有关采场上覆岩层活动规律的假说

矿山压力与控制复习题及答案

矿山压力与控制复习题铅直应力公式：δ＝γh一填空1．按照岩石的力学强度和坚实性，常把矿山岩石分为__坚硬岩石_和 __松软岩石______。

2．根据成因不同，岩石的种类可以分为岩浆岩、沉积岩和变质岩。

3．原岩应力场的形成主要是由自重应力和构造应力等因素引起的。

4．岩石发生破坏的基本形式有两种，分为屈服、断裂。

5．通常把采场顶板分为三松软顶板，下硬上软顶板和下软上硬顶板三类。

6．对老顶来压预报一开始是根据观测老顶的三量来预报老顶来压的，所指的三量为工作面顶板移近量、支架载荷量和支柱下缩量。

7．常见的顶板事故可以分为局部冒顶事故和大面积切顶垮面事故两类。

8．通常情况下，老顶周期来压步距为初次来压步距的_三分之一__。

9．冲击地压成因机理的理论判据：能量理论刚度理论冲击倾向性理论10．常用的液压支架形式有：支撑式支架、支撑掩护式支架和掩护式支架三种。

11．根据采煤工作面上覆岩层移动发展的程度，可以将上覆岩层划分为三个带，分别是冒落带、裂隙带和弯曲下沉带。

12．工作面支柱插入底板的破坏形式有三种：整体剪切、局部剪切和其他剪切13．根据岩石试样含水状态不同，可分为：天然密度，饱和密度和干密度。

14.矿山充填分为：水力充填、干式充填、胶接充填15.支柱的工作特性类型：①急增阻式②微增阻式③恒阻式15.直接顶的完整程度取决于岩层本身的力学性质，直接顶岩层内由各种原因造成的层理和裂隙的发育程度。

16.蠕变变形曲线可分为稳定蠕变和不稳定蠕变两类。

17.采区巷道的主要支护形式有基本支护，加强支护，巷旁支护和巷道围岩加固。

18.根据破断的程度，回采工作面上覆岩层可分为冒落带和裂隙带。

19.节理裂隙分为原生裂隙，构造裂隙，压裂裂隙。

20.动压现象的一般成因和机理，可归纳为三种形式，即冲击矿压，顶板大面积来压和煤与瓦斯突出。

21.顶板下沉量是指活柱下缩量、顶梁的压缩量及支柱插入顶、底板量的总和。

二、名词解释1、岩体：含结构面的原生地质体。

矿山压力与岩层控制复习题(华科题库)

一、名词解释1、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以后的切向应力增加部分称为支承压力。

2、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。

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。

4、回踩工作面（采场）：在煤层或矿床的开采过程中，一般把直接进行采煤或采有用矿物的工作空间。

4、伪顶: 位于直接顶和煤层之间，厚度小于0.3~0.5m的极易垮落的软弱岩层，一般随采随冒。

5、直接顶: 直接位于煤层上方的一层或几层性质相近的岩层6、矿山压力: 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定义为矿山压力。

7、老顶: 位于直接顶（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。

8、底板：位于煤层下方的岩层。

9、顶板：赋存在煤层之上的岩层。

10、端面破碎度：指支架前梁端部到煤壁间顶板破碎的程度。

11、底板比压：将支架底座对单位面积底板上所造成的压力称为底板载荷集度，即底板比压。

12、支护工作阻力：支柱受顶板压力作用而反映出来的力。

13、始动阻力：在顶板压力作用下，活柱开始下缩的瞬间支柱上所反映出来的力。

14、关键层：对采场上覆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15、老顶的初次来压：随着工作面的推进,老顶岩梁的长度和悬露面积逐渐增大,当其自重和上覆岩层作用力超过本身强度时,就会发生断裂而垮落.此时的垮落来势较猛,垮落面积较大,回采工作面压力显著增加,这种情况通常称为老顶的初次来压.16、关键层理论：为老顶来压预报提供理论依据提出岩层断裂前后的弹性基础梁力学模型及各种不同支撑条件下的力学模型。

