采矿08级《矿山压力与岩层控制》试卷答案(B)

贵州大学2010-2011学年第二学期考试试卷 B 《矿山压力与岩层控制》答案及评分标准
注意事项：
1. 请考生按要求在试卷装订线内填写姓名、学号和年级专业。

2. 请仔细阅读各种题目的回答要求，在规定的位置填写答案。

3. 不要在试卷上乱写乱画，不要在装订线内填写无关的内容。

4. 满分100分，考试时间为120分钟。

一、填空题（共20分,每空1分）
1.根据“砌体梁”理论，回采工作面，竖向可分为垮落带、裂缝带、弯曲沉降带三带；横向可分为支承压力区、离层区、重新压实区三区。

2.直接顶初次跨落的标志是直接顶垮落高度超过1～1.5m，范围超过工作面长度的一半。

3. 矿山地下开采中，采空区的处理方法主要有全部垮落法、刀柱法（煤柱法）、充填法、顶板缓慢下沉法。

4.长壁工作面顶板压力估算的方法主要有经验估算法、老顶结构平衡关系估算法、威尔逊算法。

5.原岩应力包括自重应力、构造应力。

6.直接顶分为四类，分别为不稳定顶板、中等稳定顶板、稳定顶板、非常稳定顶板。

二、名词解释（共20分,每小题4分）
1. 关键层：在直接顶上方存在厚度不等、强度不同的多层岩层，其中一层至数层厚硬岩层在采场上覆岩层活动中起主要的控制作用。

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用的岩层称为关键层。

2. 初次来压：回采工作面由于老顶第一次失稳而引起顶板压力异常增大的剧烈的矿压活动。

3. 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，称作矿山压力显现。

4. 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，在一定条件下突然发生破坏或抛出，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力现象。

5.工程软岩：是指在巷道工程力作用下，能产生显著变形的工程岩体。

三、简答题（共30分,每小题6分）
1. 请简要叙述影响采场矿山压力显现的主要因素有哪些？
答：影响采场矿山压力显现的主要因素是采场围岩性质，此外以下因素对矿压显现有重要影响：（２分）
A、采高和控顶距；
B、工作面推进速度；
C、开采深度；
D、煤层倾角的影响；（4分）
2.采场支架对老顶工作方案有哪些？简述各方案特点。

答：采场支架对老顶有两种工作方案：给定变形工作方案和限定变形工作方案
（2分）1）给定变形特点：支架对老顶岩梁处于给定变形工作状态时，岩梁运动稳定时的工作状态由岩梁的强度和两端的支承情况决定；（2分）
2）限定变形特点：支架对老顶运输必要限制，岩梁运动稳定时的状态不能沉降至最低位置，而是由支架的阻力决定。

（2分）
3. 试分析加快工作面推进速度与改善顶板状况的关系？
答：因为支承压力对煤壁的压裂过程以及在采空区的压实过程，均为时间过程；并且上覆岩层破断后，岩块间的相互咬台也经常要经历失稳阶段以及处于极限平衡状态。

因此，反映在工作面，顶板的下沉也是一个时间过程。

在工作面回采过程中，进行落煤和放顶时，顶板下沉表现最为剧烈，平时则比较缓和。

（1分）
根据分析，一般放炮的影响范围是在沿工作面倾斜方向上下各为15m左右，剧烈影响范围则为沿倾斜方向上下5m左右。

根据测定，放顶的影响范围沿工作面向上为20m，向下为10m。

剧烈影响范围向上为10m，向下为5m左右。

（1分）所谓工序对顶板下沉量的影响，实质上就是开采后上程岩层形成的“结构”在其前后支承力不断推移过程中对工作面顶板所带来的影响。

（1分）
事实上，加快工作面的推进速度只是缩短了落煤与放顶两个主要生产过程的时间间隔。

从理论上说，其结果肯定能减小顶板下沉量，但同时必然使顶板下沉速度加剧。

由于落煤与放顶所造成的剧烈影响都是在较短的时间内(如1—2h)完成的，加快推进速度只能消除一部分平时的下沉量，但绝不能消除此工序的剧烈影响所造成的下沉量。

所以，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圆顶板状态有所改善。

当工作面推进速度提高到一定程度后，顶板下沉量的变化将逐渐减小。

因而想把顶板压力“甩掉”的企图实际上是不能实现的。

（3分）
4. 作图表示，说明沿空留巷顺槽从掘进到报废的变形过程
解：在整个服务期间围岩变形要经历七个阶段（3.5分）
（1）在煤体内开掘巷道后，破坏了原始应力状态，巷道围岩出现应力集中，在围岩塑性破坏发展过程中，巷道周边发生显著移近。

