矿山压力复习提要

1、1、矿山压力：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在巷硐支护物上的力，叫矿山压力。2、矿山压力显现：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，叫矿山压力显现。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，均叫做矿山压力控制。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，也称为岩体初始应绝对应力或地应力。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应力增高部分称为支撑应力。6、老顶：通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

2、。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。8、直接顶初次垮落：直接顶的第一次大面积垮落称为直接顶初次垮落。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。10、老顶初次来压：当老顶悬露达到极限跨距时，老顶断裂形成三铰拱式的平衡，同时发生已破断的岩块回转失稳（变形失稳）。有时可能伴随滑落失稳（顶板的台阶下沉），从而导致工作面顶板的急剧下沉。此时，工作面支架呈现受力普遍加大现象。即称为老顶的初次来压。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。12、关键层：将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

3、用的岩层称为关键层。13、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。14、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煤体无煤柱（沿空掘进）巷道。15、锚固力：锚杆对围岩的约束力。（1）根据锚杆对围岩的约束力方式定义锚固力可分为托锚力、粘锚力、切向锚固力；（2）根据锚杆的锚固作用阶段定义锚固力可分为初锚力、工作锚固力、残余锚固力。16、软岩：软岩定义分为地质软岩和工程软岩。（1）地质软岩指强度低、孔隙较大、胶结程度差、受构造面切割及风化影响显著或含

4、有大量膨胀粘土的松、散、软、弱岩层的总称；（2）工程软岩时指在巷道工程力作用下，能产生显著变形的工程岩体。巷道工程力时指作用在巷道工程岩体上的力的总和。工程软岩的定义揭示了软岩的相对性实质。17、煤矿动压现象：煤矿在开采过程中，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。18、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，支架与设备损坏，人员伤亡，部分巷道垮落

5、破坏等。19、冲击能指数：冲击能指数Ke在单轴压缩状态下，煤样全“应力-应变”曲线峰值C前所积聚的变形能Es与峰值后的变形能Ex之比值。20、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。1、简述原岩应力场的概念及主要组成部分？答：原岩应力场的概念：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。原岩应力场的主要组成部分：自重应力场、构造应力场2、原岩应力分布的基本特点？答：1、实测铅直应力基本上等于上覆岩层重量 2、水平应力普遍大于铅直应力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3、煤柱下方底板岩层中应

6、力分布特点及其实际意义？答：煤层底板下方有高应力区和低应力区巷道应布置在低应力区。距煤柱水平距离越远，应力越小，距煤柱越近应力越大。在实际工程中很少遇到集中载荷作用的情况，但是通过这个解，可以知道应力在岩体内的传递规则，并且可以用积分的方法解决其他形式载荷条件下的应力分布问题。4、简述岩石破碎后的碎胀特征及其在控制顶板压力中的作用?答：特征：岩石破碎后，杂乱堆积，岩体的总体力学特性类似于散体。由于岩层破碎后体积将产生膨胀，因此直接顶跨落后，堆积的高度要大于直接顶岩层原来的厚度。作用：对于岩层控制来说，碎胀性有重要作用，当煤层采出形成采空区后，项板处于悬露状态，就会发生破坏堵蒂，并给工作面顶报管

7、理造成影响以至危害。由于顶板岩石有碎胀性，垮落后体积增大，能充填部分因煤层采出后形成的采空区，其上覆岩层的活动对工作面就没有明显的动压影响了。因此，碎胀性对工作预顶板管理有重要意义5、分析采场上覆岩层机构失稳条件？答：1、结构的滑落失稳，剪切力大于咬合点处的摩擦力，此结构将出现滑落失稳。即失稳的与否取决于老顶破断岩块的高长比，高长比较小，结构抗滑落失稳能力越大，一般情况下，失稳岩块的高长比要大于0.4-0.5； 2、结构的变形失稳，这时指在岩块的回转过程中，由于挤压处局部应力集中，致使该处进入塑性状态，甚至局部受拉而使咬合处破坏造成岩块回转进一步加剧，从而导致整个结构失稳，当岩梁破断后，岩块互

8、相咬合中间下沉量到达时，即形成岩块结构变形失稳。6、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。7、试分析开采深度对采场矿山压力及其显现的影响？答：开采深度对巷道矿山压力显现的影响可能比较明显，如在松软岩层中开掘巷道，随着深度的增加，巷道围岩的“挤、压、鼓”现象将更为严重。随着深度增加，巷道围岩的变形与支架