17、支架的初撑力：利用升柱工具和锁紧装置使支柱对顶板产生一个主动力，这个最初形成的主动力称为支柱的初撑力。

///支架的初撑力指的是支架刚支设时，对工作面顶板所提供的支撑力18、原岩应力：存在于地层中未受工程扰动的天然应力。

薄基岩浅埋采场上覆岩层运动规律研究

薄基岩浅埋采场上覆岩层运动规律研究摘要：近年来，随着煤矿采掘活动日益增强，采深、采高不断增加，放顶煤开采工艺也得到了飞速发展。

同时，由放顶煤围岩移动诱发的顶板高冒、矿井透水、冲击矿压等灾害越来越严重，给矿井正常生产带来极大威胁。

很多事故用二维平面模型解释顶板岩层运动规律，与真实情况偏差很大，对工程实践指导意义不大。

基于此，本文主要对薄基岩浅埋采场上覆岩层运动规律进行分析探讨。

关键词：薄基岩浅埋采场；覆岩层；运动规律1、前言液压支架处于下位基本顶形成的小结构保护之下，因此，当下位基本顶破断或者破断岩块所形成结构失稳过程，必然会对工作面液压支架有较大的冲击。

为了研究支架顶板载荷，选择下位基本顶作为研究对象，认为上位基本顶对液压支架作用力较小。

基本顶初次断裂后，可简化看作悬臂岩梁，其运动过程经历超前煤壁断裂、旋转、下沉、回转。

2、直接顶运动过程工作面煤层推进过程中，直接顶板的初次垮落距的大小与其岩性、岩体强度、节理裂隙分布等有密切的关系。

随着工作面不断向前推进，直接顶板岩层出现自下而上逐层垮落的现象。

与普通综采工作面相比，大采高综采工作面直接顶的下沉垮落高度明显变大。

随着煤层的不断回采，直接顶的厚度与基本顶的位态一直处于变化过程中，即直接顶的下沉垮落高度和基本顶岩层的稳定程度综合决定了采空区的充填范围和程度。

因此，通过由基本顶初次来压之前的支架监测数据推导而来的直接顶厚度是偏小的，薄的直接顶厚度对采空区充填有限，导致采空区矸石接顶不完全，当基本顶来压时，会有较大的位移才能够平衡。

因此，加剧基本顶破断后形成的冲击载荷。

因此，在顶板载荷估算时应该充分考虑顶板切落形成的动载荷。

3、基本顶的初次来压随着工作面继续推进，基本顶岩层破断，最初形成两个岩块、三个铰接点的“三铰拱”式平衡结构。

随着工作面继续推进，基本顶岩层可能形成三块或更多的块的岩块组成的平衡结构，这种结构表面上似梁、实质上是拱，从宏观上看是“三铰拱”式结构，此时的支撑点是前后拱脚，工作面支架在“三铰拱”式平衡结构的保护之下。

2020年中国矿业大学(北京)采矿工程专业矿山压力及其控制考研模拟试题及答案解析一_1_

中国矿业大学（北京）采矿工程考研全真预测一《矿山压力及其控制》一、名词解释（30分）1、矿山压力；2、碎胀系数；3、周期来压；4、支承压力；5、弹性后效；6、格里菲斯强度理论；7、充分采动；8、构造应力；9、岩石单轴抗压强度；10、结构面二、绘图解释岩石应力—应变全过程曲线。

（15分）三、绘图说明采煤工作面前方支承压力分布的基本规律及其分区。

（15分）四、简述工作面常见顶板事故产生的原因。

（15分）五、简述构造应力分布的基本特点。

（10分）六、简述采场支架与围岩石相互作用原理。

（15分）七、简述影响岩体强度的主要因素。

（15分）八、已知弹性波在某岩体中传播速度V M=1750m/s，弹性波在该中岩石中传播速度V R=2120m/s，岩石单向抗压强度R c=220MPa，单向抗拉强度R t=20MPa，试求该岩体的准岩体强度R cm及R tm。

（10分）九、试述采场上覆岩层关键层的特征。

（10分）十、论述有关采场上覆岩层活动规律的假说。

（15分）《矿山压力及其控制》模拟试题一参考答案一、名词解释（30分）1、矿山压力：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上的力。

