矿山压力复习题

1、1、矿山压力：由于矿山开采活动的影响，在巷道周围岩体中形成的和作用在巷道支护物上的力定义为矿山压力，（1） 2、矿山压力显现：由于矿山压力作用使巷道周围岩体和支护物产生的种种力学现象，统称为矿山压力显现。（1） 3、矿山压力控制：所有减轻、调节、改变和利用矿山压力作用的各种方法叫矿山压力控制。（1） 4、原岩应力：存在于地层中未受工程扰动的天然应力称为原岩应力，也称为岩体初始应力、绝对应力或地应力。（40） 5、支承压力：在岩体内开掘巷道后，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。(58) 6、老顶：通

2、常把位于直接顶之上(有时直接位于煤层之上)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。（65） 7、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。（65） 8、直接顶初次垮落：煤层开采后，将首先引起直接顶的垮落,回采工作面从开切眼开始向前推进，直接顶悬露面积增大,当达到其极限垮距时开始垮落。直接顶的第一次大面积垮落称为直接顶初次垮落。（70） 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。（98） 10、老顶初次来压： 老顶岩层初次破断后，老顶破断岩块回转下沉引起工作面顶板急剧下沉、支架受力普遍加大

3、、煤壁片帮的现象。 11、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称之为工作面顶板的周期来压。（101） 12、将对岩体活动全部或局部起控制作用的岩层称为关键层。前者称为岩层活动的主关键层，后者称为亚关键层。 13、开采沉陷：煤层开采后，采空区周围原有的应力平衡受到破坏，引起应力的重新分布从而引起岩层的变形、破坏与移动，并由上向下发展至地表引起地表的移动，这一现象称为开采沉陷。（p177）  14、充分采动与非充分采动（177）当采空区尺寸（长度和宽度）相当大时，地表最大下沉值达到该地质条件下应有的最大值，此时的采动称为充分采动。

4、未达到充分采动的称为非充分采动。 15、岩层移动角:：地表下沉边界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。17、沿空留巷：如果通过加强支护或采用其他有效方法，将相邻区段巷道保留下来，供本区段工作面回采时使用的巷道，称为沿空保留(煤体无煤柱)巷道。（203） 18、沿空掘巷：巷道一侧为煤体，另一侧为采空区，如果采空区一侧采动影响已经稳定后，沿采空区边缘掘进的巷道称为沿空掘进(煤体无煤柱)巷道（203）  19、锚固力：为锚杆对围岩的约束力。（242） 20、软岩：分为地质软岩和工程软岩。（256） 21、顶板大面积来压

5、：顶板大面积来压主要是由于坚硬顶板被采空的面积超过一定的极限值，引起大面积冒落而成的剧烈动压现象。 22、浅埋煤层：通常将具有浅埋深，基岩薄，上覆厚松散层赋存特征的煤层称为浅埋煤层。 23、放顶煤开采：放顶煤采煤法是在开采厚煤层时，沿煤层的底板或煤层某一厚度范围内的底部布置一个采高为23m的采煤工作面，用综合机械化方式进行回采，利用矿山压力的作用或辅以松动爆破等方法，使顶煤破碎成散体后，由支架后方或上方的“放煤窗口”放出，并由刮板运输机运出工作面。 24、 冲击矿压：冲击矿压是聚积在矿井巷道和采场周围煤岩体中的能量突然释放，在井巷发生爆炸性事故，产生的动力将煤岩抛

6、向巷道，同时发出强烈声响，造成煤岩体振动和煤岩体破坏，支架和设备损坏，人员伤亡，部分巷道垮落破坏等灾难的一种现象。25、 冲击矿压的特点：（1）突发性（2）瞬时震动性（3)巨大破坏性(4)复杂性。 25、 采煤过程中，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。   27、动压现象的三种形式：即冲击矿压、顶板大面积来压和煤与瓦斯突出。  26、 矿山三量：顶板下沉量、活柱下缩量、支架载荷量。 27、  矿

