矿山压力与岩层控制精品课程习题

-1-山东科技大学精品课程《矿山压力与岩层控制》复习题绪论1、矿山压力及其控制方面历史上主要存在几种假说？2、以上覆岩层运动为中心的矿压理论主要要点是什么？第一章矿山压力及矿山压力显现1、什么是矿山压力？什么是矿山压力显现？二者的关系如何？2、矿山压力的来源有哪几个方面？各自有什么特点？3、关于临界采深与支护反力的有关计算公式。4、γ=25KN/m3，煤层厚度m=2.5m，内摩擦角ψ=25°，C=2×105N/m2，煤层与顶底板的摩擦系数为f=0.2，支架对煤壁无支护反力，假设煤层的压缩角为α=9°，试分别用两种公式计算塑性区范围，并求高峰压力值。第二章采场上覆岩层运动和发展的基本规律1、弯（拉）破坏与剪切破坏的矿压显现各有什么特点？2、弯、剪破坏的控制要求各为什么？3、弯、剪破坏运动形式如何进行判断？（公式、判别条件）4、传递岩梁的概念。5、岩层在纵向方向上的发展规律是什么？6、岩层在推进方向上的运动发展分哪几个阶段？各个阶段的矿压显现特点是什么？7、开采厚煤层下部分层岩层运动特点有哪些？第三章采场上覆岩层的运动范围1、明显影响采场矿压显现的岩层范围分为哪两部分？各部分分别有哪些岩层组成？2、采场划分成哪几种类型？各自的岩层组成有什么特点？3、理论上如何确定直接顶的厚度？现场实际确定有哪几种方法？4、确定老顶范围的工作内容有哪些？各如何确定？-2-第四章采场矿山压力显现与上覆岩层运动之间的关系1、工作面支架对老顶有哪几种工作方案？各种工作方案有什么特点？2、位态方程式有哪几种表达方式（写出公式）？各种表达式的位态常数如何计算？3、在现场如何建立位态方程？4、支承压力的概念？单一重力场的支承压力表达式？5、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？6、工作面两侧支承压力发展规律与推进方向有哪些区别？7、内应力场存在的条件是什么？外应力场稳定的条件是什么？第五章回采工作面顶板控制设计1、回采工作面顶板的分类方案？2、支架类型？3、支架实际支撑能力？4、顶板事故的类型？第六章采场周围巷道矿压控制1、试比较煤层处于弹性状态下，沿空留巷与各位置掘巷的优缺点？2、试比较煤层进入塑性状态下，沿空留巷与各位置掘巷的优缺点？掘巷位置有几个？3、沿空留巷巷道从掘进到报废要经过几个变形阶段？沿空掘巷与沿空留巷的变形阶段有什么区别？4、沿空留巷、沿空送巷的巷道变形量分别有哪几部分组成？（主要是公式中各个参数的意义）5、如何对沿空留巷巷道的变形量进行预计？公式中u2、u3如何根据岩梁运动参数进行计算？初始断面如何确定？第七章冲击地压-3-1、冲击地压的概念？冲击地压的类型？冲击地压破坏的两种情况？2、冲击地压发生机理的三种假说内容？3、冲击地压的预测方法有哪些？4、冲击地压的防治方法有哪些？5、冲击地压具有哪些现象？第八章放顶煤采场矿压控制1、放顶煤采煤法有哪几种？2、影响顶煤冒放性的因素有哪些？并作简单分析。3、分析放顶煤采场的几种顶板结构形式4、放顶煤采场的支架围岩关系第九章矿柱支护采矿法的岩体控制1、什么是矿柱支护采矿法？什么是崩落采矿法？2、如何分析确定矿柱的强度？3、矿房—矿柱布置设计中的主要参数有哪些？4、单层崩落采矿法的矿压显现特点？-4-习题解答绪论1、矿山压力及其控制方面历史上主要存在几种假说？主要的有代表性的假说具体如下：（一）掩护“拱”假说这类假说又分为自然平衡供假说和压力平衡拱假说两种。（二）掩护“梁”假说这类假说分为“悬臂梁”假说、“预生裂隙梁”假说和铰接岩块假说三种。（三）在前苏联H.H.库茨涅佐夫“铰接岩块”基础上，提出了“砌体梁”学说。(钱鸣高院士20世纪70年代）。（四）“传递岩梁”理论。（宋振骐院士20世纪70年代末80年代初）。（五）薄板理论。朱德仁等80年代中至90年代初）2、以上覆岩层运动为中心的矿压理论主要要点是什么？