2、碎胀系数：岩石破碎后处于松散状态下的体积与岩石碎胀前处于整体状态下的体积之比。

3、周期来压：老顶初次来压以后，随着工作面的继续推进，由于裂隙带岩层周期性失稳而引起的顶板来压现象称为工作面顶板的周期来压。

4、支承压力：在岩体内开挖巷道后，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。

5、弹性后效：加载（或卸载）后经过一段时间应变才增大（或减小）到一定数值的现象。

6、格里菲斯强度理论：认为在材料内部存在许多均匀地、随机分布的窄缝形微裂隙。

在力的作用下，处于不利方位的裂隙端部就产生应力集中现象，使该处的应力达到所施加压力的几十倍甚至上百倍，于是裂隙就沿其长度方向开始扩张，直至材料整体破坏。

矿山压力与岩层控制名词解释+简答

矿山压力：由于矿山开采活动的影响，在巷硐周围岩体行程的和作用在巷硐支护物伤的力。

矿山压力显现：由于矿压的影响，而表现出来的一系列有形的变形。

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。

原岩应力：存在于地层中未受扰动的天然应力。

原岩应力分分布的基本规律：①实测铅直应力基本上等于上覆岩石层重量。

②水平应力普遍大于铅直应力。

③平均水平应力与铅直应力的比值随深度增加而减小。

④最大水平主应力和最小水平主应力一般相差较大。

构造应力：是由于地壳构造运动在岩体中引起的应力。

构造应力的基本特点：构造应力以水平力为主，具有明显的区域性和方向性。

①一般情况下地壳运动以水平运动为主，构造应力主要是水平应力；而且地壳总的运动趋势是相互挤压，所以水平应力占绝对优势。

②构造应力分布不均匀，在地质构造变化比较剧烈的地区，最大主应力的大小和方向往往有很大的变化。

③岩体中的构造应力具有明显的方向性，最大水平主应力和最小水平主应力之值一般相差较大。

④构造应力在坚硬岩层中出现一般比较普遍，在软岩中存储构造应力很少。

砌体梁结构：在上覆岩层中存在由断裂岩块组成的“砌体梁”，因岩块相互挤压，形成承载结构。

认为：①上覆岩层可以坚硬岩层为底划分若干组，其上软弱岩层为载荷；②随着工作面推进上方坚硬岩层断裂形成岩块，岩块间受水平推力成铰接关系；③铰接岩块在某些条件下可形成平衡体。

弹性应变能：岩体受外力作用而产生弹性变形时，在岩体内部所储存的能量。

极限平衡状态：随着破坏向岩体内部发展，岩块的抗压强度逐渐增加，直到某一半径R处岩块又处于弹性状态，这样，半径R范围内的岩体就处于极限平衡状态。

减压区和增压区（支撑压力区）：比原岩应力晓得压力区是减压区，比原岩应力高的压力区是增压区（即支撑压力区）。

采场：把直接进行采煤或采有用矿物的工作空间称为回采工作面或简称采场。

顶板：赋存在煤层之上的岩层称为顶板或称为上覆岩层。

底板：赋存位于煤层下方的岩层称为底板。

上覆岩层结构及运动规律

1.2. 2上覆岩层结构及运动规律研究现状自采用长壁开采技术以来，回采工作面上覆岩层的结构及运动规律一直是采矿学科研究的核心问题之一。

许多学者结合现场实测，通过理论分析、实验室模拟和数值分析等方法研究了上覆岩层的结构及运动规律，提出了许多有价值的理论和围岩控制技术。

由于地质条件的差异较大、研究人员切入点的不同，形成了许多的假说和理论体系。

这些研究成果都以不同方式回答了上覆岩层结构的形式问题，用以解释采场各种矿山压力现象，因此，这些假说和理论研究成果对岩层控制都具有一定的指导意义。

1916年德国的K. Stock提出悬臂梁假说，假说认为：工作面和采空区上方的顶板可被视为梁，它是一端固定于岩体内，另一端则处于悬升状态，当顶板由几个岩层组成时，形成组合悬臂梁，弯曲下沉后，受已垮落岩石的支撑，当组合悬臂梁的悬臂长度达到某个极限时，发生有规律的周期性折断，从而引起周期来压。

此假说可以很好地解释工作面顶板下沉量和支架载荷随煤壁由近及远逐渐增大，同时还可以解释工作面的周期来压现象。

该假说不足之处是计算的顶板下沉量和支架载荷与实际相差较大。

1928年，德国人哈克(w. Hack)和吉果策尔(G. Gilicer)提出了压力拱假说，假说认为：长壁工作面自开切眼起形成了压力拱，前拱脚位于煤壁前方，后拱脚位于采空区，在拱脚处形成应力增高区，拱内为应力降低区。

