矿山压力与岩层控制模拟试题及答案.pdf

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m2.5m，直接顶为粘土页岩，其 总厚度h8m，直接顶的破碎膨胀系数Kp1.4，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 ，长 的标准试件3块，分别做 的抗剪强度试验，施加的最大载荷相应为 ，求页岩的内聚力 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：（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 ，根据实测得到在最大控顶距处的顶板下沉量为 ，若将最大控顶距缩小到 ，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 容重层厚弹性模量抗拉强度 122.64.0 224.52.7 325.52.0 424.53.5 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：（每题2分，共20分） 岩石的孔隙性 泊松比 蠕变 构造应力 回采工作面 周期来压 砌体梁 构造裂隙 载荷集度 碎胀性 二、填空题：（每空1分，共10分） 1、采空区处理方法有煤柱支撑法， ， 和全部垮 落法。 2、节理裂隙分为 ， ，压裂裂隙。 3、岩石的破坏机理有 和 两种。 4、适合于岩石的两种强度理论是 和 。 5、减轻采区巷道受压的重要措施包括：使巷道处于低压区 ， ， 。 三、简答题：（8题任选6题，每题5分，共30分） 1、岩石的孔隙性、孔隙度和孔隙比有什么不同？ 2、简述有关回采工作面上覆岩层结构的假说。 3、老顶的稳定性对工作面的支护原理有何影响？ 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、支架选型的基本原则是什么？ 7、回采工作面矿压现场观测的目的是什么？ 8、周期来压的主要表现形式？ 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 ，根据实测得到在最大控顶距处的顶板下沉量为 ，若将最大控顶距缩小到 ，在最大控顶距处的顶板下沉量是多少？ 2、某工作面使用单体液压支架，每根支柱的额定工作阻力为 /根，顶板的最大控顶距为 ，支柱为四排控顶，柱距为 ，求单体液压支架对顶板能够提供的最大支护强度是多少？ 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、叙述采区巷道变形与破坏的影响因素。 3、试分析采场上覆岩层所形成的裂隙体梁的失稳条件。 4、试说明矿山压力和矿山压力显现的关系。 一、名词解释：（每题2分，共20分） 矿山压力 岩石的孔隙比 流变 自重应力 支承压力 老顶 周期来压 砌体梁 压裂裂隙 载荷集度 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、蠕变变形曲线可分为 和 两类。 4、采区巷道的主要支护形式有基本支护，加强支护， 和 。 5、无煤柱护巷的基本方式有 和 。 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、影响岩石强度的因素有哪些？ 3、老顶的稳定性对工作面的支护原理有何影响？ 4、采区平道矿压显现沿走向要经历那几个阶段？ 5、简述采区巷道支护的主要形式。 6、什么叫煤矿动压现象？ 7、分层开采时，下分层与上分层相比矿压显现有什么特点？ 8、衡量矿山压力显现程度的指标有哪些？ 四、计算题：（每题5分，共10分） 1、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 容重层厚弹性模量抗拉强度 122.64.0 224.52.7 325.52.0 424.53.5 2、有某石灰岩做抗剪强度试验，当 时， ；当 时， 。而该岩石在做三向抗压强度试验时，当侧压 时， ，求侧压力 时其三向抗压强度是多少？ 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、岩石结构与岩石构造得异同是什么？ 3、简述减压区的形成及其实际意义？ 