矿山压力与岩层控制
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矿山压力与岩层控制
1.名词解释
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物上的力;
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;
4.原岩应力:未受开采影响的岩体内,由于岩体自重和构造运动等原因引起的应力;
4.支撑压力:回采空间周围煤岩体内应力增高区的切向应力;
5.周期来压: 老顶平衡结构周期性失稳而施加给工作面以大型压力的过程
6.初次来压: 老顶平衡结构第一次失稳而施加给工作面以大型压力的过程
7.砌体梁: 工作面上下两区破断的岩块咬合形成的外表似梁,实质是拱的平衡结构
8.关键层:对采场上覆岩层局部或直至地表的全部岩层活动起主要控制作用的岩层
9.冲击地压: 聚集在矿井巷道和采场周围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,部分巷道垮落破坏的力学现象。
10.底板比压:底板单位面积所受支架的压力
11.回采工作面:在煤层或矿床的开采过程中,直接进行采煤或采有用矿物的工作空间
2.简答题
1.原岩应力分布规律
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)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。2.绘图说明横三区/竖三带
三区:A煤壁支撑影响区B离层区:C重新压实区:
三带:I垮落带:II裂隙带III弯曲带
(硬度越高,三带发育越好)(自下至上)
3.绘图说明支柱特性工作
支柱力学特性——受顶板压力作用,支柱变形(下缩)性质。
4.关键层具有的特征
①几何特征,相对于其他同类岩层单层厚度较厚;
②岩性特征,相对于其他岩层较为坚硬,即弹性模量较大,强度较高;
③变形特征,关键层下沉变形时,其上覆全部或局部岩层的下沉量同步协调;
④破断特征,关键层的破断将导致全部或局部岩层的破断,引起较大范围内的岩层移动
⑤支承特征,关键层破坏前以“板”(或简化为“梁”)结构作为全部岩层或局部岩层的承载主体,断裂后则成为砌体梁结构,继续成为承载主体5.影响采场矿山压力显现的因素
答:①采高与控顶距的影响;②工作面推进速度的影响;③开采深度的影响;④煤层倾角的影响;⑤分层开采对矿山压力显现的影响;6.采场围岩与支架之间相互作用原理
答:支架围岩是相互作用的一对力,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,支架结构及尺寸对顶板压力有一定影响。1)横向: “煤体—支架—垮落矸石”支撑系统
“煤体—支架—垮落矸石”支撑系统:煤体、垮落矸石为平衡结构支点(拱脚),需
承受更多载荷;“煤体—支架—垮落矸石”支撑系统为静不定系统,刚度大的承受载荷也大;煤体刚度大于垮落矸石及支架,为主要承载体;支架受到保护,刚度较小,承载较小。
2)纵向: “老顶—直接顶—支架—底板”支撑系统
老顶以上岩层为载荷;直接顶、底板的刚度直接影响支架特性的发挥;支架特性为插背物、顶梁、支柱、柱鞋的综合性质;当其它结构物刚度很大时,支撑系统的特性即为支柱的刚度;在整个支架群中,该支撑系统的特性影响到支架所受载荷的大小。
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。
③支架结构及尺寸不同对顶板压力影响和维护效果不同。实际生产中证明在支架架型选择合适时,可以用最小的工作阻力维护好顶板。
7.巷道围岩控制原理
巷道围岩控制是指控制巷道围岩的矿山压力和周边位移所采取措施的总和。其基本原理是:人们根据巷道围岩应力、围岩强度及他们之间的相互关系,选择合适的巷道布置和保护及支护方式。降低围岩应力,增加围岩强度,改善围岩受力条件和赋存环境,有效地控制围岩的变形、破坏。
8.沿空掘/留巷矿压显现规律 沿空留巷的顶板下沉规律
回采工作面推进引起的上覆岩层运动、其发展是自下而上的,上部具有明显的滞后现象、沿空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。
(1)采面前20—40m处煤层上覆岩层开始运动,但下沉速度很小,为岩层起始沉降期。
(2)煤层开采后,垮落带岩层冒落,规则移动带岩层及上覆岩层急剧沉降,在工作面后方10—20m处,下沉速度最大。在工作面后方0—60m 范围内,下沉量占最终下沉量的80%左右,称为岩层强烈沉降期。
(3)在工作面后方约60m以外,规则移动带及上覆岩层沉降速度逐渐衰减,在工作面后100m左右,岩层运动基本稳定。这个时期内岩层的下沉量占最终下沉量的15%左右,称为岩层沉降衰减期。
(4)如果直接顶板冒落能够填满采空区,使老顶处丁平衡状态,采动期间沿空留巷的顶板下沉量与煤层采厚呈正比关系、—般为采高的10%—20%,基本上属于“给定变形”。沿空巷道的顶板往往明显地向采空区方向倾斜,倾角一般为3。一6。。
9.冲击矿压发生特点
①突发性。无预兆,过程短暂,持续时间几秒到几十秒,难于准确预报发生时间、地点和强度
②瞬时震动性。像爆炸强烈震动,重型设备被移动,人员被弹起摔倒,震动波及范围可达几公里甚至几十公里,地面有地震感觉
③巨大破坏性。大量煤体突然抛出,堵塞巷道,破坏支架;造成惨重的人员伤亡和巨大的生产损失
④复杂性。各种条件和采煤方法均出现过
10.冲击矿压发生机理
答:主要概括为:强度理论,能量理论,冲击倾向性理论。
强度理论:井巷和采场周围产生应力集中,当应力达到煤岩体的强度极限时,煤岩体就会突然发生破坏,形成冲击矿压
能量理论:矿体—围岩系统在其力学平衡状态破坏时所释放的能量大于所消耗的能量时就发生冲击矿压
冲击倾向性理论:煤岩介质产生冲击破坏的固有能力或属性,是冲击矿压发生的必要条件
3.论述题
1.煤矿绿色开采体系内涵