压力拱随着工作面的推进而向前移动。

压力拱假说能很好的解释围岩的卸载过程和原因，但不能解释上覆岩层的运动、变形和破坏过程。

原苏联的r. H.库兹涅佐夫于1950--1954年提出了铰接岩块假说。

此假说认为：上覆岩层的破坏可分为垮落带和规则移动带。

垮落带又可分为整齐排列的上部分和杂乱无章的下部分，并且垮落带无水平方向有规律的挤压力。

岩块之间相互铰合形成了一个多环节的铰链，并且有规则地在采空区上方逐渐下沉。

该假说认为:工作面支架处于“给定载荷状态”和“给定变形状态”两种工作状态。

矿山压力及其控制考试大纲

《矿山压力及其控制》考试大纲学院（盖章）：负责人（签字）：专业代码：081901、081920、430119专业名称：采矿工程、资源开发规划与设计、矿业工程考试科目代码：825 考试科目名称：矿山压力及其控制（一）考试内容试题以钱鸣高、石平五编著《矿山压力及其控制》（第一版）（中国矿业大学出版社，2003年11月，徐州）为蓝本，内容涵盖该教材的第一至十一章，非煤矿山岩层控制与研究方法等方面的内容都可能涉足到，但以煤矿地下开采方面的知识为主，兼顾露天矿和金属矿地下开采的矿山压力问题。

试题重点考查的内容：一. 矿山岩石和岩体的基本性质1. 矿山岩石、岩体的基本力学属性2. 岩体破坏的基本强度理论与判别标准二. 矿山岩体的原岩应力及其重新分布1. 岩体中的原岩应力和弹性变形能2. 圆形巷道周边应力分布求解的理论方法3. 围岩的极限平衡与支承压力分布4. 支承压力在底板岩层中的传播三. 采场顶板活动规律1. 有关采场上覆岩层活动规律的假说2. 直接顶和老顶的垮落、断裂形式3. 回采工作面上覆岩层活动规律与分析方法四. 采场矿山压力显现基本规律1. 老顶的初次来压和周期来压2. 回采工作面矿山压力显现的基本规律3. 回采工作面前后支承压力的分布4. 影响采场矿山压力显现的主要因素五. 采场顶板支护方法1. 顶板分类与底板特征2. 采场支架类型与支架力学特征3. 采场支架与围岩相互作用原理4. 回采工作面顶板控制及常用支护方法5. 综合机械化采煤工作面顶板控制设计六. 采场岩层移动与控制1. 岩层移动引起的采动损害类型2. 岩层控制的关键层理论3. 采场上覆岩层移动规律与控制技术4. 采场底板破坏七. 巷道矿压显现规律1. 巷道围岩应力及变形规律2. 受采动影响巷道矿压显现规律及其控制方法八. 巷道维护原理和支护技术1. 无煤柱护巷2. 巷道围岩卸压3. 巷道金属支架与锚杆支护4. 软岩巷道围岩变形规律及其支护技术九. 厚煤层综放开采岩层控制1. 顶煤破碎机理与运移规律2. 放顶煤开采矿山压力显现的基本规律十. 浅埋煤层开采岩层控制1. 浅部煤层长壁工作面上覆岩层活动特点2.浅埋煤层采场支护方式十一. 煤矿动压现象及其控制1. 冲击矿压现象形成特点、发生机理及分类2. 冲击矿压的预测预报及危险性评定3. 冲击矿压的防治技术措施（二）考试的基本要求是：一. 基本概念要清晰。

