矿压复习题

9.支撑式、掩护式、支撑掩护式液压支架结构特征及适用范围。（128）
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：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。
矿山压力显现：在矿山压力作用下，会引起各种力学现象，如岩体的变形、破坏、塌落，支护物的变形、破坏、折损，以及在岩体中产生的动力现象。这些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）
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）
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的动力效应。这些现象统称为煤矿动压现象。（294）
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，部分巷道垮落破坏等。冲击矿压还会引发或可能引发其他矿井灾害，尤其是瓦斯、煤尘爆炸、火灾以及水灾，下扰通风系统，严重时造成地面震动和建筑物破坏等。因此，冲击矿压是煤矿重大灾害之一。（294）
一、重要概念
矿山压力：地下岩体在受到开挖以前，原岩应力处于平衡状态。开掘巷道或进行回采工作时，破坏了原始的应力平衡状态，引起岩体内部的应力重新分布，直至形成新的平衡状态。这种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，在相关学科中也称为二次应力或工程扰动力。（1）
二、简答与分析论述
1.简述原岩应力场的概念及主要组成部分。（40）
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。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，构造应力与岩体的特性(岩体中裂隙发育密度与方向，岩体的弹性、塑性、粘性等)，以及正在发生过程中的地质构造运动和历次构造运动所形成的地质构造现象(断层、榴皱等)有密切关系。自重应力场和构造应力场是原岩应力场的主要组成部分。
坚硬的岩层称为老顶。一般是由砂岩、石灰岩及砂砾岩等岩层组成。（65）
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）
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）
8.简述我国缓倾斜煤层工作面顶板分类方案。（122）
为了指导回采工作面的顶板管理，选择合适的液压支架形式，单体支架的文护方法和采空区处理措施；以及为了确定液压支架的文护强度和单体支柱的支护密度，以提高工作面的安全程度，减少顶板事故等，原煤炭工业部颁发了缓倾斜煤层采煤工作面顶板分类方案。采煤工作面直接顶类别按其在开采过程中表现的稳定程度进行划分，共分为4类，其中1类又分为2个亚类，对于2类直接顶，可根据需要分为两个亚类，其具体指标见表5—1。表5—1中，tr为直接顶平均初次垮落距。
有的矿山压力显现直接随开采深度的增加而增大，如煤壁的片帮，底板的鼓起，冲击地压等都随着开采深度的增加而变得明显和剧烈。而有的矿山压力显现和开采深度并无明显关系。如顶板的下沉和支架上所承受的载荷并不随开采深度的增加而正比例的增大。因为顶板的下沉直接受裂隙带的岩层形成的大结构和支架特性影响，并和煤层的采高，老顶及直接顶的力学性质及它们的厚度因素有关。支架上所承受的载荷主要取决于顶板下沉特点和支架自身的性能，一般不随开采深度的增加而增大。
冲击能指数：在单轴压缩状态下，煤样全“应力一应变”曲线峰值c前所积聚的变形能Es与峰值后所消耗的变形能Ex之比值。它是包含试件“应力一应变”全部变化过程的曲线，直观和全面地反映了蓄能、耗能的全过程，显示了冲击倾向的物理本质。（298）
浅埋煤层：根据实测，浅埋煤层可分为两种类型：典型的浅埋煤层，近浅埋煤层。
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）
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)
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
锚固力：为锚杆对围岩的约束力。（242）
软岩：分为地质软岩和工程软岩。（256）
地质软岩：指强度低，孔隙度大，胶结程度差，受结构面切割及风化影响显著或含有大量膨胀性粘土矿物的松、散、软、弱岩层的总称。
工程软岩：指在巷道工程力作用下，能产生显著变形的工程岩体。巷道工程力是指作用在巷道工程岩体上的力总和，工程软岩的定义揭示了软岩的相对性质。