4、试分析采场上覆岩层所形成的裂隙体梁的失稳条件。 一、名词解释：（每题2分，共20分） 岩石的孔隙比 蠕变 原岩应力 支承压力 直接顶 初次来压步距 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、采空区处理方法有煤柱支撑法， ， 和 。 2、节理裂隙分为 ， ， 。 3、动压现象的一般成因和机理，可归纳为三种形式，即 ， 和煤与瓦斯突出。 4、顶板下沉量是指活柱下缩量、顶梁的压缩量及 的总和。 5、二次支护是指 。 三、简答题：（8题任选6题，每题5分，共30分） 1、简述煤层开采后，上覆岩层的破坏方式。 2、直接顶的稳定性对工作面的支护原理有何影响？ 3、采区平道矿压显现沿走向要经历那几个阶段？ 4、巷道卸压方法目前应用的有哪几种？ 5、冲击矿压防治措施的基本原理。 6、掘进工作面现场观测的目的是什么？ 7、周期来压的主要表现形式？ 8、工作面支架必须具备的特性是什么？ 四、计算题：（每题5分，共10分） 1、试计算只考虑自重应力的情况下，赋存在600m深处原岩体 内一点的应力值，设上部岩层的平均容重为24.5kN/m3，泊松 比为=0.2。 2、某矿取页岩岩样3块，作成直径 ，长 的标准试件3块，分别做 的抗剪强度试验，施加的最大载荷相应为 ，求页岩的内聚力 和内摩擦角 。 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、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、液压支架可分为哪几类？各适用于什么条件？各有什么优 缺点？ 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： 。 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3040m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 可得： 据 可得： （2）求岩石的内聚力和内摩擦角 根据 当 时，得： 当 时，得： 得： 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， 。 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23倍原始应力 的集中应力，再工作面前方煤壁上形成45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：（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、简答题：（30分） 1、影响岩石强度的因素有哪些？ 答：岩石性质，岩石的构造特征，试件的几何尺寸，岩石所处的物 理状态，加载速度，岩石的受载状态等。 2、什么是原岩应力状态？ 答：天然存在于原岩内而与任何人为原因无关的应力状态，称为原 岩应力状态。 3、简述煤层开采后，上覆岩层的破坏方式。 答：当煤层开采以后，由于直接顶下部形成较大的空间，直接顶破 断后，岩块呈不规则垮落，排列极不整齐，其松散系数较大。一般将具 有这种破坏方式的岩层称为冒落带，冒落带以上的顶板岩层由于其下部 自由空间较小，岩层断裂后，其向下移动时受到相互牵制，岩层只是断 裂下沉而无翻转，通常将这个区域叫做裂隙带。再向上直至地表的岩层 只有弯曲下沉而无断裂，这一带成为弯曲下沉带。 4、直接顶的稳定性对工作面的支护原理有何影响？ 答：直接顶式回采工作空间直接维护的对象。直接顶的稳定性直接 影响着工作面支护方式和支架架型的选择。对于不稳定的直接顶要求支 架有较好的护顶功能，在煤层开采以后，不应使顶板的暴露面积过大， 以免发生局部冒顶，采用单体支架要注意采取有效的勾顶措施，防止顶 板从架间漏空，影响支架对顶板的支护；在采用液压自移支架时，应选 用掩护性能较好的掩护式支架。直接顶的稳定性较好时，对勾顶要求并 不严格，可以选用支撑式或支撑掩护式支架。 5、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。 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、巷道卸压方法目前应用的有哪几种？ 