9、上承受的压力都将增加。岩层受重力而变形，它所积聚的能量与深度的平方成正比。因此，对有冲击矿压危险的矿井，随着深度的增加，发生冲击矿压的次数与强度将显著增加。但开采深度对采场顶板压力大小的影响并不突出，因而对矿山压力显现的影响也不明显，尤其是对顶板下沉量的影响。随着采深增加，支承压力必然增加，从而导致煤壁片帮及底板鼓起的几率增加，由此也可能导致支架载荷增加。8、简述我国缓倾斜煤层工作面分类方案？答：直接顶分类：1不稳定顶板：又分为两个亚类2中等稳定顶板：也有两个亚类3稳定顶板4非常稳定顶板。老顶分类：1不明显2明显3强烈4非常强烈。老顶来压显现9、解释支撑式、掩护式、支撑掩护式液压支架结构特征及

10、适用范围？答：1、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；采高1.5m以上，直接顶3、4类、底板类以上、煤层倾角20度以内的长壁工作面2、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；直接顶为1、2、3类，老顶、级，底板为2类以上的条件3、支撑掩护式：指具有双排或多排立柱及掩护梁结构的支架，支柱大部或全部通过顶梁对顶板起支撑作用，可能有部分支柱是通过掩护梁对顶板起作用。适用范围介于两者之间10、简述采场支架与围岩关系特点？答：1支架与围岩是相互作用的一对力；2、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；3、支架结构及尺寸对顶板

11、压力的影响。11、分析采场支架工作阻力与顶板下沉量的“P-L”曲线关系？答：支架工作阻力与顶板下沉量的关系在一定程度上反映了支架与围岩的相互作用关系。从PL曲线可以得出一下结论：不同的顶板条件，PL曲线的斜率不同，但都呈双曲线关系。在一定工作阻力以上，支架工作阻力增加对顶板下沉量影响较小，但低于此值则影响极大支架的工作阻力并不能改变上覆岩层“大结构”的总体活动规律。回采工作面支架应具备以下两个基本特性：一是必须具备一定的可缩量；二是必须具备有良好的支撑性能，即一定的工作阻力。13、简述绿色开采技术体系？答：针对煤矿中土地、地下水、瓦斯以及矸石排放等，“绿色开采技术”主要包括以下内容：1、水资源

12、保护形成“保水开采”技术；2、土地与建筑物保护形成离层注浆、充填与条带开采技术；3、瓦斯抽放一形成“煤与瓦斯共采”技术；4、煤层巷道支护技术与减少矸石排放技术；5、地下气化技术。15、简述控制岩层移动的技术？答：岩层移动控制技术可分为三类：（1）留设煤柱控制岩层移动1、部分开采：条带开采、房柱式开采2、留设保护煤柱（2）充填法控制岩层移动：1、采空区充填2、覆岩离层区充填（3）调整开采工艺及参数控制岩层，如限厚开采、协调开采、上行开采等。16、简述回采工作面周围支承压力应力状况？答：煤层开采以后，采空区上部岩层重量将向采空区周围新的支撑点转移，从而在采空区周围形成支承压力带，工作面沿倾斜和倾斜

13、方向及开切眼一侧煤体上形成的支承压力，在工作面采过一段时间后，不再发生明显变化，称为固定支撑压力，回采工作面推过一段距离后，采空区上覆岩层活动趋于稳定，因此，在距工作面一定距离的采空区，也可能出现较小的支承压力，称为采空区支承压力。18、沿留空巷矿压显现基本特征？与沿空掘巷矿压显现的主要区别？答：沿空留巷矿压显现特征1、采动时期。沿空巷道位于采空区边缘，保留期间经历上区段工作面的采动影响，巷道顶板的下沉、破坏必然受到采空区上覆岩层沉降总规律的制约。上区段工作面过后，老顶发生断裂失稳，然后回转下沉压实采空区。在这个过程中，沿空巷道煤帮及巷道支护发生剧烈变形。沿空留巷的围岩应力主要取决于规则移动带