第三章采场上覆岩层运动和发展的基本规律

《矿山压力与岩层控制》之第三章《矿山压力与岩层控制》之第三章采场上覆岩层运动和发展的基本规律采场上覆岩层运动和发展的基本规律山东科技大学资环学院资源工程系山东科技大学资环学院资源工程系本章提要本章特点学习难点有较多的基本概念有较多的基本规律矿岩层运动和破坏形式的判断方法岩层纵向组合运动的分析方法岩层推进方向岩层运动各阶段的参数特点上覆岩层运动和破坏的基本形式上覆岩层在推进方向上的运动规律上覆岩层纵向运动发展的基本规律上覆岩层运动参数的确定P1§ 3.1上覆岩层运动和破坏的基本形式3.1.1上覆岩层运动的两种基本形式3.1.3上覆岩层破坏形式的判断3.1.2 岩层运动发展至破坏的力学条件3.1.4岩层破坏形式的转化§3.3上覆岩层在推进方向上的运动规律§3.4 上覆岩层运动参数的确定§3.2上覆岩层纵向运动发展的基本规律P23.1.1上覆岩层运动的两种基本形式一弯拉破坏的运动形式1 运动过程上覆岩层悬露如图3.1（a）在其重力作用下弯曲如图3.1（b）端部开裂如图3.1（c）形成“假塑性岩梁”如图3.1（d）自行跨落如图3.1（e）P3（b）（a）（c）（d）P4（e）岩层运动由弯曲沉降发展至破坏的力学条件是岩层中的最大弯曲拉应力达到其抗拉强度。

即：（3.1）2 力学条件图3.1弯拉破坏的运动形式P5二剪（切）断破坏的运动形式弯曲变形端部开裂（图3.3（a））整体切断跨落（图3.3（b））1 运动过程P6（a）（b）图3.2 剪切运动的基本形式P72 剪断的充要条件当采场推进至岩梁端部开裂位置附近，剩余抗剪断面上的剪应力超过限度，虽其中部还未裂开，只要岩层下部有少量运动空间，岩层即被剪断。

3 显现特点动压冲击支架阻力不够顶板沿煤壁切下如图3.3（a）台阶下沉如图3.3（b）P8（a）（b）图3.3 剪断运动形式对工作面的威胁P93.1.2 岩层运动发展至破坏的力学条件悬跨度达到极限跨度中部裂断弯拉破坏深入煤壁的两端部断裂力学过程弯坏的力学过程，就是其支承条件由双嵌固梁向简支梁发展的过程。

煤矿开采覆岩移动规律的相似模拟研究

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｓｉｍｉｌｒａｍａｔｅｉｒａｌｓ；ｏｖｅｒｂｕｄｅｒｎｓｔｒａｔａｍｏｖｅｍｅｎｔ；ｔｈｅｌａｗｏｆｄｉｓｔｉｒｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｒｅｅ—ｚｏｎｅ；ｍｏｖｅｍｅｎｔａｎｄｄｅ — ｆｏｒｍａｔｉｏｎ
ＩＪ５Ｉ罱
均采深３９２．５ｍ，煤层均厚１．８ｍ，工作面走向长７２０ｍ。
倾向长１５５ｍ，实行大采高一次采全高综合机械化采煤，
顶板管理采用全部垮落法，工作面推进速度４ｌａｔｉｎｇＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅＬａｗｏｆＭｏｖｅｍｅｎｔｏｆＣｏａｌＭｉｎｅｄＳｔｒａｔａ
ＭＡＲｏｎｇ—ｚｈｅｎ，ＸＵＬｉａｎｇ— ｊｉ，ＧＡＯＳｈｕａｎｇ
ｍｅｎｔａｎｄｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｏｖｅｒｂｕｒｄｅｎｓｔｒａｔａｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄｕｎｄｅｒｔｈｅｍｉｎｉｎｇｉｎｌｕｆｅｎｃｅ．ｎｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｅｄｔｈａｔａｆｔｅｒｍｉｎｉｎｇ．ｉｎｔｈｅｏｖｅｒ－ｂｕｒｄｅｎｓｔｒａｔａ，ｃｏｌｌａｐｓｉｎｇｓｔｒａｐ，ｃｒａｃｋｓｔｒａｐｎｄａｄｅｌｆｅｃｔｉｏｎｓｔｒａｐｗｅｒｅｆｏｒｍｅｄｉｎｔｕｒｎ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｉｆｖｅｐｒａａｍｅｔｅｒｓｏｆｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ，ｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎ，ｃｕｒｖａｔｕｒｅ。ｈｏｒｉｚｏｎｔｌａｍｏｖｅｍｅｎｔａｎｄｈｏｉｒｚｏｎｔａｌｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｔｈｅｍｅｃｈｎｉａｃｌａｓｔａｔｅｏｆｏｖｅｒｂｕｒｄｅｎｓｔｒａｔａｗｅｒｅｓｕｍｍａｉｒｚｅｄ．

