矿山压力与控制习题

采矿00班《矿山压力及其控制》试卷（B）
一、 解释下列概念（30分）
1、 矿山压力显现――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.
2、 支承压力――由于井巷的掘进,使原岩应力再巷道的两侧重新分布；一般巷端切向应力的增加额叫支承压力.
3、 顶底板移近量――一般指煤壁到采空区边缘裸露的顶底板相对移近量.
4、 直接顶――一般使指直接位于煤层上方的一层或几层性质相近的岩层.
5、 增载系数――支架来压时的工作阻力与平时工作阻力之比.
6、 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.
7、 顶板下沉系数――每米采高每米推进度的顶板下沉量.
8、 支架工作阻力――支架受顶板压力作用而反映出来的力称为支架的阻力,又称工作阻力.
9、 原岩应力――岩石中自然条件下存在的应力,包括自重应力和构造应力.
10、冒落带――不支撑就会垮落的那部分岩层,包括直接顶和老顶.
二、 绘图解释岩石应力－应变全过程曲线（10分）.
一般原岩应力的全过程曲线分为五个阶段,如图1所示：
σ
D
C
B
E
A
 ε

（1） OA段：裂隙压密阶段；曲线上凹,岩石体积缩小,A点为压密极限.
（2） AB段：线弹性变形阶段,直线段,体积仍然减小,B叫做弹性极限.
（3） BC段：岩石裂隙扩张与新裂隙产生阶段,曲线下凹,体积开始由缩小转为增大,成为‘扩容’,C点为屈服极限.
（4） CD段：裂隙加速扩张,新裂隙迅速产生,显示出宏观破坏现象,体积膨胀加速,岩石承载能力达到强度极限D点.
（5） DE段：残余强度阶段,岩石全面破坏,承载能力逐渐降低,但尚有残余承载能力,这也是岩石材料的特点之一.
三、 简述岩体的基本特征（10分）.
1、岩体的非均质性：自然条件下组成岩石的物质成分、组织结构及其组合善经常变化,所以一般认为岩体是非均质的.
2、岩体的各向异性：大多数层状岩体在水平及铅直方向的致密程度不同,因而具有各向异性即岩体在不同方向上显示的物理力学性质有明显不同.
3、岩体的非连续性：岩体被各种结构面所切割,因此从原则上说岩体属于连续体.
四、 绘图说明双向等压作用下圆形巷道周边应力分布的基本规律,并加以解释（15分）.
1、在弹性条件下

如图2所示,根据弹性力学可以得到

即在巷道边缘切向应力 是所加应力的2倍,径向应力是零.随着距离的增大,切向应力和径向应力都逐渐接近原岩应力 .
2、在塑性条件下
如图3所示,由于巷道的开挖,而引起巷道周边的应力重新分布,重新分布的力使围岩产生了塑性变形,形成了塑性圈.而径向应力 与弹性条件下的一致,但切向应力 由于塑性变形而使其在巷道边缘不为零,并在巷道边缘到塑性圈是逐渐增大,过了塑性圈,规律与弹性条件下一致.

五、 响工作面矿山压力显现的主要因素.（15分）
影响采场矿山压力显现的主要因素是围岩性质,此外还有：
1、采高与控顶距：采高越大,采出的窨越大,必然导致采场上覆岩层破坏越严重.控顶距越大,矿压显现越严重.
2、工作面推进速度的影响：工作面推进速度越慢,矿压显现越严重.
3、开采深度的影响：随着开采深度的增加,巷道围岩的变形与支架上承受的压力都将增加,但开采深度对采场顶板压力大小的影响并不突出.
4、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.随着煤层倾角的增加,顶板下沉量将逐渐小.
5、分层开采时的矿山压力显现：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,破碎的顶板必然给顶板管理工作带来新的困难.
六、 试述采区巷道常用的支护形式.（10分）
巷道支护分为巷道内支护和巷旁支护.
1、巷道内支护形式有巷道内基本支护和巷道内加强支护两类.
其中,巷道内基本支护形式有：
1) 木材支架
2) 金属支架
3) 锚杆
巷道内加强支护主要有：
1) 永久性加强支护,即在巷道内安设支架以后不再拆除.
2) 临时性加强支护,临时性加强支护一般采用便于拆装和能及时承载的单体液压支柱或金属摩擦支柱.
2、巷旁支护
根据巷旁支护的力学特性和支护带的宽度,可以将巷旁支护分为如下：
1) 矸石带
2) 木垛
3) 密集支柱
4) 人工砌垛
5) 刚性浇注带
七、 冲击矿压形成的三个基本条件是什么?（10分）
冲击矿压形成的三个基本条件,也就是对其机理的认识：
1. 强度理论：煤岩体破坏的原因和规律,实际上是强度问题,即材料受载后,超过其强度极限时,必然要发生破坏.
2. 能量理论：矿体与围岩系统的力学平衡状态破坏后所释放的能量大于消耗的能量时,就会发生冲击矿压.
3. 冲击倾向理论：煤岩介质实际的冲击倾向度大于规定的极限值,就会发生冲击矿压现象.