14、岩层中块体B取得平衡之前，引起的附加载荷。2、上区段工作面采动影响稳定后，沿空留巷煤帮的承载能力与支承压力很快处于平衡状态。围岩变形显著下降并趋于稳定。3、本区段工作面回采时，规则移动带岩层原有的平衡状态将受到强烈影响。在超前支承压力作用下，规则移动带岩层将有一定的回转下沉，造成围岩应力再次重新分布集中，巷道围岩表现出强烈变形。沿空留巷的顶板下沉规律4、回采工作面推进引起的上覆岩层运动，其发展是自上而下的，上部具有明显的滞后笥，沿巷留巷的顶板会在较长时间内受到老顶上覆岩层运动的影响。主要区别：沿空留巷与沿空掘巷最大的区别在于沿空留巷经历两次采动影响，并且留巷需要巷旁支护。19、跨巷回采卸压的基

15、本原理？答：煤层开采以后，在煤层底板中形成一定范围的应力增高区和应力降低。位于煤层底板的巷道，若处于应力增高区，将承受较大的集中应力而遭到破坏。处于应力降低区，则易于维护。根据采面不断移动的特点以及巷道系统优化布置的原则，可在巷道上方的煤层工作面进行跨采，使巷道经历一段时间的相的高应力作用后，长期处于应力降低区内。跨采的效果主要取决于巷道与上方跨采面的相对位置，即巷道与上部回采煤层间的法向距离z，巷道与上部回采煤层煤柱边缘的水平距离x。20、如何根据锚杆对围岩的约束方式定义锚杆锚固力？答：根据锚杆对围岩的约束力方式定义锚固力1 托锚力 ：托锚力包括安装锚杆时，通过拧紧螺母产生的锚杆托板对围岩的

16、预紧力，水涨式管状锚杆杆体纵向收缩，使托盘对围岩产生预紧力，以及锚杆托板阻止围岩向巷道内位移时，对围岩施加的径向支护力。2 粘锚力 ：粘结剂将围岩与锚杆粘结成整体，由于围岩深部与浅部变形的差异，锚杆通过粘结剂对围岩施加粘结力来抑制围岩变形。粘结力就是锚杆杆体的轴力。摩擦锚固式锚杆通过杆体与围岩之间的摩擦力对围岩施加锚固力来抑制围岩变形。3 切向锚固力 ：围岩的变形大多从围岩的弱面开始，在围压作用下围岩沿弱面滑动或张开。锚杆体贯穿弱面，限制围岩沿弱面滑动或张开，这种限制力称为切向锚固力。21、为什么说锚注支护时软岩巷道支护的新途径？答：锚杆支护的锚固力在很大程度上取决于岩体的力学性能，软岩巷道可

17、锚性差是造成锚杆锚固力低和失效的重要原因。利用锚杆兼做注浆管，实现锚注一体化，是软岩巷道支护的一个新途径。对于节理裂隙发育的岩体，注浆可改变围岩的松散结构，提高粘结力和内摩擦角，封闭裂隙，显著提高岩体强度。注浆加固为锚杆提供可靠的着力基础，使锚杆对松碎围岩的锚固作用得以发挥，进一步提高岩体强度。采取锚杆与注浆相结合的发法，使锚杆和注浆的作用在各自适用的范围内得到充分发挥，可提高对软岩的支护效果。22、简述软岩巷道变形力学机制？答：从理论上分析软岩巷道变形力学机制，可分为三种形式，即物化膨胀类型（也称低强度软岩）、应力扩容类型和结构变形类型。(1)膨胀类型机制 膨胀岩含有蒙脱石、高岭土和伊利石等

18、强亲水粘土矿物，这几类矿物由于其晶体结构特殊，能将水分子吸附在晶层表面和晶层内。既具有矿物颗粒内部分子膨胀，又具有矿物颗粒之间的水膜加厚的胶体膨胀。同时通过毛细作用吸入水，使岩石体积膨胀。（2）应力扩容变形机制 变形机制与力源有关，软岩在结构应力、地下水、重力、工程偏应力作用下，岩体产生破坏变形，微裂活动迅速加剧，形成拉伸破坏和剪切面，体积扩胀。工程偏应力即本书中的矿山压力，是应力扩容变形中不可忽略的力源。（3）变形机制 变形机制与硐室结构和岩体结构面的组合特征有关。结构面的成因类型，结构面的结合特征，结构面的力学性质，结构面相对于硐室的空间分布规律及它制约下形成的岩体结构控制着软岩变形、破坏