标准版《矿山压力与压力控制》课后习题答案

矿山压力与压力控制习题第0章绪论1、顶板事故频繁发生的基本原因是什么?答：顶板事故频繁发生的基本原因是：（1）没有很好地研究和掌握各个具体煤层需要控制的岩层范围及其运动的规律（包括运动发生的时间和条件等），顶板控制设计缺少基础；2）没有深入地研究和掌握各种类型支架的特性，特别是在生产现场所能达到的实际支撑能力。

没有解决好针对具体煤层条件选好和用好支护手段方面的问题；3）没有更好地揭示支架与顶板运动间的关系，达到正确合理的选择控制方案。

2、矿山压力与岩层控制研究的主要任务是什么?答、矿山压力与岩层控制研究的主要任务为：（1）研究随采场推进在其周围煤层及岩层中重新分布的应力（包括应力大小及方向等）及其发展变化的规律。

该应力的存在和变化是煤及岩层变形、破坏和位移的根源，也是采场及周围巷道支架上压力显现的条件。

搞清分布在煤层及各个岩层上的应力状况，揭示它们随采场推进及岩层运动而变化的规律，是采场矿山压力研究的重点。

（2）研究采场支架上显现的压力及其控制方法。

包括压力的来源、压力大小及与上覆岩层运动间的关系、正确的控制设计方法等。

（3）研究在采场周围不同部位开掘和维护的巷道的矿山压力显现及其控制办法。

包括不同时间开掘的巷道压力的来源、巷道支架上显现的压力大小及其影响因素、以及支架与围岩运动间的关系等。

（4）控制采动岩层活动的主要因素分析。

从十分复杂的采动岩层活动中建立采动岩层的结构力学模型，从而展开对采场顶板矿压、采场突水、岩层移动及地表沉陷规律等进行系统描述。

（5）深部开采时采场支承压力分布、岩层结构及运动特点、围岩大变形的控制机制等。

3、矿山压力与岩层控制研究历史上主要存在几种假说？并叙述各假说的内容及优缺点？答：（1）掩护“拱”假说掩护拱假说的基本观点是：①采动形成的工作空间是在一种“拱”的结构掩护之下；② “拱”结构承担上覆岩层的重量，通过拱脚传递到煤层及岩体上的压力及由此在煤及岩体中形成的应力，是煤及岩层破坏的原因，也是“拱”结构本身向外扩展的条件；③采场空间的支护仅承受拱内已破坏岩层的岩重，支架是在由“拱”的结构尺寸所圈定的破碎岩石荷重下工作—即在一定的载荷条件下工作，支架上显现的压力大小与支架本身的力学特性无关。

h第三章采场上覆岩层活动规律及其分析

；
qL2 在梁的两端(x＝0；Ｌ)，Mmax＝ 12
在梁的中部(x＝ L 2
12:02
)，M＝ 1 qL2。 24
第三章采场上覆岩层活动规律及其分析
§2 老顶岩层的稳定性
一、老顶岩层的梁式平衡
若为简支梁：
此时，剪力相同，但弯矩不同。即：
x qx M x R1 ·x qx· L x 2 2
图3–10 多层梁的载荷计算图
12:02 第三章采场上覆岩层活动规律及其分析
§3 老顶初次破断时的极限跨距
一、梁式断裂时的极限跨距
每个岩层梁在其自重下形成的曲率不同
ki 1
i

Mi x
Ei J i
(Hale Waihona Puke i 为曲率半径)各岩层组合在一起，曲率必然趋于一致。于是形成了如下的关系：
M1 M2 Mn E1 J1 E2 J 2 En J n
12:02 第三章采场上覆岩层活动规律及其分析
§2 老顶岩层的稳定性
二、老顶岩层作为板结构时弯矩分布与破断形式
（1）以四边固支的板为例，老顶岩层 X形破坏形成过程：
12:02
第三章采场上覆岩层活动规律及其分析
§2 老顶岩层的稳定性
二、老顶岩层作为板结构时弯矩分布与破断形式
（2）当采场处于一边采空的条件下(该边作为简支条件)，其破断规律与四周固支时相近。（3）当老顶岩层处于两边简支两边固支时如下：长边出现裂缝 → 工作面推进 → 长边另出现裂缝(原裂缝闭合) → 短边出现裂缝 → 裂缝贯通，板中央出现X形破坏。（4）当工作面处于三边采空时，老顶岩层的破断过程与上述情况相仿。
种梁断裂时的极限跨距为：

