矿山压力与岩层控制复习题

1、矿山压力：开掘巷道或进行回采工作时，破坏了原来的应力平衡状态，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。

2、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，以及在掩体中产生的动力现象。

这些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，统称为矿山压力显现。

3、矿山压力控制：为使矿山压力显现不致影响采矿工作正常进行和保障安全生产、必须采取各种技术措施吧矿山压力显现控制在一定范围内。

对于有利于采矿生产的矿山压力也应当合理利用，所有减轻、调节、改变和利用矿山压力作用的各种方法，均叫做矿山压力控制。

4、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，也称为岩体初始应绝对应力或地应力。

5、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应力增高部分称为支撑应力。

6、老顶：通常吧位于直接顶之上（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坚硬的岩层称为老顶。

7、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。

8、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，当达到其极限跨距时开始垮落。

直接顶的第一次大面积垮落称为直接顶初次垮落。

9、顶板下沉量：一般指煤壁到采空区边缘裸露的顶底板相对移近量。

随着工作面推进，顶底板处于不断引进的状态。

由于在缓斜及倾斜工作面底板鼓起量比较小，因而常常可以忽略不计，为此顶底板移近量简称为顶底板下沉量。

10、老顶初次来压：当老顶悬露达到极限跨距时，老顶断裂形成三铰拱式的平衡，同时发生已破断的岩块回转失稳（变形失稳）。

有时可能伴随滑落失稳（顶板的台阶下沉），从而导致工作面顶板的急剧下沉。

此时，工作面支架呈现受力普遍加大现象。

即称为老顶的初次来压。

特点：（1）、老顶来压前，回采工作面的顶板压力并不大，但煤壁内支承压力却达到了这种情况下的最大值；（2）、由于煤壁前方强大的支承压力，可能导致直接顶在煤壁前方形成剪切破坏，从而形成预生裂隙，这对回采工作空间的管理显然是不利的；（3）、初次来压时，老顶跨距比较大，影响范围也比较广，工作面易出现事故；（4）、有持续性，一般持续2~3天；（5）、顶板出现断裂声，煤壁严重片帮，随后产生裂隙。

对策：（1）、掌握初次来压的步距大小；（2）、加强支架的稳定性，增设木垛。

11、周期来压：随着回采工作面的推进，在老顶初次来压以后，裂隙带岩层形成的结构将始终经历“稳定-失稳-稳定”的变化，这种变化将呈现周而复始的过程。

由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。

特点：（1）、存在两层或两层以上老顶而导致采场周期来压步距呈一大一小周期性变化和周期性来压强度呈现一高一低周期性变化的现象；（2）、周期来压步距一般为初次来压步距的1/4~1/3 ；（3）、来压的大小还与采空区冒落矸石充满采空区的程度直接相关，采空区冒落越严实，老顶对工作面影响越小，反之，则较大。

12、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。

13、沿空留巷：沿空留巷是在上区段工作面采过后，通过加强支护或采用其他有效方法，将上区段工作面运输平巷保留下来，供下区段工作面回采时作为回风平巷。

14、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煤体－无煤柱（沿空掘进）巷道。

15、锚固力：锚杆对围岩的约束力。

（1）根据锚杆对围岩的约束力方式定义锚固力可分为托锚力、粘锚力、切向锚固力；（2）根据锚杆的锚固作用阶段定义锚固力可分为初锚力、工作锚固力、残余锚固力。

16、软岩：软岩定义分为地质软岩和工程软岩。

（1）地质软岩指强度低、孔隙较大、胶结程度差、受构造面切割及风化影响显著或含有大量膨胀粘土的松、散、软、若岩层的总称；（2）工程软岩时指在巷道工程力作用下，能产生显著变形的工程岩体。