7、山压力与岩层控制的研究方法：理论研究，实验室研究，现场监测。28、 岩石变形分为弹性变形、塑性变形和粘性变形。29、 原岩应力：存在于地层中未受工程扰动的天然应力。30、 原岩应力场：天然存在于原岩内而与人为因素无关的应力场。 31、 原岩应力组成 自重应力和构造应力。32、 伪顶位于煤层之上，薄而软弱的岩层；位于煤层之上随采随冒落的极不稳定岩层，其厚度一般在0.5m以下，岩性多为炭质页岩。33、 直接顶位于煤层或伪顶之上一层或几层性质相近岩层； 老顶位于直接顶或煤层之上厚而坚硬的岩层（基本顶）； 34、  岩体受外力作用而产生弹性变形时，在岩

8、体内部所储存的能量，称为弹性应变能。35、 在岩体内开掘巷道后，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增高部分称为支承压力。 36、 在煤层或矿床开采的过程中，一般把直接进行采煤或采有用矿物的工作空间称为回采工作面或采场。37、    赋存在煤层之上的岩层称为上覆岩层，在煤层之下的岩层称为底板。38、 围岩变形受阻而作用在支护结构物上的挤压力或塌落岩石的重力，统称为围岩压力。  由地心引力引起的应力场称为自重应力场； 由于地质构造运动而引起的应力场称为构造应力场 。 构造应力由地壳构造运动在岩体中

9、引起的应力，分为现代构造应力和地质构造残余应力。   构造应力以水平应力为主，具有明显的区域性和方向性。 构造应力特点：  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，最大应力与最小应力相差较大；  4）坚硬岩层中明显，软岩中不明显； 原岩应力分布基本规律： （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；&

10、#160;（4）最大主应力与最小主应力一般相差较大。 采空区的处理方法：刀柱法，顶板缓慢下沉法，全部或局部充填法，全部垮落法。 矿山压力假说：压力拱假说 悬臂梁假说 铰接岩块假说 预成裂隙假说   回采空间周围存在三个区：即应力降低区、应力增高区和采动影响区，且随着采面推进而前进。 三个理论： 砌体梁理论、传递岩梁理论、关键层理论 直接顶的第一次大面积垮落称为直接定的初次垮落。 直接顶初次垮落的标志是：直接顶垮落高度超过11.5m，范围超过全工作面长度的一半。 充满采空区所需直接顶厚度：

11、0;Kp 碎胀系数、 M煤层厚度。  直接顶的初次跨落步距：回采工作面从开切眼开始向前推进，到直接顶第一次跨落时的推进距离。 老顶初次断裂支架支撑四种形式：四边固支，一简三固，两简两固，三简一固。  回采工作面常见的矿山压力显现现象：顶板下沉，顶板下沉速度，支柱变形与折损，顶板破碎情况，局部冒顶，大面积冒顶。 老顶的初次来压步距：由开切眼到初次来压时工作面推进的距离。 动压系数：支架来压时载荷与平时载荷之比。   周期来压的主要表现形式是：顶板下沉速度急剧增加，顶板的下沉量变

12、大；支柱载荷普遍增加；有时还可能引起煤壁片帮、顶板台阶下沉、支柱折损，甚至工作面冒顶事故。 来压的大小还与采空区冒落矸石充满采空区的程度直接相关。充填越严实，来压越小。 预防老顶来压造成的事故的措施：判断老顶来压预兆；加强支护；保证支架规格质量；保证支架密度及支架稳定性。 老顶来压与平时压力强度的比值称为增载系数。 影响采场矿山压力显现的主要因素主要是：采高、采深、倾角和推进速度。 影响直接顶完整性的两个因素： 1、力学性质：（抗拉、抗压强度，弹模等） 2、岩层内节理裂隙的发育情况：（原生裂隙、构造裂隙、压裂裂隙。）