采场顶板活动规律

由于采矿工程涉及到岩层内的原岩应力场以及岩体性质的复杂性，针对采场的矿山压力现象提出了各种不同的解释，这种解释（即揭示矿山压力现象内在联系的推测或科学的概括）称为矿山压力假说，它们丰富和促进了矿山压力理论的发展。
12
3.2.1 压力拱假说
（德国哈克等，1928）
假说观点：
由于岩层自然平衡的结果而形成一个前拱脚（支撑点）在工作面前方煤体，后拱脚（支撑点）在采空区内已垮落的矸石上或采空区充填体上。在前后拱脚间形成了一个减压区，回采工作面的支架只承受压力拱内岩石的重量。
讨论：悬臂梁假说解释了：
（1）采场煤壁处顶板下沉量小，支架载荷也小，而距煤壁越远则两者均大的现象。
（2）采场出现前支承压力、周期来压现象。该假说提出了各种计算方法，但由于并未查明开采后上覆岩层活动规律，因此仅凭悬臂梁本身计算所得的顶板下沉量和支架载荷与实际所测得的数据相差甚远。
14
3.2.3 铰接岩块假说
（前苏联库兹涅佐夫，1950)
讨论：
（1）正确解释了顶板分带情况。（2）提出了老顶铰接岩块结构形式。（3）没有解决结构平衡条件。
假说观点：（1）采场上覆岩层分为垮落带和裂隙带，二者差别在于，裂隙带岩块间存在有规律的水平挤压力的联系，从而相互铰合形成一条多环节的铰链。三铰拱式的平衡。
矿膏体充填工业化试验项目。
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3.1 概述
太平煤矿站
小屯煤矿站
朱村煤矿站
岱庄煤矿站
中国矿业大学设计建立的部分膏体充填站 9
3.1 概述
需要指出的是，我国煤矿目前普遍采用的是全部垮落法管理顶板，在回采工作面从开切眼回采一定宽度出现顶板破断冒落以后，回采工作面便是处于一侧是待采的煤壁，另一侧是冒落破坏的采空区。

煤矿开采上覆岩层移动机理

则该点的倾 a向rc为tan：( A/ B)
（10）（11）
但根据(11)式计算的φ在(-π/2,π/2)中取值，而倾向应在(0,2π)中取值，根据A、B的取值确定倾向φ列成表1。
25
表1 根据A、B值倾向取值一览表
A
B
φ符号
φ倾向取值 φ所在象限
＞0
＞0
＋
3π/2-φ
第三象限
＞0
＜0
－
π/2-φ
1
一、传统的预计理论存在的问题
经典的预计理论对上覆岩层移动规律都存在这样或那样的假设，也就是说都把实际工业生产中复杂的地质条件进行了一定程度的简化，所以在理论计算和现场实际测量值之间都存在误差，特别是在全盆地地表移动变形预计中更是高达30%以上。
2
传统的预计公式
ix
பைடு நூலகம்
wmax r(z)
i
若拟合精度达不到工程规定的要求，还可以拟合双三次多项式曲面，在本文中仅以二次曲面多项式为例论述，其原理相同。
23
求取倾角
空间曲面的倾角是点位的函数，给定点位的倾角
是曲面上该点的法线方向与垂直方向z之间的夹角α，对曲面z=f(x,y)，其给定的点(x0,y0,z0)的切平面方程为：
f x0 (x0 , y0 )(x x0 ) f y0 (x0 , y0 )( y y0 ) (z z0 ) 0 （7）
第二象限
＜0
＞0
－
3π/2-φ
第四象限
＜0
＜0
＋
π/2-φ
第一象限
≈0
＞0
\
3π/2
\
＞0
≈0
\
0
\
≈0

矿山压力与岩层控制复习题和6套试卷

矿井围岩控制与灾害防治1、什么叫岩石的碎胀性？研究它有何意义？【答题要点】：(1)岩石的碎胀性是指岩石破碎后的体积比破碎前的体积增大的性质。

(2)当顶板垮落到一定高度，即∑h=m/（K p-1）时，就可以完全充填采空区，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，碎胀性对工作面顶板管理有重要意义。

