【2011考研超级特训营】全真模拟测试题及其答案解析

1、矿 山 压 力 与 岩 层 控 制 全真模拟测试题一、名词解释1 、 岩 体 变 形 能 ；2 、 莫 尔 库 仑 强 度 理 论 ；3 、 顶 板 破 碎 度 ；4、RQ D 指 标 ；5 、 增 载 系 数 ；6 、 周 期 来 压 ；7 、 非 充 分 采 动 ；8 、 支 架 的 工 作 阻 力 ；9 、 关 键 层 ；10 、 冲 击 矿 压 ；11 、 支 承 压 力 ；12、岩石残余碎胀系数；1 3 、岩 体 的 变 形 能 ；1 4、初次来压步距；15、支架初撑力；16、原岩应力；1 7 、巷道松动圈；二、计算题18、经 测 定 ， 弹 性 波 在 某 岩 体 中 传 播 速

2、度 v=1750m /s ， 弹 性 波 在 该 种 岩 石 中 传 播 速 度v = 2120m/s,岩石单向抗压强度Rc = 220MPa ,试求该岩体的准岩体强度Rem及Rtm。19、对某矿石灰岩进行抗剪强度测试，测试结果为：当 切=4.8MPa时，i=15.8MPa;当m=8. 2M Pa时，i=18MPa。如果已知该岩石的单向抗压强度 Re=82. 6M Pa，求侧压力 m = 5M Pa时 ， 其 三 轴 抗 压 强 度 是 多 少 ？20、假设岩体为各向同性均质连续的弹性体，岩体的泊松比 尸0. 2 ,试估算埋深500m处岩体的自重应力大小。21 、 试 推 导 出 护 巷 煤

3、柱 上 的 载 荷 计 算 公 式 。三、简答题22 、 绘 图 解 释 岩 石 蠕 变 曲 线 及 其 应 用 。23 、 绘 图 论 述 双 向 等 压 条 件 下 圆 形 巷 道 周 边 的 应 力 分 布 规 律24 、 绘 图 说 明 采 煤 工 作 面 前 方 支 承 压 力 分 布 的 基 本 规 律 。25 、 简 述 工 作 面 推 进 过 程 中 顶 板 来 压 过 程 。26、试 论 述采场矿山 压 力估算的 常 用方法。27、论述影响工作面矿山压力显现的主要因素。28 、 试 述 锚 杆 支 护 常 用 的 支 护 理 论 及 适 用 条 件 。29 、 绘 图 说 明

4、 无 煤 柱 护 巷 的 基 本 原 理 。30、试 述 近水平工作 面 推进过程中 矿 山压力显现 的一般规 律31 、 论 述 岩 体 的 基 本 特 征 有 哪 些 ？32 、 绘 图 说 明 结 构 面 对 岩 体 的 强 度 影 响 。33 、 论 述 影 响 岩 体 强 度 的 主 要 因 素 有 哪 些 ？34 、 绘 图 说 明 巷 道 支 架 支 护 时 ， “支 架 围 岩 ”相 互 作 用 原 理35 、 阐 述 放 顶 煤 工 作 面 矿 山 压 力 显 现 的 基 本 特 征 。全真模拟预测题答案解析名词解释1、岩体变性能：岩体在外力作用下，发生体积或形状的改变，而积

5、蓄的能量。2、莫尔库伦强度理论：认为当压力不大时（一般），可用斜直线强度曲线推导出其强度准则的表达式|pg3、 顶板破碎度：顶板破碎的面积与整个顶板的面积之比（一般漏顶高度卅Ocm时考虑破碎）RQD指标：岩芯长度大于10cm的所有岩芯长度之和巴与钻孔中取出岩芯总长度L之5、增载系数：老顶来压与平时压力强度的比值6、周期来压：初次来压后，随着工作面推进，老顶岩层形成结构，继续推进，结构失稳，再推进，再形成结构，再失稳，周而复始，失稳时，工作面载荷增加，形成周期性的来压。7 、 非 充 分 采 动 ： 采 空 区 尺 寸 小 于 临 界 开 采 尺 寸 。8 、 支 架 的 工 作 阻 力 ： 支