13、0; 一般可将各种节理裂隙分为以下三类： 原生裂隙：指岩层在形成过程中受温度、沉积作用等影响形成的弱面。构造裂隙：指岩层形成后，经剧烈的地质变动形成的弱面。 压裂裂隙：在煤层开采时引起的破坏面。 直接顶三种稳定性状态：1、破碎的顶板 2、中等稳定顶板 3、完整顶板 直接顶分为以下四类： 1、不稳定顶板 2、中等稳定顶板 3、稳定顶板 4、非常稳定顶板 底板比压（底板荷载集度）：支架底座对单位面积底板上所造成的压力。  工作阻力支柱受顶板压力作用而反应出来的

14、力称为支柱的阻力，也叫工作阻力。        岩层移动造成损害的表现： (1)形成矿山压力显现， 需对采场围岩进行支护。 (2) 岩层移动形成采动裂隙，会引起周围岩体中的水与瓦斯的运移，需对此进行控制与利用。 (3) 岩层移动发展到地表引起地表沉陷，导致农田、建筑设施的毁坏，需要对地表沉陷进行预测与控制。采动岩体中的关键层有如下特征：(1) 几何特征：相对其他相同岩性的岩层厚度较厚。 (2) 岩性特性：相对其他岩层较为坚硬，

15、即弹性模量较大，强度较高。 (3) 变形特征：在关键层下沉变形时，其上部全部或局部岩层的下沉量是同步协调的。 (4) 破断特征：关键层的破断将导致全部或局部岩层的破断，引起较大范围内的岩层移动。 (5) 支承特征：关键层破坏前以“板”(或简化为梁)结构作为全部岩层或局部岩层的承载主体，断裂后则成为砌体梁结构，继续成为承载主体。 岩层移动：煤层采出后，采空区周围原有的应力平衡状态受到破坏，引起压力的重新分布，从而引起岩层的变形、破坏与移动，并且由下向上发展至地表引起地表的移动，这一过程称为岩层移动或开采沉陷。 岩层移

16、动在竖直方向上分为三带：垮落带、裂隙带、弯曲下沉带。在水平方向上分为三区：即 A煤壁支撑影响区；B离层区；C重新压实区。 岩层移动与岩性和煤层的采高有关。 巷道围岩变形规律：1巷道掘进影响阶段，2无采掘影响阶段，3采动影响阶段，4采动影响稳定阶段，5二次采动影响阶段 在煤体与采空区地区，采动引起的底板岩层应力分为以下区域：原岩应力区、应力集中区、剪切滑移区、卸压区、应力恢复区和拉伸破裂区。 巷道的稳定性指数：巷道开掘前所处位置的最大主应力与巷道围岩岩石单向抗压强度的比值。 降低巷道围岩应力、提高围岩稳定性以及合理选择支护是巷道围岩控制

17、的基本途径。 根据围岩压力的成因，可分为以下四种类型： （1）松动围岩压力  （2）变形围岩压力  （3）膨胀围岩压力  （4）冲击和撞击围岩压力 沿空掘巷的三种方式：1、完全沿空掘巷、2、留小煤墙沿空掘巷（我国用得最多）锚杆的锚固力： （1）  根据锚杆对围岩的约束方式定义锚固力分：1、托锚力 2、粘锚力 3、切向锚固力  （2）  根据锚杆的锚固作用阶段定义锚固力分：1、初锚力 2、工作锚固力 

18、;3、残余锚固力  锚杆支护理论： （1）悬吊理论（2）组合梁理论（3）组合拱（压缩拱）理论（4）最大应力理论水平（5）围岩强度强化理论  软岩分为：（1）地质软岩（2）  工程软岩 地质软岩：指强度低、孔隙度大、胶结程度差、受构造面切割及风化影响显著或含有大量膨胀性黏土矿物的松、散、软、弱岩层的总称。 工程软岩：指在巷道工程里作用下，能产生显著变形的工程岩体。 软岩的特点：大面积压力和难以支护。 软岩巷道常用支护形式：（1）锚喷网支护（2）可缩性金属支架（3）弧板支护 巷道