答：（一）在巷道周围形成槽孔，常用以下两种方法：钻孔卸压和 切槽卸压。（二）在巷旁形成卸压空间，主要方法有：1、宽面掘巷卸 压，2、在巷旁留专门得卸压空间。（三）大面积区域性卸载。 四、计算题：（10分） 1、某回采工作面顶板的最大控顶距为 ，根据实测得到在最大控顶距处的顶板下沉量为 ，若将最大控顶距缩小到 ，在最大控顶距处的顶板下沉量是多少？ 答：在一般情况下，回采工作面的顶板下沉量可用公式 进行计算。由于在同一个工作面只改变了控顶距 ，而顶板条件、煤层采高均相同，即 和 相同。所以，在两种情况下顶板下沉量和工作面顶板的控顶距 成正比，即： ，得： 代入数据可得最大控顶距为3 的顶板下沉量： 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 容重层厚弹性模量抗拉强度 122.64.0 224.52.7 325.52.0 424.53.5 答：首先计算作用在第一岩层上的载荷集度 值。第一岩层本身的载荷集度 为： 第二岩层对第一岩层的作用时，有： ，代入数据得： 第三岩层对第一层的作用时，有： 第四岩层对第一层的作用时，有： 由此可以看出第四层对第一层岩层的载荷已经没有影响，计算第一岩层 的载荷只计算到 即可，此时， 。 由于顶板岩层多数为脆性破坏，取安全系数 ，则刀柱间的距离应为安全跨距，为： 五、分析题：（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？ 答：在地下岩体中开掘巷道后，巷道周围岩体就由原来的三轴受力 状态变为双轴或单轴受力状态。一般巷道周边的岩块是处于单轴压缩状 态，巷道周边岩块在垂直应力的作用下，就会发生破坏，随着向岩体内 部发展，岩块由单轴受压或双轴受压逐渐变为三轴受压状态，其抗压强 度也逐渐增加。在某一半径为R的范围内岩块的应力圆和其强度包络线 相切，这一范围内的岩块受力状态叫做极限平衡状态。岩体处于极限平 衡状态的区域叫极限平衡区。极限平衡区的大小主要与巷道距地表的深 度、巷道尺寸及围岩的力学性质等因素有关。 2、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。 3、岩石结构与岩石构造得异同是什么？ 答：岩石的结构是指决定岩石组织的各种特征的总和，如颗粒的大 小、形状、连结特征、胶结物类型、存在孔隙情况等；而岩石的构造是 指组成岩石的矿物颗粒之间、以及它与其它组成部分之间的排列方式和 填充方式，如岩石可属于整体构造，多孔状构造和层状构造等。 煤矿中遇到的岩石绝大多数是沉积岩，有较明显的层理，属层状构 造。层状构造的特点是，岩石颗粒互相交替，表现出层次叠置现象（层 理）。 9、试说明矿山压力和矿山压力显现的关系。 答：矿山压力和矿山压力显现是两个不同的概念，两者具有因果关系。 后者是由前者引起的，没有前者就没有后者。有些矿山压力显现的大小 直接由矿山压力引起，如：巷道围岩的变形和破坏，煤壁的压酥和片帮 等都随矿山压力的增大而变的更加强烈；而有的矿山压力显现虽然也是 由矿山压力引起的，但它们还要受其他因素的影响。如：工作面顶板下 沉，支架上所承受的载荷等，它们并不随矿山压力的增大而成正比的增 大。顶板下沉受工作面上覆岩层运动规律的制约，它和煤层的采高及工 作面的控顶距成正比。支架上所承受载荷的大小与支架本身的特性及顶 板下沉量的大小有关。从以上分析可以看出，矿山压力大，矿山压力显 现不一定强烈。 一、名词解释：（20分） 岩石的孔隙性岩石中孔洞和裂隙的发育程度。 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。 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。 构造应力由于地质构造运动而引起的应力。 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。 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。 构造裂隙岩层形成后，经剧烈的地质运动而形成的弱面。 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、采空区处理方法有煤柱支撑法， 缓慢下沉法 ， 采空区充填法 和 全部垮落法。 