19、规律。23、简述影响顶煤冒放性的主要因素，提高顶煤冒放性的主要措施？答：主要因素：煤体强度、煤体裂隙分布影响、放顶厚度、夹矸影响 主要措施：对于裂隙不发育的坚硬厚煤层(f35)，实施综放开采时，通常需采用顶煤爆破或注水方法改善顶煤的冒落形态和冒落块度。在工作面顶煤中沿顶板掘进两条平行煤巷，在巷内钻进平行于采面的深孔，在工作面支承压力区前方利用深孔实施顶煤预爆破，在顶煤中形成爆破裂隙和扩展煤体中的原有裂隙，增大裂隙密度，从而在整体上改变了顶煤的性质，衰减了顶煤整体强度，然后在支承压力作用下，对顶煤进行压裂和破碎，使之具有较好的冒落形态和冒落块度，易于顶煤放出。在产量较低的工作面，也可在支架间向放

20、顶煤钻空进行爆破，破碎支架上方顶煤。采用住水软化顶煤时，可在顶煤中开掘专用注水施工巷道，向两侧顶煤中钻进注水钻孔，也可利用工作面两巷道施工注水钻孔。25、简述大面积来压的机理和防治措施？答：机理：顶扳大面积来压是由坚硬顶板岩层大面积冒落而形成的。目前较多的看法认为它的机理是，进行开采后，顶板大面积悬露而不垮落，在自重应力作用下，当弯曲应力值超过其极限强度时，出现断裂缝。防治措施：（1）、顶板高压注水：从工作面两巷向顶板打深孔，进行高压注水；（2）、强制放顶：用爆破的方法认为地将顶板切断，并使顶板冒落形成矸石垫层。“循环式”浅孔放顶“步距式”深孔放顶台阶式放顶超前深孔松动爆破地面深孔放顶；（3）

21、预防暴风措施。12、简述开采后引起的上覆岩层的破坏方式及其分区？答：根据采空区覆岩移动破坏程度，可分为“三带”：1、垮落带。当煤层开采后，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叫垮落带2、裂隙带。垮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叫做裂隙带。3、弯曲下沉带。再向上直至地表的岩层只有弯曲下沉而无断裂这一带叫弯曲下沉带根据裂隙带内岩层的移动特点，沿工作面推进方向可将其分为以下几区A区域，及煤壁支承影响区。这个区域在煤壁前方30-40m的范

22、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B区域，也称为离层区，这个区是在回踩回采工作面推过后的采空区上方。特点是破段岩层垂直位移急剧增加，其下部的速度大于上部的速度，因而下部岩层和上部岩层发生离层。C区域，重新压实区，已断裂的岩层重新受到已冒落矸石支撑时，变形曲线又趋于缓和。在此区域内，各层移动速度的特点是邻近煤层岩层的运动速度要缓于其上覆岩层，各岩层又进入互相压合的过程。17、采区平巷在其服务期内沿走向的矿压规律有哪些？采动影响带的前影响区和后影响区内矿压显现试件和机理有何不同？答：采区巷道从开掘到报废，经历采动造成的围岩应力重新分布过程，围岩变形会持续

23、增长和变化。以受到相邻区段回采影响的工作面回风巷为例，围岩变形要经历五个阶段。1、巷道掘进影响阶段。煤体内开掘巷道后，巷道围岩出现应力集中，在形成塑性区的过程中，围岩向巷道空间显著位移。随着巷道掘出时间的行长，围岩变形速度逐渐衰减，趋向缓和。巷道的围岩变形量主要取决于巷道埋藏和围岩性质。2、掘进影响稳定阶段。掘进引起的围岩应力重新分布趋于稳定，由于煤岩一般具有流变性，围岩变形还会随时间而缓慢增长，但其变形速度比掘巷初期要小得多，巷道的围岩变形速度仍取决埋藏深度和围岩性质。3、采动影响阶段。前影响区时，巷道受上区段工作面（A）的回采影响后，在回采引起的超前移动支承压力作用下，巷道围岩应力重新分布，塑性区显著扩大，围岩变形急剧增长。在后影响区时，在工作面（A）后方附近，由巷道上方和采空区一侧