19、底鼓的影响因素：（1）岩性状态（2）围岩应力状态（3）时间效应（4）软岩物化性质及力学性质的相互影响 软岩巷道底鼓的防治（1）起底（2）底板防治水（3）支护加固方法（4）应力控制方法（5）联合支护方法  巷道底鼓得形状可分为：折曲型、直线型和弧线型。 顶煤的破坏机理：剪切破坏和拉伸破坏。 影响顶煤冒放性的因素： 1.煤体强度 2.煤体裂隙分布的影响 3.顶煤厚度 4.夹矸影响 地质条件对冲击矿压的影响 （1）开采深度（深度越大，冲击矿压发生的可能性也越大。） （2）煤岩的力学

20、特征（煤强度越高，引起冲击矿压所要求的应力越小，反之，同样成立） （3）顶板岩层的结构特点 （4）地质动力因素 冲击矿压防范措施：（一）合理的开拓布置和开采方式（二）开采解放层 冲击危险的解危措施：（一）卸压爆破（二）煤层注水（三）钻孔卸压（四）定向裂缝 顶板大面积来压机理：是由于硬岩层大面积冒落而形成的。 顶板大面积来压的防治措施：（1）顶板高压注水（2）强制放顶（3）台阶式放顶 （4）超前深孔松动爆破放顶（5）地面深孔放顶 简答 1.采区巷道矿压控制的基本途径有哪些？试举例说明，指出其优缺点。

21、0;途径主要包括四个方面：抵抗高压、避开高压、移走高压和释放高压。现分别举例说明：  1）抵抗高压。巷道开在高压区，或巷道经受高压时用加强支护的手段来对付高压，防止巷道过大的变形或破坏。如：加密巷道的棚子(缩短棚子间距)；在棚子中打加强支柱；用锚杆支护以加固围岩等。抵抗高压的优点在于巷道布臵地点和掘进时间不受限制，但是需要大幅度提高巷道的支架承载能力，因此浪费物力、人力，成本高。有些情况下，仅靠抵抗高压并不能完全解决巷道安全维护问题。  2）避开高压。即在选择巷道位臵时，避开高压区，招巷道布臵在低压区，或在掘进时错过高压作用的时间，把巷道开在压力稳定的区

22、域。如采用无煤柱护巷，将巷通布臵在靠近来空区煤体边缘的卸载带内；在选择岩石平巷或上下山位臵时，将巷道布臵在支承压力影响范围以外的采空区下等，这些都属于在地点上避开高压。在掘进下区段沿空巷道时，待上区段工作面压实后再开掘，则同在时间上错开高压。 3）移走高压。巷道仍开在高压区，但采取人为的卸压措施，使高压转移至离巷道较 远的地方。如在巷道煤帮采用钻孔卸压或切槽卸压。这种为法的特点是不影响和改变开采 设计规定的巷道位臵，但增加了卸载工作所得要的工程费用。      4）释放高压。巷道仍开在高压区，但允许巷道围

23、岩有较大变形以释放部分能量。如 采用大可缩量的支架等。从支架围岩相互作用的观点是优越的；能利用围岩本身的 承载能力，但可缩支架结构较复杂。  2.简述综放开采工作面矿压显现的基本规律。 具有单一煤层的一般矿压显现规律，如初次来压、周期来压等； 1、 .综放面的支承压力分布规律：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、工作支架载荷不大，不因采高增加而加大 3、.放頂煤工作面的煤壁及端面顶板的维护显得特别重要。 4、放頂煤工作面的端头压力和两端平巷压力并不大。 5、支架前柱