2、节理裂隙分为 原生裂隙 ， 构造裂隙 ，压裂裂隙。 3、岩石的破坏机理有 拉断 和 剪切 两种。 4、适合于岩石的两种强度理论是 莫尔理论 和 格里菲斯理论 。 5、减轻采区巷道受压的重要措施包括： 使巷道处于低压区 ， 将巷道 布置在性质良好的岩层中 ， 对巷道进行卸压 。 三、简答题：（30分） 1、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： 。 2、简述有关回采工作面上覆岩层结构的假说。（101） 答：1、压力拱假说，认为在这两个前后拱脚之间，无论在顶板或底 板中都形成了一个减压区，回采工作面的支架只承受压力拱内的岩石重 量。2、悬梁假说，认为顶板岩层是一种连续介质，在靠近煤帮处顶板 下沉量最小，表现的顶板压力也小。3、预成裂隙假说，认为由于开采 的影响，回采工作面上覆岩层的连续性被破坏，从而成为非连续性。在 回采工作面周围存在着应力降低区、应力升高区和采动影响区。随着工 作面的推进，三个区域同时响应地向前移动。4、铰接岩块假说，认为 如果直接顶岩层分层厚度小于采高，则在采空区形成冒落带。铰接岩块 间的平衡关系为三铰拱式的平衡。 3、老顶的稳定性对工作面的支护原理有何影响？ 答：老顶的稳定性对直接顶的稳定性有着直接影响，而且对支架的 支护强度、支架可缩量及采空区处理方法的选择都有决定性作用和影 响。坚硬的老顶其周期来压步距较长，来压强度较大，要求支架具有较 大的支护强度，才能保证工作面安全。在采用垮落法处理采空区的情况 下，对于周期来压比较强烈的顶板，其下沉量将会增大，所以，要求支 架应有较大的可缩性。 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、支架选型的基本原则是什么？ 答：根据直接顶分类和老顶分类确定所选择支架的类型，根据煤层 的采高和顶板的类型确定支架对顶板的支护强度，再确定支架对顶板的 工作阻力以及支架的最大、最小结构高度，割据煤层瓦斯涌出量，核算 支架类型。 7、回采工作面矿压现场观测的目的是什么？ 答：其目的在于掌握工作面老顶来压显现、步距和强度；分析回采 空间支架与围岩相互作用关系；为研制采煤机械和支护设备、合理的安 排工序、合理的选择采煤参数、支护方式和顶板管理方法提出要求和提 供科学依据。 8、周期来压的主要表现形式？ 答：顶板下沉速度急剧增加，顶板的下沉量变大；支柱所受的载荷普遍 增加；有时还能引起煤壁片帮、支柱折损、顶板发生台阶下沉等。 四、计算题：（10分） 1、某回采工作面顶板的最大控顶距为 ，根据实测得到在最大控顶距处的顶板下沉量为 ，若将最大控顶距缩小到 ，在最大控顶距处的顶板下沉量是多少？ 答：在一般情况下，回采工作面的顶板下沉量可用公式 进行计算。由于在同一个工作面只改变了控顶距 ，而顶板条件、煤层采高均相同，即 和 相同。所以，在两种情况下顶板下沉量和工作面顶板的控顶距 成正比，即： ，得： 代入数据可得最大控顶距为3 的顶板下沉量： 2、某工作面使用单体液压支架，每根支柱的额定工作阻力为 /根，顶板的最大控顶距为 ，支柱为四排控顶，柱距为 ，求单体液压支架对顶板能够提供的最大支护强度是多少？ 答：在控顶距范围内，四根单体液压支柱可能提供的总支撑力为： 。由于工作面各排支柱并不能全部达到额定工作阻力，根据实测其平均 工作阻力只有额定工作阻力的6080%。在这种情况下，单体液压支柱 对顶板的支护强度为： 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、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。 3、试分析采场上覆岩层所形成的裂隙体梁的失稳条件。（3-13） 答：采场上覆岩层重形成的结构就是上覆岩层的破断岩块间形成 的“三铰拱”式平衡，外形上好象是由裂隙体岩层形成的梁。裂隙提梁的 失稳就是岩块间的“三铰拱”式平衡遭到破坏所致。裂隙体梁的失稳有两 种情况：一是变形失稳，二是滑落失稳。两种失稳都和岩块间产生的水 平推力的大小有关。 当岩块间的水平推力过大时，岩块在向下回转的过程中，其接触处 的应力将超过岩块的抗压强度，从而使岩块破坏，“三铰拱”也因变形过 大而破坏，致使裂隙体梁发生变形式稳。 当岩块间的水平推力过小时，岩块间产生的摩擦力也很小，不能承 受岩块间的剪切力，则悬露岩块就要产生滑落失稳。 