6、 架 受 顶 板 压 力 作 用 而 反 映 出 来 的 力 。9 、 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 。10、冲 击 矿压：煤岩 中 积存的能量 大 于破坏时所 需 能量，产生 顶板大面积 来 压。11、支 承压力：在岩层内开 掘 巷道后，巷道围岩 必 然出现应力 重 新分布，一般将巷道 两 侧 改变后的切向应力增高部分称为支承压力。12、岩 石 残余碎胀系 数 ：岩 石破碎后，在其 自 重和外加载 荷 作用下压实 的 体积与岩石 破 碎 前处于整体状态下的体积之比。13 、 岩 体 的 变

7、性 能 ： 同 114、初 次 来压步距： 由 开切眼到初 次 来压时工作 面 推进的距离 。15、支 架 初撑力：支 架 支设时，将 活 柱升起，对 顶 板产生的主 动力。16 、 原 岩 应 力 ： 存 在 于 地 层 中 未 受 工 程 扰 动 的 天 然 应 力 。17、巷道松动圈：巷道开凿后，由于地压的大小和岩石性质的不同，在巷道周围形成不同 大小的破裂带，这个破裂带即为巷道松动圈。二、计算题1 8、解：龟裂系数：出弹性波在岩体中的传播速度凶弹性波在岩石中的传播速度19、解：由| 得20、解：侧压力系数取I21、解：一单位长度煤柱上的总载荷P为：式中 B煤柱宽度，m;D采空区宽度，m

8、;H巷道埋深，m;弓采空区上覆岩层垮落角；上覆岩层平均体积力，KN/ m3煤柱单位面积的平均载荷即平均应力：三、简答题22、答：(课本18页图1 12岩石的典型蠕变曲线)它可以划分为：(1)O A 段：瞬间变形阶段在加载瞬间，试件立即产生一瞬间弹性应变，此段所经时间极短，可以认为与时间无关(2)A B 段第一阶段蠕变此段应变不断增加，但增长速率却随时间降低，曲线呈下(3)B C 段第二阶段蠕变此段时间延续最长，应变随时间呈近似的等速增长(4)C D 段第三阶段蠕变当应变到达C点后加速增长，曲线呈上凹型，当应变达到某个数值D点时试件破坏23、答：（课本194页图7 1圆形巷道围岩弹性变形应力分布

9、）巷道开掘后原岩应力重新分布，巷道围岩内出现应力集中，围岩应力小于岩体强 度，围岩处于弹性状态。（课本194页图7 2圆形巷道围岩塑性变形区及应力分布）围岩应力大于岩体强度，巷道围岩会产生塑性变形，从巷道周边向围岩深处扩展 到一定范围，出现塑性变形区，在塑性区围岩强度明显削弱，低于原始应力，再向围岩深 部即为处于稳定状态的原始应力区。24、答：（课本109页图4 15工作面前后支承压力分布）回采工作面前的支承压力状态可以分为a增压区，b减压区，c稳压区，在工作面 前方支承压力的峰值到煤壁为极限平衡区，向煤体内则为弹性区。25、答：工作面自开切眼向前推进，老顶形成三铰拱式平衡，随着工作面继续推进

10、，老顶 结构破坏，引起支架压力急剧上升，即为顶板来压过程。26、答：（1）经验估算法：即顶板压力相当于采高4 8倍岩柱的重量(2) 很多学者认为，老顶的位移量与对支架形成的载荷呈双曲线关系，即(3) 威尔逊估算法：估算顶板压力只考虑直接顶的形状与载荷，鉴于载荷作用力的位置与支架可能形成的最大反力的作用位置不一定一致，从而引出支架一围岩平 衡产生附加力的概念27、答：影响采场矿山压力显现的主要因素是围岩性质。采深、采高、倾角及推进速度对 工作面矿山压力显现产生主要的影响。一、采高与控顶距。在一定地质条件下，采高是影响上覆岩层破坏状况的最重要因 素之一。采高越大、采出的空间越大，必然导致采场上覆岩

11、层破坏越严重。二、工作面推进速度的影响。随着回采工作面推进速度加快，顶板下沉速度也明显 加快。三、开采深度的影响。随着采深增加，支承压力必然增加，从而导致煤壁片帮及地板鼓起的几率增加，由此也可能导致支架载荷增加四、煤 层倾角的影 响 。煤层倾角 对 回采工作面 矿 山压力显现 的 影响也是很 大的，随 着煤层倾角增加，顶板下沉量将逐渐变小。五、分 层开采时的 矿 山压力显现 。 当厚煤层用 倾 斜分层开采 时 ，可采用全 部垮落法 自上而下逐分层回采。开采第一分层时，矿山压力显现规律与普通单一煤层开采 没有任何区别。但当回采以下各分层时，工作面顶板就变成了在第一分层回采时 冒落的岩块。这样，破