对于基岩比较薄、松散载荷层厚度比较大的浅埋煤层，其顶板破断运动表现为整体切落形式，易于出现顶板台阶下沉。此类厚松散层浅埋煤层称为典型的浅埋煤层，其特征可以概括为埋藏浅、基载比小、老顶为单一关键层结构的煤层。
对于基岩厚度较大、松散载荷层厚度较小的浅埋煤层，其矿压显现规律介于普通工作面与浅埋煤层工作面之间，顶板结构呈现两组关键层，存在轻微的台阶下沉现象，可称为近浅埋煤层。（283）
周期来压：随着回采工作面的推进，在老顶初次来乐以后，裂隙带岩层形成的结构将始终经历“稳定一失稳一再稳定”的变化，这种变化将呈现周而复始的过程。出于结构的失稳导致了工作面顶板的来压，这种来压也将随着工作面的推进而呈周期性出现。因此，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）
10.简述采场支架与围岩关系特点。（146）
所谓“支架与围岩关系”就是工作面支架和工作面顶、底扳之间的相互作用和相互影
响，即支架对围岩既要支撑又罢适应的关系。从目前掌握的资料来看，采场支架与图岩关系有如下几个特点：
①支架－围岩是相互作用的一对力。
②支架受力大小及其在回采工作面分布的规律与支架性能有关。还与支架与围岩支撑系统的总体特性有关。事实证明，刚性、急增阻式、微增阻式或恒阻式支架受力在工作面的分布状态是不一致的，恒阻式支架的受力比较均匀。
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用的岩层称为关键层。（174）
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）
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）
在工作面推进速度很慢的情况下，加快工作面的推进速度对于减小顶扳的下沉虽，改善顶板曲维护状况显然是有利的。但是，如果工作面的推进速度已提高到一定程度后，再提高工工作面的推进速度不但不能减小顶板的下沉量，反而会使顶扳活动更加剧烈。从理论上来讲，用加快工作面推进速度的方法来减小顶板下沉量，改善顶板维护状况是有一定限度的。因而企图用加快工作面推进速度来甩掉矿山压力的想法更是不现实的。
若直接顶岩层的培落厚度为∑h，则垮落后堆积的高度为Kp?∑h它与老顶之间可能留下的空隙△为：
△＝∑h＋M－Kp－∑h=M-Kp?∑h（Kp-1）
当M＝∑h（Kp-1）时，△=0，即冒落的直接顶将充满采空区。此时下沉量较小，常可忽略不计。因此，形成充满采空区所需直接顶的厚度为：
随着老顶初次断裂，老顶破断岩块的变形迫使直接顶变形而向支架方向加载荷，此时直接顶就不再可能形成初次放顶时可能发生的离层状态。但是老顶破断岩块形成的变形失稳与滑落失稳将对直接顶的稳定性产生影响。
3）岩按闷的断裂角θ要小于岩块间的摩擦角ψ
4）岩块间的剪切力Q要小于岩块问的摩擦力，即岩体结构上作用的载荷不易过大。
6.分析加快工作面推进速度与改善顶板状况的关系。（112）
从实测的“s一t”曲线中可以看出，加快工作面的推进速度实质上意味着减少了工作面的控顶时间，也减少了时间因素对顶板下沉的影响，无疑可以减少顶板的下沉量，改善顶板维护状况。但是加快工作面的推进速度却在一定的时间间隔内增加了工序的影响次数，即缩短了相邻两个工序的时间间隔，同时也必然使顶板的下沉量加剧。当工作面推进速度加快到一定程度后，可能会出现前一工序影响的顶扳下沉还未稳定，后一个工序的影响却已来到。这样，会使工作面顶板始终处于剧烈活动的情况下。显然，这种信况对项板的渠护是非常不利的。
5.分析采场上覆岩层结构失稳条件（☆）
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，坚硬岩层断裂成岩按后排列鳖齐并互相咬合，这样，就可以建立一个势定的力学模型。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Sl要小，厚度h较大，且Sl要远小于ho。
岩石的碎胀性是指岩石破辞后散乱后堆积的体积比破碎前整体状态下增大的特性，一般用碎胀系数KP表示。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．
3.煤柱下方底板岩层中应力分布特点及其实际意义？（62）
上述是在集中力p作用下形成的空间σz应力分布情况。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。前西德学者雅可毕将煤层开采条件理布进行了模拟计算。得到了σz应力线的分布图如图所示。其假设的条件是；采深为800m，上覆岩层体积力为25kN／m3。图中的单位是10MPa，因此图中的等应力线2即相当于原岩应力。在煤柱或煤体下方的一侧为增压区，而在采空区下方一侧为减压区。当多煤层开采时，岩体内的σz应力线将更为复杂。