4、试说明矿山压力和矿山压力显现的关系。 答：矿山压力和矿山压力显现是两个不同的概念，两者具有因果关系。 后者是由前者引起的，没有前者就没有后者。有些矿山压力显现的大小 直接由矿山压力引起，如：巷道围岩的变形和破坏，煤壁的压酥和片帮 等都随矿山压力的增大而变的更加强烈；而有的矿山压力显现虽然也是 由矿山压力引起的，但它们还要受其他因素的影响。如：工作面顶板下 沉，支架上所承受的载荷等，它们并不随矿山压力的增大而成正比的增 大。顶板下沉受工作面上覆岩层运动规律的制约，它和煤层的采高及工 作面的控顶距成正比。支架上所承受载荷的大小与支架本身的特性及顶 板下沉量的大小有关。从以上分析可以看出，矿山压力大，矿山压力显 现不一定强烈。 1、 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。 岩石的孔隙比岩石中各种孔洞和裂隙体积的总和与岩石内固体部分 实体积之比。 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。 自重应力由于岩体自重而引起的应力。 支承压力在岩体内开掘巷道后，巷道两侧增加的切向应力。 老顶位于直接顶上方的厚而坚硬的岩层。 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。 压裂裂隙指在煤层开采时引起的破坏面。 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。 二、填空题：（10分） 1、 根据破断的程度，回采工作面上覆岩层可分为 冒落带 和 裂隙带 。（98） 1、 直接顶的完整程度取决于 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 。 1、 蠕变变形曲线可分为 稳定蠕变 和 不稳定蠕变 两类。 4、采区巷道的主要支护形式有基本支护，加强支护， 巷旁支护 和 巷 道围岩加固 。 5、无煤柱护巷的基本方式有 沿空掘巷 和 沿空留巷 。 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、影响岩石强度的因素有哪些？ 答：岩石性质，岩石的构造特征，试件的几何尺寸，岩石所处的物 理状态，加载速度，岩石的受载状态等。 3、老顶的稳定性对工作面的支护原理有何影响？ 答：老顶的稳定性对直接顶的稳定性有着直接影响，而且对支架的 支护强度、支架可缩量及采空区处理方法的选择都有决定性作用和影 响。坚硬的老顶其周期来压步距较长，来压强度较大，要求支架具有较 大的支护强度，才能保证工作面安全。在采用垮落法处理采空区的情况 下，对于周期来压比较强烈的顶板，其下沉量将会增大，所以，要求支 架应有较大的可缩性。 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、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。 6、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。 7、分层开采时，下分层与上分层相比矿压显现有什么特点？ 答：老顶来压步距小、强度低，支架载荷变小，顶板下沉量变大。 8、衡量矿山压力显现程度的指标有哪些？ 答：顶板下沉，顶板下沉速度，支柱变形预折损，顶板破碎情况， 局部冒顶，工作面顶板沿煤壁切落，或称大面积冒顶。 四、计算题：（10分） 1、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 岩层容重层厚弹性模量抗拉强度 122.64.0 224.52.7 325.52.0 424.53.5 答：首先计算作用在第一岩层上的载荷集度 值。第一岩层本身的载荷集度 为： 第二岩层对第一岩层的作用时，有： ，代入数据得： 第三岩层对第一层的作用时，有： 第四岩层对第一层的作用时，有： 由此可以看出第四层对第一层岩层的载荷已经没有影响，计算第一岩层 的载荷只计算到 即可，此时， 。 由于顶板岩层多数为脆性破坏，取安全系数 ，则刀柱间的距离应为安全跨距，为： 2、有某石灰岩做抗剪强度试验，当 时， ；当 时， 。而该岩石在做三向抗压强度试验时，当侧压 时， ，求侧压力 时其三向抗压强度是多少？ 