垮落岩石的支撑，当悬伸长度很大时，发生有规律的周期性折断，从而引起周期来压。优点：可以解释工作面近煤壁处顶板下沉量小，支架载荷小的原因；也可以解释工作面前方出现的支撑压力及工作面出现的周期来压。缺点：假设条件过于简单，一般煤层很少是弹性连续介质，因而该假说不能从数量上解释矿山压力问题。特别是对松软破碎顶板不适用。10、试述“压力拱”假说。压力拱假说的实质：（1）回采面自开切眼开始就已经形成了压力拱。（2）随着回采面推进，由于采空区扩大，压力拱的范围也随之增大，直至采空区顶板冒落后，形成了新的压力拱。（3）压力拱的一个支点是工作面前方煤壁（前拱脚），另一个支点是采空区的冒落的矸石或充填体（后拱脚），随着工作面向前推进，前后拱脚随之向前移动。（4）前后两拱脚为高应力区，而前后拱脚之间为减压区。因此，工作面内的支架只承受拱内岩石重量的作用。为了减少支架所受的压力，应尽量减少拱的范围。优点：比较简明地解释了围岩的卸载原因和减压区的存在，给出了围岩的最终平衡状态。缺点：不能全面地解释矿山压力的各种现象，特别是对岩层移动的力学特性未作任何解释。11、简述厚层坚硬顶板大面积来压的预防方法。（1）顶板高压注水：从工作面两巷向顶板打深孔，进行高压注水。顶板注水可以起到软化顶板、增加或扩展裂隙，以及润滑弱面等作用。（2）强制放顶：用爆破的方法人为地将顶板切断，并使顶板冒落形成断层。切断顶板可以控制冒落面积，减弱顶板压力和冒落时产生的冲击载荷；形成垫层可以缓和冒落时产生的风暴。有以下几种方法：“循环式”浅孔放顶；“步距式”深孔放顶；台阶式放顶；超前深孔松动爆破；地面深孔放顶。（3）预防暴风措施在有大面积来压危险的矿井或区域，可采取预防措施，以免对生产和安全造成危害。进行预防，一般是采用堵和泄的办法。堵，即用留置隔离煤柱和设置防暴风密闭，把已采区与生产区隔离起来。泄，即通过专门泄风道，使被隔离区域与地面相通，以便将形成的暴风引出地表。12、试分析影响采场矿山压力显现的主要因素。（1）顶板岩层组成直接顶的影响：直接顶的完整程度将直接影响工作面的安全及工作面的生产效率，而且也将影响到支护方式的选择。基本顶的影响：基本顶的运动及来压强度不仅对直接顶的稳定性有直接影响，而且对确定支护强度、支架的可缩量以及选择采空区处理方法等都起着决定性作用。（2）采煤工作面推进速度主要表现为工作面推进速度对顶板下沉量、煤壁片帮、煤壁前方支撑压力的影响。（3）开采深度开采深度对巷道矿山压力显现的影响可能比较明显。开采深度对工作面矿山压力显现的影响并不明显。（4）采高与控顶距采高与控顶距越大，工作面中矿压显现越严重；反之，亦反。（5）煤层倾角煤层倾角对采煤工作面的矿压显现有较大的影响。煤层倾角越大，顶板下沉量就越小，且上部的矿山压力显现要比下部剧烈。13、基本顶初次来压的特点。（1）回采工作面顶板急剧下沉，支架载荷增大。（2）工作面内直接顶比较破碎，甚至出现台阶状下沉现象。（3）煤壁中支撑压力增大，表现为煤壁片帮严重。这是基本顶初次来压的预兆之一。（4）基本顶初次来压比较突然，易造成顶板垮落事故。（5）工作面顶板出现裂缝，并有顶板掉碴现象，有时顶板有断裂声。14、分层开采矿压显现。（1）老顶来压步距小、强度低；（2）支架载荷变小，一、二分层表现为动、静载荷；（3）顶板下沉量变大；（4）煤壁片帮减弱，支承压力减小15、放顶煤开采矿压显现。（1）支承压力分布：综放开采的支承压力分布范围大，峰值点前移。支承压力集中系数没有显著变化。（2）工作面支承载荷不大。放顶煤工作面仍有周期来压现象，但不明显，初次来压强度也不大。（3）放顶煤工作面的煤壁及端面顶板的维护显得特别重要。（4）放顶煤工作面，端头压力和工作面两端平巷压力并不大，故回采巷道的矿压显现较分层多次开采缓和。（5）支架前柱的工作阻力大于后柱阻力。同时,支架承受冒落煤矸冲击造成的动载荷影响明显。（6）下分层综放时的矿压显现规律：矿山压力显现程度有所减弱。16、简述回采工作面支架-围岩相互作用原理。（1）支架－围岩相互作用的特点：①支架－围岩是相互作用的一对力。②支架受力大小及其在回采工作面分布的规律与支架性能有关。还与支架与围岩支撑系统的总体特性有关。③支架结构及尺寸不同对顶板压力影响和维护效果不同。（2）④从P－△L曲线可以得出一下结论：①不同的顶板条件，P－△L曲线的斜率不同，但都呈双曲线关系。②在一定工作阻力以上，支架工作阻力增加对顶板下沉量影响较小，但低于此值则提高支架工作阻力将减少顶板下沉量。③支架的工作阻力并不能改变上覆岩层“大结构”的总体活动规律。④回采工作面支架应具备以下两个基本特性：一是必须具备一定的可缩量；二是必须具备有良好的支撑性能，即一定的工作阻力。因而在支架选型与支护设计中，最主要是确定支架的最大可缩量与最大工作阻力。17、顶板分类方案及其指标。答：直接顶分类、老顶分级P991