12、碎的顶板必然给顶板管理工作带来新的困难。对分层开采 中的矿山压力显现规律，应根据具体条件进行分析。28 、 答 ： 锚 杆 支 护 理 论 ：（ 1 ） 悬 吊 理 论 。 锚 杆 支 护 的 作 用 是 将 巷 道 顶 板 较 软 弱 岩 层 悬 吊 在 上 部 稳 定 岩 层 上，增强较软弱岩层的稳定性。（ 2 ） 组 合 梁 理 论 。 如 果 顶 板 岩 层 中 存 在 若 干 分 层 ， 锚 杆 的 作 用 一 方 面 提 供 锚 固 力 增加各岩层间的摩擦力，阻止岩层沿层面继续滑动，避免出现离层现象：另一 方面锚杆杆体可增加岩层间的抗剪强度，阻止岩层间的水平错动，从而将巷道 顶板锚

13、固范围内的几个薄岩层锁成一个较厚的岩层。（ 3 ） 组 合 拱 理 论 。 在 拱 形 巷 道 围 岩 的 破 裂 区 中 安 装 预 应 力 锚 杆 ， 从 杆 体 两 端 起 形 成圆锥形分布的压应力区，如果锚杆间距足够小，各个锚杆形成的压应力圆锥 体相互交错，在岩体中形成一个均匀的压缩带，即压缩拱。压缩拱内岩石径向、 切向均受压，处于三向应力状态，围岩强度得到提高，支承能力相应增大。（4）最大水平 应 力理论。矿井岩层的 水 平应力通常 大 于铅直应力 ，巷道顶底 板 的 稳定性主要受水平应力的影响。（ 5 ） 围 岩 强 度 强 化 理 论 。 围 岩 强 度 强 化 理 论 是 针

14、对 软 岩 煤 巷 围 岩 特 点 提 出 的 。 29、答 ： 无煤柱护巷 就 是把巷道布 置 在减压区内 ， 有两个好处 ：（ 1）好掘 进 处于低压区 ； （ 2 ） 破 碎 （ 静 压 ）。30 、 答 ：（ 课 本 19 5 页 图 7 3）1 工 作 面 前 方 超 前 支 承 压 力2、3工作面 倾 斜、仰斜方 向 残余支承压 力4 工 作 面 后 方 采 空 区 支 承 压 力31 、 答 ： 岩 体 的 基 本 性 质 ：（ 1 ） 岩 体 的 非 均 质 性 。 由 多 种 岩 石 组 成 的 岩 体 ， 因 其 结 构 面 方 向 、 分 布 、 密 度 以 及在自然条件

15、下组成岩石的物质成分和组合状况经常变化，所以认为岩体是非均质的。（ 2 ） 岩 体 的 各 向 异 性 。 因 岩 体 中 结 构 面 的 分 布 往 往 有 一 定 的 方 向 ， 随 受 力 岩 体 的 结构面趋向不同，其力学性质也不同。（3）岩 体的非连续 性 。由于 岩体被各种 结 构面所切割 ，因而从 总 体上说岩体 属 于 非连续介质。32 、 答 ：（ 课 本 35 页 图 1 3 1）存在结构面是岩体区别于岩石的最重要特征之一，且因结构面的存在，而使岩体 的强度显著低于岩块强度，因此岩体更容易变形和失稳。通常，结构面对岩体强度的影响 主要表 现 为造成岩体 强 度的各向异 性

16、和岩体强度 的 降低。（1）单 向 压缩下结 构 面产状。层 状岩体在单向压缩下，加载方向与层理面呈不同角度，极限强度会随夹角不同而有规律的 变 化 ， 并 且 平 行 于 层 理 加 载 的 抗 压 强 度 和 抗 剪 强 度 小 于 垂 直 于 层 理 方 向 加 载 时 的 相 应 强 度 ， 抗 拉 强 度 则 大 于 垂 直 于 层 理 的 抗 拉 强 度 。（ 2）三 轴 压 力 下 结 构 面 产 状 。当 岩 体 中 存 在 一组结构面时，其强度随结构面与主应力之间夹角的不同而不同，但如果岩体中存在多组 倾 角 不 同 的 结 构 面 ，由 于 各 组 结 构 面 影 响 范