答：内摩擦角 当侧压 时 根据 三向抗压强度 五、分析题：（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？ 答：在地下岩体中开掘巷道后，巷道周围岩体就由原来的三轴受力 状态变为双轴或单轴受力状态。一般巷道周边的岩块是处于单轴压缩状 态，巷道周边岩块在垂直应力的作用下，就会发生破坏，随着向岩体内 部发展，岩块由单轴受压或双轴受压逐渐变为三轴受压状态，其抗压强 度也逐渐增加。在某一半径为R的范围内岩块的应力圆和其强度包络线 相切，这一范围内的岩块受力状态叫做极限平衡状态。岩体处于极限平 衡状态的区域叫极限平衡区。极限平衡区的大小主要与巷道距地表的深 度、巷道尺寸及围岩的力学性质等因素有关。 2、岩石结构与岩石构造得异同是什么？ 答：岩石的结构是指决定岩石组织的各种特征的总和，如颗粒的大 小、形状、连结特征、胶结物类型、存在孔隙情况等；而岩石的构造是 指组成岩石的矿物颗粒之间、以及它与其它组成部分之间的排列方式和 填充方式，如岩石可属于整体构造，多孔状构造和层状构造等。 煤矿中遇到的岩石绝大多数是沉积岩，有较明显的层理，属层状构 造。层状构造的特点是，岩石颗粒互相交替，表现出层次叠置现象（层 理）。 3、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23倍原始应力 的集中应力，再工作面前方煤壁上形成45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。 4、试分析采场上覆岩层所形成的裂隙体梁的失稳条件。（3-13） 答：采场上覆岩层重形成的结构就是上覆岩层的破断岩块间形成 的“三铰拱”式平衡，外形上好象是由裂隙体岩层形成的梁。裂隙提梁的 失稳就是岩块间的“三铰拱”式平衡遭到破坏所致。裂隙体梁的失稳有两 种情况：一是变形失稳，二是滑落失稳。两种失稳都和岩块间产生的水 平推力的大小有关。 当岩块间的水平推力过大时，岩块在向下回转的过程中，其接触处 的应力将超过岩块的抗压强度，从而使岩块破坏，“三铰拱”也因变形过 大而破坏，致使裂隙体梁发生变形式稳。 当岩块间的水平推力过小时，岩块间产生的摩擦力也很小，不能承 受岩块间的剪切力，则悬露岩块就要产生滑落失稳。 一、名词解释：（20分） 岩石的孔隙比岩石中各种孔洞和裂隙体积的总和与岩石内固体部分 实体积之比。 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。 直接顶直接位于煤层上方的一层或几层性质相近的岩层。 初次来压步距由开切眼到初次来压时工作面推进的距离。 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、采空区处理方法有煤柱支撑法， 缓慢下沉法 ， 采空区充填法 和 全部垮落法。 2、节理裂隙分为 原生裂隙 ， 构造裂隙 ， 压裂裂隙 。 3、动压现象的一般成因和机理，可归纳为三种形式，即 冲击矿压 ， 顶板大面积来压 和煤与瓦斯突出。 4、顶板下沉量是指活柱下缩量、顶梁的压缩量及 支柱插入顶、底板量 的总和。 5、二次支护是指开掘巷道以后分先后二次（有时可三次或多次）对巷 道进行支护。 三、简答题：（30分） 1、简述煤层开采后，上覆岩层的破坏方式。 答：当煤层开采以后，由于直接顶下部形成较大的空间，直接顶破 断后，岩块呈不规则垮落，排列极不整齐，其松散系数较大。一般将具 有这种破坏方式的岩层称为冒落带，冒落带以上的顶板岩层由于其下部 自由空间较小，岩层断裂后，其向下移动时受到相互牵制，岩层只是断 裂下沉而无翻转，通常将这个区域叫做裂隙带。再向上直至地表的岩层 只有弯曲下沉而无断裂，这一带成为弯曲下沉带。 2、直接顶的稳定性对工作面的支护原理有何影响？ 答：直接顶式回采工作空间直接维护的对象。直接顶的稳定性直接 影响着工作面支护方式和支架架型的选择。对于不稳定的直接顶要求支 架有较好的护顶功能，在煤层开采以后，不应使顶板的暴露面积过大， 以免发生局部冒顶，采用单体支架要注意采取有效的勾顶措施，防止顶 板从架间漏空，影响支架对顶板的支护；在采用液压自移支架时，应选 用掩护性能较好的掩护式支架。直接顶的稳定性较好时，对勾顶要求并 不严格，可以选用支撑式或支撑掩护式支架。 3、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