24、的工作阻力大于后柱工作阻力。 6、下分层综放开采矿压显现任然具有一般开采矿压规律，但矿山压力显现程度有所减弱。  3.什么叫煤矿动压现象，它有几种形式？这几种形式的主要特征有何区别。 煤矿动压现象：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动力效应。 形式：冲击矿压、顶板大面积来压和煤及瓦斯突出。 区别：冲击矿压 是煤或岩体在高应力作用下，聚集了大量弹性形变，其中部分岩体趋近于无线平衡状态，当采掘工程接近该处时由于爆破等诱发因

25、素使力学平衡系统突然遭到破坏，煤、岩体瞬时发生脆性破坏，积聚的弹性变性能突然释放，其中相当一部分转化为动能，产生声响、冲击波，抛出大量煤或岩块等动压现象。   顶板大面积来压 则是指坚硬顶板在其下部煤体采空区，暴露面积达到一定程度时，由于自重作用，使弯曲应力超过极限应力而引起坚硬顶板原有裂隙扩展到贯穿该岩层时所发生的大面积顶板突然垮落。垮落时由于其重量产生冲击力，也由于把已采空间气体瞬时排出形成“暴风”，还由于坚硬顶板在弯曲变形时积聚的一部分弹性变形能释放，造成煤与瓦斯突出。 可以看出，上述三种动压现象都是在一定条件下积聚能量后而在采掘工作接近

26、时发生的突然破坏现象，是由于能量释放造成的动压显现。前两种是由于矿山压力作用；后一种不仅由于矿山压力作用，也有承压气体作用。  4.研究孔周围应力对研究矿山压力有何实际意义？有那些重要结论可以借鉴？ 意义：由于地下巷道和回采空间具有复杂的几何形状，以及巷道和回采空间周围岩体也是属于 非均质，非连续，非线性以及加载条件和边界条件复杂的一种特殊介质，到目前为止还 无法用数学力学的方法精确地求解出巷道周围岩体内各处的应力分布状态。根据采矿工 程的特点，通过将巷道及回采空间简化为各种理想的单一形状的孔来近似的求出巷道和 回采空间周围

27、的应力状态，对了解巷道变形的机理是十分有益和非常必要的。 重要结论： 1）孔周围形成了切向应力集中，最大切向应力发生在孔的周边。2） 应力集中系数的大 小，对于单孔来说，圆形孔仅与测压系数有关，对于椭圆来说，则不仅与测压系数有关 还与孔的轴长比有关。3） 3）不论何种形状的孔，它周围的应力重新分布，分布从理论上 说影响是无限的，但从影响的剧烈程度来看大都有一定的影响半径。4） 4）孔的影响范围 与孔的断面大小有关。 5.对原岩应力状态有哪几种假说？ 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

28、，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：认为地下深处的岩体由于长的地质作用和岩石的蠕变作用而使岩体中的侧向应力和垂直应力趋于相等。  6老顶的稳定性对工作面的支护原理有何影响 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、支架的可缩量及采空区处理方法的选择都有决定性作用的影响。坚硬的老顶其周围来压步距较大，来压强度较大，要求支架有较强的支护强度，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  

29、7采区平道矿压显现沿走向要经历那几个阶段 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  8简述采区巷道支护的主要形式 基本支护：一般包括木支护和金属支护；加强支护：主要为了抵抗采动影响所造成的矿山压力；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；巷道围岩加固：包括锚杆加固和化学加固 9 简述锚杆的支护原理？ 1悬吊理论 2.组合梁理论3.组合拱理论4.最大水平应力理论5.围岩强度强化理论  10分析加快工作面推进速度与改善顶板状况的关系 答：加快工作面推进速度