要点如下：1）强调“矿山压力”及“矿山压力显现”两个概念间的差别和练习。2）和其它工程不同，煤矿采场始终处在不断推进和发展的过程之中，因此，无论是矿山压力还是矿山压力显现都不是静止的。3）影响采场矿山压力显现的岩层范围是有限的、可知的和可以变化的。4）关于直接顶和老顶的定义和界限不能简单的只考虑岩层的冒落性能，必须从岩层运动可能的发展程度，从其运动时对压力显现的作用和影响，特别是控制要求上的差别，从定性和定量两个方面给予更确切的定义。5）关于老顶岩梁的结构“属性”问题。老顶岩梁采用“传递岩梁”的概念。6）研究老顶来压时刻的“支架-围岩”关系，包括对直接顶的控制方式和对老顶的控制方式。直接顶采用“给定载荷”控制方式，老顶可采用“给定变形”和“限定变形”控制方式。第一章矿山压力及矿山压力显现1、什么是矿山压力？什么是矿山压力显现？二者的关系如何？矿山压力：采动后，作用于岩层边界上或存在于岩层中促使围岩向已采空间运动的力-5-（促使围岩运动的力）。既是指分布与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。矿山压力显现：采动后，在矿山压力的作用下通过围岩运动与支架受力所表现出的矿山压力现象。二者的关系：1）矿山压力的存在是绝对的，而显现是相对的。2）压力显现强烈的部位不一定是压力高峰的位置，但对某一点是相关的。2、矿山压力的来源有哪几个方面？各自有什么特点？采动前原岩中已存应力是矿山压力产生的根源。原岩中各点主应力的大小、方向、垂直应力与水平应力之间的比值等决定了采动后围岩应力重新分布的规律。采动前原岩中各点的应力，其主要来源有：(1)覆盖岩层的重力；(2)构造运动的作用力；(3)岩体膨胀的作用力，包括岩体因温度升高或遇水膨胀而产生的力等。其中，覆盖岩层重量决定的重力场的特点：（1）垂直应力和水平应力都是压应力，且水平应力是由垂直应力所引起的。（2）垂直压应力随着深度的增加呈正比例增加。（3）在采动前，岩层中任何点的垂直平面和水平面上都不存在剪应力分量。（4）重力场基本上是一个比较均一的稳定应力场。构造应力场的特点：（1）应力分布很不均匀的而且在一定程度受到时间影响的应力场；（2）存在很大水平挤压应力。（3）最大主应力方向受构造作用控制。（4）岩石强度越高，完整性越好，应力的量级也越大。（5）埋藏深度越大的岩层，构造应力的量级也越大。（6）岩层中有较多的断裂破坏是经历过构造运动的标记，也是确定构造应力场以及最大主应力可能方向判据。岩体膨胀的作用力的特点：（1）由温度升高引起的岩石膨胀而产生的应力主要与开采深度有关。（2）泥质岩石雨水膨胀可以产生很高的膨胀应力，是巷道矿山压力的一个重要来源。3、关于临界采深与支护反力的有关计算公式。两帮岩体处于稳定状态时的采深（不支护）KCH)sin1(cos2-6-通过假设支架，增加σ3，则需要的支护反力为：sin1cos2)sin1(13sin1cos2)sin1(HKRT或：4、γ=25KN/m3，煤层厚度m=2.5m，内摩擦角ψ=25°，C=2×105N/m2，煤层与顶底板的摩擦系数为f=0.2，支架对煤壁无支护反力，假设煤层的压缩角为α=9°，试分别用两种公式计算塑性区范围，并求高峰压力值。1）陆士良)(ln20ctgCPctgCHkfmxi塑性区内值承压力：ctgCectgCPxmfyi2)(Pi—支架对煤壁阻力K—集中系数2）教材公式0002)21)((yctgxxhxfcfcy第二章采场上覆岩层运动和发展的基本规律1、弯（拉）破坏与剪切破坏的矿压显现各有什么特点？弯（拉）破坏的显现特点为：运动由于是逐渐发展，冲击不大，相对（剪切运动）其矿压显现比较缓和。剪切破坏的显现特点：对采场产生明显的动压冲击，支架阻力不够易产生沿煤壁切下的重大冒顶事故，即使不垮也会出现台阶下沉。2、弯、剪破坏的控制要求各为什么？弯（拉）破坏的控制要求：为保证岩层运动时的采场安全，支架必须承担控顶区上方冒落岩层的全部岩重，并且把“假塑性岩梁”的运动控制在要求的位置上。