矿压习题集及总结课件

1、1什么是矿山压力和矿山压力显现？答：地下岩体被采动以前，在其自重的作用下形成的原岩应力是处于平衡状态的。当在煤、岩体内开掘巷道或进行回采工作时，就会破坏原来的应力平衡状态，引起岩体内的应力重新分布。这种由于矿山开采活动的影响，在巷硐周围岩体中形成的和作用于巷硐支护物上的力定义为矿山压力。由于矿山压力的作用在巷道、回采工作面引起的一系列力学现象，如围岩的变形或挤入巷道，岩体破坏、移动或冒落，煤体被压碎、片帮或突然抛出，支架的变形或破坏，充填物产生压实，岩层和地表的移动或塌陷等，这些由于矿山压力作用使巷硐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，简称为矿压显现。第二章矿山岩体的原岩应

2、力及其重新分布一、内容提要1岩体内原岩应力的概念岩体内形成原岩应力的主要原因有两种，由于岩体自重而引起的自重应力和由于地质构造运动而引起的构造应力。自重应力是形成岩体垂直应力和水平应力的根本原因。构造应力主要是指水平应力。在矿山地质构造简单地区的岩体可能只有自重应力，在地质构造复杂地区的岩体中可能同时有自重应力和构造应力存在。二、习题1什么叫原岩应力状态，对原岩应力状态有几种假说？答：地壳中没有受到人类工程活动影响的岩体叫做原岩。原岩的原始应力状态。原岩所处的应力状态叫做原岩的原始应力状态。关于原岩的应力状态有两种假说：（1）弹性假说，认为岩体处于弹性状态，其受力与变形的关系附合虎克定律，在垂

3、直应力作用下将在岩体中引起水平应力的作用，其侧压系数l0.250.43。（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和岩石的拐变作向应力和垂直应力趋于相等，即侧压系数l=1。第三章回采工作面上覆岩层活动规律及其分析一、内容提要1老项岩层的梁式平衡回采工作面自开切眼向前推进一段距离以后，直接顶开始垮落，老顶悬露于采空区之上而未折断，类似于一端由工作面前煤壁支撑，另一端由边界煤柱支撑的两端固定的梁。这时，开采空间上覆岩层处于平衡状态，通常将这种状态称为老顶的梁式平衡。2老顶岩层断裂时的极限跨距随着回采工作面的推进，当老顶岩梁达到一定跨距时，老顶岩梁因其中的应力超过岩梁的强度极限而

4、发生断裂。通常将老顶岩梁要断裂时的跨距称为老顶岩梁的极限跨距。其数值可按以下公式计算：（1）当回采空间周围均未采动时，可按固定梁计算：（2）当回采空间周围均已采空或用刀桂法管理顶板时，其极限跨距可按简支梁计算，=3裂陈体梁的平衡老顶岩层达到极限跨距以后，老顶岩层就要断裂形成所谓裂凉体。但断裂后的岩块由于向下回转时产生相互挤压和摩擦而不发生垮落。这时，断裂岩块间形成三铰拱式平衡。通常将这种平衡称为裂隙体梁的平衡。裂隙体梁的平衡条件可用下式表示：()qj- 式中R两岩块之间的剪力；T岩块之间的水平挤压力；j岩块间的摩擦角；q一一岩块间的断裂角。5有关岩体“结构”的矿山压力假说”（1）压力拱假说。该

5、假说认为在回采工作空间上方由于岩层自然平衡而形成一个“压力拱”，前后拱脚之间形成一个减压区，回采工作面支架只承受压力拱内岩石重量的作用。（2）悬梁假说。该假说认为顶板在初次垮落以后，可将其看作是一个悬臂梁，随着工作面的推进，悬臂梁发生周期性拆断；因而造成回采工作面的局期来压。（3）预成裂隙假说。该假说认为，煤层开采后，由于支承压力的作用顶板的连续性被破坏，形成成组出现的矿压裂隙在工作面周围形成应力降低、应力升高和采动影响区，三个区域随着工作面的推进同时向前移动。这时，可将其视为“假塑性体，被各种裂隙破坏了的假塑性体彼此压紧形成预应力梁，此梁在自重和上覆岩层的作用下发生弯曲、下沉、滑移以至垮落。

6、为了控制顶板，支架应有足够的初撑力和工作阻力，并应及时支撑住顶板岩层。（4）铰接岩块假说。该假说认为，很据直接顶分层厚度和煤层采高的关系不同，可将开采空间上方的顶板岩层分为冒落带和裂隙带。裂隙带内岩块可以互相咬合形成三铰拱式平衡，使采场免受上部岩层的作用。6裂隙带岩层的结构模型及形成岩体结构的平衡条件上覆岩层的岩体结构主要由坚硬岩层组成，软岩层只作为载荷，坚硬岩息断裂成岩块后排列整齐并互相咬合，这样，就可以建立一个静定的力学模型。根据力学计算，岩体结构的平衡条件为：（1）岩块间应有足够的水平推力，且不可过大。（2）岩块的下沉量S1要小，厚度h较大，且S1要远小于h。（3）岩块间的断裂角。要小于

7、岩块间的摩擦角（4）岩块间的剪切力Q要小于岩块间的摩擦力，即岩体结构上作用的载荷不易过大。二、习题1什么是直接顶、伪顶和老顶，它们之间有何不同？答：赋存在煤层之上的岩层统称为煤层的顶板。直接位于煤层之上的一层或几层性质相似的岩层称为直接顶，它由于具有一定稳定性，在回采工作面回柱放顶后易跨落的页岩、砂页岩等不太坚硬的岩层组成。位于直接顶和煤层之间，厚度小于0.3m至0.5m极易冒落的较软弱岩层称为伪顶。它随着煤体的破落而冒落，通常由炭质页岩组成。位于直接顶之上（有时直接位于煤层之上）的厚而坚硬的岩层称为老顶。它通常不随回采工作面回柱放顶而冒落，而是以铰接岩梁的形式下沉，一般由砂岩、砾岩和石灰岩等

8、坚硬岩层组成。老顶是引起回采工作面顶板初次来压和周期来压的主要原因。老顶岩层愈厚、愈坚硬，矿山压力显现愈强烈。直接顶是影响回采工作面顶板初次来压和周期来压剧烈程度的主要原因，直接顶愈厚初次来压和周期来压显现就愈弱，反之，来压显现愈强烈。2怎样理解长壁工作面顶板在初次来压前的“拱”或“梁”，式结构？答：随着回采工作面的不断向前推进，直接顶不断冒落，当直接顶之上存在有比较坚硬的岩层时，坚硬岩层不易冒落，可能形成大面积悬露，这时悬露在采空区上部的坚硬岩层是一端由工作面前煤壁支撑，另一端由采空区煤柱支撑的板，由于工作面沿倾斜的长度远大于坚硬岩层沿走向的跨距，因此，可以将此悬露的坚硬岩层视为两端固定的“梁”，如图31a所示。随着工作面推进，悬露的坚硬岩层达到极限跨距，就要发生弯曲和断裂。此时，由于断裂岩块的向下转动而在岩块之间产生强大的水平挤压力，从而形成如图31b所示的“三铰拱”式平衡，此三铰拱可以支撑上部岩层的部分重量。再有一种情况就是，直接顶以上没有坚硬的岩层，随着工作面的向前推进顶板呈层状冒落而形成“冒落拱”式结构，如图31c所示。在煤层开采过程中，由于顶板岩层中有梁或