随着掘进时间延长，围岩移近速度将逐步降低。

（2）掘进巷道引起的应力重新分布趋向稳定后，由于一般具有流变性质，巷道围岩仍保持一定变形速度。

（3）在上区段工作面超前支承压力作用下，围岩塑性区进一步扩大，围岩变形增长较快。

（4）在工作面后方岩梁断裂前下沉及岩梁断裂后显著运动过程中，老顶岩梁运动迫使巷道顶板快速下沉，将造成很大的下沉量；
（5）在老顶触矸后，随着采空区矸石压实后，巷道围岩移近速度趋近于稳定；
（6）回采引起的顶板活动和应力分布趋向稳定，巷道围岩保持一定的流变速度；
（7）受下区段工作面回采影响时，由于支承压力叠加使煤柱塑性区显著增大，引起巷道围岩变形。

（2.5分）
5. 简述厚煤层综合放顶煤开采时的矿压显现规律？
答：放项煤工作面也具有单一煤层采面的一般矿压显现规律，如初次来压，周期来压等，但由于一次采高增大，煤炭开采对直接顶岩层和老顶的扰动范围增大，加之直接顶力学持性的变化，势必引起采面矿压显现的新特点。

（1分）
(1)支承压力分布。

在顶板以及煤层条件、力学性质相同情况下，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。

（1分）
(2)工作面支架载荷不大，仍有周期来压现象，但不明显，初次来压强度也不大。

（1分）
(3)煤壁和端面顶板的维护显得十分重要。

顶煤易碎，易产生端部冒顶。

（1分）
(4)端头压力和工作面两端平巷压力并不大。

（1分）
(5)支架前柱的工作阻力大于后柱的工作阻力。

（1分）
四、综合题（30分,每小题15分）
1、某矿3号煤层厚2.6m，直接顶板为厚4.2m的页岩，随采随冒，老顶为厚8.6m的砂岩，其上有厚3m左右的页岩。

该矿采区平巷布置方式曾有以下几种：
1）留25m煤柱；
2）留10～15m煤柱；
3）沿空掘巷；
4）沿空留巷。

你认为哪种护巷方式较好？与其他几种相比主要优点是什么？
解：应采用沿空掘巷。

因为该矿煤厚2.6m，采用沿空巷道不仅对减轻巷道受压是有利的，而且可以大大降低由于煤柱而造成的煤炭损失。

从煤层赋存条件来看，直接顶厚度仅4.2m，为煤厚度的1.6倍，开采根本不可能充满采空区，而老顶为8.6m厚的砂岩，其上又有3m厚的页岩随它一同运动，故表现为明显或较强烈的周期来压。

在我国目前技术水平下，如采用沿空留巷，在后方采动影响带的巷道极难维护，因此应在工作面后方顶板冒落后采用沿空掘巷。

（7分）
与其它护巷方式比较，沿空掘巷具有明显的优越性：
（1）如采用留10～15m煤柱，恰使处于支承压力高峰带，显然巷道维护困难，沿空巷道则处于应力降低区。

（4分）
（2）如采用25m煤柱，巷道可能处于支承下降区，受压情况可能好于留10～15m煤柱时，但仍不如沿空巷道，而且留煤柱太大，显然不合理。

（4分）
2、请叙述综采液压支架如何选型？液压支架对围岩的适应性是如何体现的？
答：液压支架选型不仅包括支架的架型及额定工作阻力，支护强度等参数，而且涉及顶梁、护帮、底座、侧推及阀组等主要部件的选型
及其参数的决定。

(1)根据顶板岩石力学性质、厚度及岩层结构
和弱面发育程度确定直接顶类型；
(2)根据老顶岩石力学特性及矿压显现特征
确定其级别；
(3)根据底板岩性及底板抗压人强度和刚度
测定结果，确定底板类型；
(4)根据矿压实测数据计算额定工作阻力或
根据采高、控顶宽度及周期来压步距，估算
支架所需的支护强度和每米阻力；
(5)根据顶底板类型、级别反采高，初选所需的额定支护强度，初选支架型式；
(6)考虑工作面风量，行人断面，煤层倾角，修正架型及参数；
(7)考虑采高、煤壁片帮(煤层硬度和节则)的倾向性及顶板端固冒路度、确定顶梁及扩帮结构；
(8)考虑煤层倾角及工作面推进方向，确定侧推结构及参数；
(9)根据底板抗压人强度，确定支架底座结构参数及对架型参数的要求；
(10)利用支架参数优化程序(考虑结构受JJ最小)，使支架结构优化。

综采工作面的顶板控制问题突出地表现在支架与围岩的适应性上，当适应性好时，顶板事故率低，工作面高产、高效。

适应性主要表现在以下三方面：液压支架的架型及主要参数；支架在煤层特殊赋存条件下的适应性及工作面处于持殊地点及时期的控顶技术。