2、何谓围岩的极限平衡，极限平衡区范围的大小与哪些因素有关？【答题要点】：(1)在地下岩体中开掘巷道以后，一般巷道周边的岩块是处于单轴压缩状态，在垂直应力KγH的作用下，就要发生破坏，随着向岩体内部发展，岩块逐渐变为三向应力状态，其抗压强度逐渐增加，在某一半径为R的范围内岩块的应力圆和其强度包络线相切，这一范围内的岩块受力状态叫做极限平衡状态，岩体处于极限平衡状态的区域叫做极限平衡区；(2)主要与巷道距地表的深度、巷道尺寸及围岩的力学性质等因素有关。

3、衡量矿山压力显现程度的主要指标有哪些？【答题要点】：(1)顶板下沉；(2)顶板下沉速度；(3)支柱变形与折损；(4)顶板破碎情况；(5)局部冒顶；(6)工作面顶板沿煤壁切落（或称大面积冒顶）。

(7)其它还有煤壁片帮、支柱插入底板、底板鼓起等一系列矿山压力现象。

4、试述“P-ΔL”曲线的实质。

【答题要点】：(1)“P-ΔL”曲线是支架的工作阻力P对顶板下沉量ΔL的影响程度曲线，它反映了支架和围岩之间的相互作用关系；(2)根据实际的“P-ΔL”曲线可知，支架的工作阻力对顶板下沉量是有一定限度的，支架的工作阻力较小时，增加支架的工作阻力可以明显地减少顶板下沉量，当支架工作阻力达到一定程度以后，再增加支架的工作阻力对顶板下沉量的影响就比较小了；(3)这也说明了采场支架的工作阻力并不能改变上覆岩层的总体活动规律。

5、煤矿绿色开采技术体系包括哪些？【答题要点】：(1)保水开采；(2)煤与煤层气共采；(3)条带与充填开采、离层注浆减沉；(4)煤巷支护部分矸石井下处理；(5)煤炭地下气化。

采场上覆岩层运动规律

采场上覆岩层运动规律1．采场上覆岩层破坏的基本形式理论与实践的研究结果表明，采场上覆岩层悬露后发展到破坏有二种运动形式：弯拉破坏和剪切破坏。

弯拉破坏的发展过程是：随采场推进，上覆岩层悬露→在重力作用下弯曲→岩层悬露达一定跨度，弯曲沉降发展到一定限度后，在伸入煤壁的端部开裂→中部开裂形成“假塑性岩梁”→当其沉降值超过“假塑性岩梁”允许沉降值时，悬露岩层即自行冒落。

岩层运动由弯曲沉降发展至破坏的力学条件是岩层中的最大弯曲拉应力达到其抗拉强度。

悬露岩层中部拉开后，是否发展至冒落，则由其下部允许运动的空间高度决定。

只有其下部允许运动的空间高度超过运动岩层的允许沉降值，岩层运动才会由弯曲沉降发展至冒落。

否则，将保持“假塑性岩梁”状态。

由此，煤层上方第n个岩层弯曲破坏发展至冒落的条件为:岩层剪（切）断破坏的发展过程是：岩层悬露后只产生不大的弯曲，悬露岩层端部开裂→在岩层中部未开裂（或开裂很小）的情况下，整体切断塌垮。

2.采场上覆岩层在纵向上的运动发展规律2.1岩层离层发生的位置和条件采场上方悬露的岩层，可视为在均布载荷作用下的多层嵌固梁。

该岩梁弯曲沉降过程中，必然在平行于轴向的各层面（或接触面）上出现剪应力。

随采场推进，剪应力随岩梁悬跨度和外载的增加而增加，当剪应力值超过层面上（或软弱夹层的接触面上）粘结力和摩擦阻力所允许的限度时，层面或软弱夹层的接触面被剪坏。

岩层的离层随即发生。

因此，离层发生和力学条件为:式中：τ——层面（或软弱夹层接触面）的剪应力；C——层面或接触面上的粘结力；φ——层面或接触面上的磨擦角；σn——层面或接触面上的压应力。

大量理论研究和工程实践表明：（1）离层一般发生于岩层的接触面或软弱夹层上；（2）接触面的破坏，只有在相应接触面上的剪应力超限时才会发生，即悬露岩层的跨度达到极限时，离层才会发生。

（3）离层出现的位置取决于组合岩梁中各岩层的弯曲刚度和各夹层的强度。

当下部岩层弯曲刚度小，夹层（或接触面）强度低时，离层在下部发生；反之，离层可能在上部夹层中出现。