30、只是缩短落煤与放顶两个主要生产过程的时间间隔，能减少顶板下沉量，但同时也使顶板下沉速度加剧，只有在原先的工作面推进速度比较缓慢的条件下，加快工作面推进速度，才会对工作面顶板状况有所改变，当工作面推进速度提高到一定积变以后，顶板下沉量的变化将逐渐减小，并不能甩掉顶板压力。 11. 简述岩层移动引起的采动损害与煤矿绿色开采技术体系。 采动损害：  (1)形成矿山压力显现，引起采场和巷道的下沉、垮落、来压，甚至冲击矿压。  (2)形成采动裂隙，会引起周围岩体中的水与瓦斯的运移，导致井下瓦斯及突水事故。   &#

31、160;              (3)引起地表沉陷,导致农田、建筑设施的毁坏，造成沉陷盆地等。  煤矿绿色开采及绿色开采技术：从广义资源的角度上来认识和对待煤、瓦斯、水、土地等一切可以利用的各种资源。基本出发点：从开采的角度防止或尽可能减轻开采煤炭对环境和其资源的不良影响；目标：取得最佳的经济效益、环境效益和社会效益。绿色开采体系以关键层理论为指导，通过对岩层控制解决煤矿开采带来的损害。    

32、;  主要内容有：   水资源保护形成“保水开采”技术；   土地与建筑物保护形成离层注浆充填与条带开采技术；   瓦斯抽放一形成“煤与瓦斯共采”技术；   煤层巷道支护技术与减少矸石排放技术；  地下气化技术。  13.试述原岩层应力场的概念及主要组成部分。 答：原岩应力场：天然存在于原岩内而与人为因素无关的应力场称为原岩应力场。  组成部分：自重应力场、构造应力场。 

33、60;14原岩应力分布的基本特点？  1、 实测铅直应力基本上等于上覆岩层重量     2、  2、水平应力普遍大爷铅直应力  3、 水平应力与铅直应力的比值岁深度增加而减小     4、 最大水平主应力和最小水平主应力一般相差较大 15.支撑压力与矿山压力的区别？ 答：支承压力是矿山压力的一个重要组成部分，支承压力的存在对于围岩变形和破坏，对于巷道维护，工作面 落煤，开采过程中的冲击地压，煤与瓦斯突然喷出等都有直接

34、的影响。所以，支承压力是研究矿山压力及其控制的一个重要组成部分和主要对象。但它不是矿山 压力的全部内容，矿山压力除支承压力以外，还包括巷道及回采工作面周围岩体 对支架产生的力，围岩中的水平应力等等。  20老顶破时在岩体内将引起什么性质的挠动，其特点是什么？有何实用意义？ 1）老顶断裂位置在煤壁前方。  2） 老顶断裂后在一定趋于内出现“反弹”现象，而在另一些区域则出现“压缩”现象。3）老顶反弹量随M0、E、I及k等的数值变化而变化。  4）直接顶与煤层的垫层系数k越大，则反弹区域与反弹值越小；而垫层系数

35、k越小，则反弹区域与反弹值越大。  5）反弹效应在采场上下两巷同样有所反应，利用这种信息可预测预报老顶断裂。  23、支撑式、掩护式、支撑掩护式液压支架结构特征及适用范围。 支撑式：指在结构上没有掩护梁，对顶板的作用是支撑的支架称为支撑式支架。  掩护式：指在结构上有掩护梁，单排立柱连接掩护梁或直接支撑顶梁对顶板起支撑作用的支架。  支撑掩护式：具有双排或多牌支柱及掩护梁结构的支架，支柱大部或全部通过顶梁对顶板其支撑作用，可能有部分支柱是通过掩护梁对顶板起作用。  27简述开采后引起的上覆盖层的破坏方式及其分区 分为三带，垮落带、裂隙带、弯曲带。垮落带；破断后的岩块呈不规则垮落，排列极不整齐，松散系数比较大一般可达1.3-1.5，重新压实后可降到1.03左右，此区域与所开采煤层相邻，很多情况下是由于直接顶岩层冒落后形成的  裂隙带：岩层破碎后岩块排列整齐，碎胀系数较小，垮落带与裂隙带合称“两带”又称为“倒水裂缝带” &