巷道工程力时指作用在巷道工程岩体上的力的总和。

工程软岩的定义揭示了软岩的相对性实质。

17、煤矿动压现象：煤矿在开采过程中，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。

18、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。

19、冲击能指数：冲击能指数Ke——在单轴压缩状态下，煤样全“应力-应变”曲线峰值C前所积聚的变形能Es与峰值后的变形能Ex之比值。

它是包含试件“应力-应变”全部变化过程的曲线，直观和全面反映了蓄能、耗能的全过程，显示了冲击倾向的物理本质。

20、浅埋煤层：开采区域大部分集中于埋深在100-150m以内的浅部，煤层的典型赋存特点时埋深浅、基岩顶板较薄、表土覆盖层较厚。

由于此类煤层的矿压显现规律具有明显的特点，为了区别于其他煤层，通常将具有浅埋深、基岩薄、上覆厚松散层赋存特征的煤层称为浅埋煤层。

1、回采工作面支护包括：支架支护和“大结构”保护。

2、采空区处理方法：刀柱法，顶板缓慢下沉法，全部充填或局部充填法，全部垮落法。

3、直接顶初次垮落的标志是：直接顶垮落高度超过1~1.5m，范围超过全工作面长度的一半。

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。

原岩应力场由自重应力场和构造应力场组成。

地心引力引起的应力场称为自重应力场，地壳中任意一点的自重应力等于单位面积的上覆岩层的重量。

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，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有密切关系。

2.原岩应力分布的基本特点(43)(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。

3.支承压力与矿山压力的区别有哪些？支承压力一般认为是岩石的自身承压能力或是液压支架的承压。

而矿山压力是指存在于矿井之中巷道的压力，它既包括原岩压力，也包括应力重分布后的二次压力，既有重力应力，又有构造应力。

而支撑应力主要指巷道两侧改变后的应力，其次，矿山压力既有径向应力，又有切向应力，而支承压力是巷道两侧改变后的切向应力增高部分。

4.简述对开采后上覆岩层形成的结构有哪几种主要假说及其各自的优缺点。

（1）、压力拱假说 优点：对回采工作面前后的支承压力及回采空间处于减压范围作出了粗略的但是经典的解释。

缺点：对此拱的特性岩层变形、移动和破坏现象的发展过程以及支架与围岩的相互作用，并没有做任何分析。

（2）、悬臂梁假说 优点：此假说可以解释工作面区煤壁处顶板下沉量小，支架载荷也小，而距离煤壁越远则两者均大的现象，同时也可以解释工作面前方出现的周期来压现象； 缺点：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差距相差甚远。

（3）、铰接岩块假说 优点：正确阐明了工作面上覆岩层的分带情况，并初步涉及岩层内部的力学关系及其可能形成的“结构”； 缺点：此假说未能对铰接岩块间的平衡条件做进一步探讨。

（4）、预成裂隙假说 优点：此假说从另一侧面解释了破断岩块的相互作用关系； 缺点：忽视了上覆岩层未发生裂隙岩层的受力情况。

（5）、“砌体梁”假说 优点：给出了破断岩块的咬合方式及平衡条件，同时还讨论了老顶破断时在岩体中引起的扰动，很好地解释了采场矿山压力显现规律，为采场矿山压力的控制及支护设计提供了理论依据。

（6）、关键层假说5.简述岩石破碎后的碎胀特征及其在控制顶板压力中的作用？(72)岩石破碎后，杂乱堆积，岩石的总体力学特征类似于散体。

由于岩层破碎后体积将产生膨胀，因此直接顶跨落后，堆积的高度要大于直接顶原来的高度。

影响碎胀系数K P 的重要因素是岩石破碎后块度的大小及其排列状态。

例如，坚硬岩层成大块破断且排列整齐，因而碎胀系数较小；若岩石破碎后块度较小且排列较乱，则碎胀系数较大，岩石破碎后，在其自重及外加载荷的作用下渐趋压实，碎胀系数变小，压实后的高度将取决于岩七的残余碎胀系数K P ，。

若直接顶岩层的培落厚度为∑h，则垮落后堆积的高度为K p·∑h 它与老顶之间可能留下的空隙△为：△＝∑h＋M －K p －∑h=M -K p·∑h（K p -1）当M ＝∑h（K p -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：1K M h -=∑p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。

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．6.分析采场上覆岩层结构失稳条件（84）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。

(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。

当老顶达到极限跨距时，随着回采工作面继续推进，老顶即发生初次断裂，破断后的岩块互相挤压形式三铰拱式的平衡结构，此结构将取决于咬合点的挤压力是否超过咬合点接触面处的强度极限，在一定条件下可能导致岩块随着回转而形成变形失稳；另外即是咬合点处的摩擦力与剪切力的相互关系，当剪切力大于摩擦力时形成滑落失稳，在工作面的表现形式为顶板的台阶下沉。