当然，当不需要对“假塑性岩梁”沉降进行控制时，支撑这部分岩层的支架阻力可以为零，最大不必要超过岩梁跨度四分之一的岩重。剪切破坏的控制要求：采场支架必须有高初撑力，其阻力能抗衡顶板沿煤壁切下，把-7-切断线推至控顶距之外。支架缩量按照出现台阶下沉而不能压死支架考虑。3、弯、剪破坏运动形式如何进行判断？（公式、判别条件）判别条件：L0＜LG时，岩层在悬跨度的中部被拉坏，形成弯曲破坏形式；L0≥LG时，岩层在端部被剪坏，形成切断破坏形式。其中，)(][220itmmmL)(3][4icmmmLG4、传递岩梁的概念。传递岩梁：把每一组同时运动（或近乎同时运动）的岩层看成一个运动整体，称为传递力的岩梁，简称“传递岩梁”。5、岩层在纵向方向上的发展规律是什么？1）随采场推进，岩层悬露达一定跨度弯曲沉降到一定值后，强度低的软弱夹层或接触面在轴向剪应力作用下破坏，发生离层，并为下部岩层的自由沉降和运动向上部岩层发展创造了条件。2）岩层的纵向运动总趋势大体上是由下而上发展的。3）离层后上下岩层的运动组合情况由岩层的强度差别决定，上部岩层强度较下部岩层越高，下部岩层越先于上部岩层运动，上部岩层运动滞后的时间越长。相反，则同时运动。4）岩层的厚度较之岩性对岩层的离层和运动组合的影响重要的多。6、岩层在推进方向上的运动发展分哪几个阶段？各个阶段的矿压显现特点是什么？1）第一次运动阶段包括直接顶初次垮落，老顶初次来压。受力状态为固定梁。特点：运动来压面积大，强度高，并可能伴随发生冲击地压。2）周期性运动阶段第一次来压完成到工作面采完。（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。）采场矿压显现为周期来压。特点：岩层的完整性比第一次运动前差，运动步距小。7、开采厚煤层下部分层岩层运动特点有哪些？-8-1）岩层已经破坏，岩层运动发展比较平缓，强度大大降低。2）各岩梁运动滞后时间大大缩短，基本接近整体沉降情况。3）推进方向运动的周期性仍然存在，只是因为岩梁已预先裂断，因此来压前后强度差别不大，周期来压显现不明显。第三章采场上覆岩层的运动范围1、明显影响采场矿压显现的岩层范围分为哪两部分？各部分分别有哪些岩层组成？根据不同力学结构和控制要求，将影响采场矿压显现的岩层分为两部分。架承担其全部作用力。③控制要求：运动时支联系。向上不能保持传递力的②结构特点：在推进方支撑的悬臂梁结构。落，在采场内暂由支架①定义：在老塘已经冒直接顶)1范围内。顶板下沉量控制在要求老顶岩梁运动结束时的积切顶与动压冲击，把③控制要求：防止大面。传递力的不等高裂隙梁后一组在推进方向上能②结构特点：初次来压传递岩梁的总和。矿压显现有明显影响的①定义：运动时对采场老顶)22、采场划分成哪几种类型？各自的岩层组成有什么特点？不是所有的采场都同时具有直接顶与老顶，可将采场分为以下三类。1）一般采场：二者都有，岩层强度由下而上依次递减。2）缓沉采场：无直接顶，直接覆盖层变形能力超过采高。3）整体塌垮：有直接顶无老顶，直接覆盖层坚硬、厚度大、强度高，岩层强度由下而上递增。3、理论上如何确定直接顶的厚度？现场实际确定有哪几种方法？开采单一煤层或厚煤层顶分层的直接顶厚度理论上的确定方法有：1）不考虑岩梁本身沉降的推断方法1Azkhm2）考虑岩层沉降的推断方法1AAzkShm式中：mZ—直接顶厚度；h—采高；K—已冒落岩层的碎胀系数；-9-SA—岩梁的实际沉降值。现场实际确定直接顶厚度的方法有：1）钻孔观测研究（地面、井下）：该方法通过钻孔观测各岩层的运动。（1）注水法。（用流水速度）向钻孔注水，在工作面后方进行，受打钻时间影响，误差大。（2）直接观测。在工作面前方超前打钻，岩层中固定基点直接观测。结果可靠，工艺复杂，基点数目受相互牵拉的影响。2）物探方法：（1）电磁法——瞬变CT、地质雷达、钻孔电视、数字测井等。（2