17、围 的 交 叉 重 叠 ，反 而 使 岩 体 强 度 各 向 异 性 的 程 度减弱。33 、 答 ： 影 响 岩 体 强 度 的 因 素 ：（ 1）结 构 面 产 状 。存 在 结 构 面 是 岩 体 区 别 于 岩 石 的 最 重 要 特 征 之 一 ，且 因 结 构 面 的 存 在 ， 而使岩体的强度显著低于岩块强度，因此岩体更容易变形和失稳。通常，结构面对岩体强 度 的 影 响 主 要 表 现 为 造 成 岩 体 强 度 的 各 向 异 性 和 岩 体 强 度 的 降 低 。 a， 单 向 压 缩 下 结 构 面 产状。层状岩体在单向压缩下，加载方向与层理面呈不同角度，极限强度会随夹角

18、不同而 有 规 律 的 变 化 ，并 且 平 行 于 层 理 加 载 的 抗 压 强 度 和 抗 剪 强 度 小 于 垂 直 于 层 理 方 向 加 载 时 的 相 应 强 度 ， 抗 拉 强 度 则 大 于 垂 直 于 层 理 的 抗 拉 强 度 。 b， 三 轴 压 力 下 结 构 面 产 状 。 当 岩 体 中 存 在 一 组 结 构 面 时 ，其 强 度 随 结 构 面 与 主 应 力 之 间 夹 角 的 不 同 而 不 同 ，但 如 果 岩 体 中 存 在多组倾角不同的结构面，由于各组结构面影响范围的交叉重叠，反而使岩体强度各向异 性的程度减弱。（ 2 ） 结 构 面 密 度 。 结

19、 构 面 密 度 对 岩 体 强 度 的 影 响 主 要 有 两 个 方 面 ： 相 同 条 件 下 ， 岩 体 内 结构面数量越多，密度越大，变形也越大，但强度越低；岩体强度不会因结构面密度的增 大而无限降低，而是存在一个临界值，大于此值时，结构面密度对岩体变形和强度的影响 就很小。（ 3 ） 试 件 尺 寸 。 岩 体 强 度 随 试 件 尺 寸 的 增 大 而 减 小 ， 但 不 同 岩 体 的 强 度 因 试 件 尺 寸 增 大 而减小的规律却不同，其影响因素较多。通常，试件尺寸对岩体强度影响的大小主要取决 于岩体结构特征或破坏程度，并与结构 面产状、密度以及结构面蜕化程度和结构体特征

20、有 很大关系。（4）环境围压。环境围压对岩体变形和强度都产生很大的影响，即a ,围压的大小影响岩 体的 破坏方式。 b， 岩体抗剪强度随围 压的 增大而增大， 但不呈直线关系， 在低围 压情况 下增大得快， 高围 压增大得慢。 C， 围压增大， 岩体的 变形模量也明显提高。 d， 岩体中结 构 面 的 力 学 效 应 应 随 围 压 的 增 大 而 减 小 ，当 围 压 达 到 某 一 临 界 值 时 ，岩 体 中 结 构 面 效 应 完 全消失，此时岩体从脆性破坏变为延性破坏。( 5)孔 隙 水 压 。由 于 孔 隙 水 压 的 存 在 ，使 岩 体 中 固 体 颗 粒 或 骨 架 所 承 受 的 压 力 随 之 减 小 ， 岩体强度也就相应的降低。34 、 答 ：“ 支 架 围 岩 ” 相 互 作 用 原 理 ： 现有的各种巷道支架，在“支架围岩”力学平衡系统中，只能承担极其有限 的一小部分载荷，支架在围岩内部应力平衡关系中所起的作用是微小的，更不能企图依靠 支 架 去 改 变 上 覆 岩 层 的 运 动 状 态 。然 而 支 架 的 这 个 微 小 的 支 撑 力 又 是 极 其 重 要 和 必 不 可 少 的，支架的工作阻力，尤其是初撑力在一定程度上能相当有效地抑制直接顶板离层，控制 围岩塑性区的再发展和围岩的持续变形，保持围岩的稳定。因此，巷道支架系统必须具有