矿压复习题

矿压复习题

一、填空（每空1分）

1. （自重应力场）和（构造应力场）是原岩应力场的组要组成部分。 2. 周期来压的矿压显现有：（顶板下沉速度急剧增加）、（顶板下沉量急剧增大）、（支柱载

荷增大）、（煤壁片帮）、（支柱折损）和（顶板发生台阶下沉）等。 3. 常见的矿压观测仪器按其工作原理可分为：（机械式）、（液压式）、（振弦式）、（电阻应

变式）和（声波法）等。

4. 采煤工作面“三量”观测是指 (顶底板移近量观测)、（活柱下缩量观测）和（支柱载荷

量观测）。

5. 巷道围岩应力的测定方法有（应力解除法）和（应力恢复法）。 6. 岩体受力后产生变形和破坏的过程可分为四个阶段，即：（压密阶段）、（弹性阶段）、（塑

性阶段）和（破坏阶段）。

7. 常见采空区处理方法有（全部垮落法）、（煤柱支撑法）、（缓慢下沉法）和（充填法）。 8. 采煤工作面上覆岩层按其破断的程度不同，在垂直方向上可划分为（冒落带），（裂隙带）

和（弯曲下沉带）。裂隙带岩层在水平方向上可划分为三个区，分别为（煤壁支撑区），（离层区），（重新压实区）。

9. 影响采煤工作面矿山压力的主要因素有（采高、控顶距），（工作面推进速度），（开采深

度）和（煤层倾角）等。

10．从力学角度看，岩体与岩石有许多区别，其中较为明显的基本特征有：（岩体的非均质性）、（岩体的各向异性）和（岩体的非连续性）。

11.按顶板与煤层相对位置及垮落难易程度，可将煤层顶板分为（伪顶）、（直接顶）和

（老顶），把底板分为（直接底）和（老底）。

12.液压支架按对顶板的支撑面积与掩护面积的比值进行分类可分为：（支撑式液压支架）、（掩护式液压支架）、（支撑掩护式液压支架）和（掩护支撑式液压支架）。

13.按冒顶的范围大小，可以将顶板事故分为（局部冒顶事故）和（大面积切顶事故）。 14.通常，把与时间因素有关的应力应变现象统称为流变，它包括（蠕变）、（弹性后效）和（松弛）等现象。

15.在载荷的作用下，岩石变形达到一定程度就会破坏。岩石发生破坏时所能承受的最大载荷称为（极限载荷），用单位面积表示则称为（极限强度）。

16.岩石试件在单向压缩时所能承受的最大压应力值，称为岩石的（单向抗压强度）。 17.岩石试件在单向拉伸时所能承受的最大拉应力值，称为岩石的（单向抗拉强度）。 18.我国一些煤矿的老顶初次来压步距，在一般情况下为（20～35 m）

19.假定老顶初次来压步距为L初，老顶周期来压步距为L周，一般情况下，两者间的关系为（ L周＝（1／2～1／4）L初 ）。

20．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）。

21．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）。 22．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）。

二、判断题（正确的打“√”，错误的打“×”，每个2分） 1. 采煤工作面顶板下沉量与采高及控顶距成反比关系。（×）

2. 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。（√）

3. 岩石的构造是指岩石中矿物颗粒集合体之间，以及与其他组成部分之间的排列方式和充

填方式。（√）

4. 岩石的自然吸水率是试件在真空或加压条件下吸入水分的质量与试件的干质量之比。

（×）

5. 岩石是兼有弹性和塑性的材料。（√） 6. 岩石的抗拉强度大于抗压强度。（×）

7. 岩石的孔隙比是指岩石中各种孔洞、裂隙体积的总和与岩石总体积之比。（×） 8. 老顶的初次来压步距大于其周期来压步距。（√）

9. 老顶的初次来压步距，与老顶岩层的力学性质、厚度、破断岩块之间互相咬合的条件无

关。（×）

10. 工程上往往用岩石吸水率的大小来评价岩石的抗冻性能。（√） 三、名词解释（每个5分）

1、岩体：含结构面的原生地质体。

2.岩体的碎胀性：指岩石破碎后的体积比破碎前的体积增大的性质。 3.矿山压力控制：所有的人为地调节、改变和利用矿山压力的各种措施，叫做矿山压力控制。 4.矿山压力：由于在地下煤岩中进行采掘活动而在井巷、硐室及回采工作面周围煤岩体中和其中的支护物上所引起的力。

5.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。

6.岩石的透水性：地下水存在于岩石的孔隙和裂隙中，而且大多数岩石的孔隙和裂隙是互相连通的，因而在一定的压力作用下，地下水可以在岩石中通过。这种岩石能被水透过的性能称为岩石的透水性。

7、孔隙度：岩样中所有孔隙空间体积之和与该岩样体积的比值，称为该岩石的总孔隙度 8、流变: 材料的应力、应变随时间变化而变化的现象。

9、蠕变： 材料在常应力作用下，变形随时间的延续而缓慢增长的现象。

10.泊松比：岩石受单向压缩栽荷时，试件在轴向缩短的同时会产生 横向膨胀，其横向应变与轴向应变的比值称为泊松比。

11.自重应力：由于岩体自重而引起的应力，称为自重应力。

12.构造应力：由于地质构造运动而引起的应力，称为构造应力。

13.原岩应力带：在支承压力达到峰值以后，随远离煤体边缘，支承压力影响逐渐减弱，到煤体内部一定距离处即转入原岩应力状态，称原岩应力带。

14.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。

15、直接顶：位于煤层或伪顶之上具有一定的稳定性,移架或回柱后能自行垮落的岩层 。 16、基本顶：位于直接顶或煤层之上，通常为厚度及岩石强度较大、难于垮落的岩层。

17.老顶的初次来压：通常把老顶第一次失稳而产生的工作面顶板来压称为老顶的初次来压。 18.初次来压步距 ： 由开切眼到初次来压时工作面推进的距离，称为初次来压步距。

19.老顶周期来压：由于老顶周期性断裂引起矿山压力显现叫做老顶周期来压。

20.老顶周期来压步距：相邻两次老顶周期来压的平均距离，即老顶周期折断的平均值叫做老顶周期来压步距。

21、控顶距：控顶距是指工作面支架支护的空间宽度, 22.端面距：支架最前端离煤壁的距离 。

23. 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。

24. 回采工作面：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称为回采工作面或简称为采场

25.无煤柱护巷：是取消了上下区段之间的护巷煤柱，沿采空区掘进或维护巷道（沿空巷道）。 26.完全沿空掘巷：在上工作面运输平巷或回风平巷被放弃之后，经过一段时间，等待采空区止覆岩层移动基本稳定后，紧贴原放弃的巷道，在煤层边缘的煤体内重新掘巷，作为下区段工作面回风平巷或运输平巷。

27.沿空留巷：在上区段工作面采过后，通过加强支护或采用其他有效的方法，将运输平巷保留下来，供下区段工作面开采时作为回风平巷之用。

28.冲击矿压：指发生在井巷或回采工作面围岩（煤体）内，以突然、急剧、猛烈破坏为特征的矿山压力的动力现象。

29.工作阻力：支柱受顶板压力作用而反映出来的力称为支柱的工作阻力。

30.顶板大面积来压：主要是由于坚硬顶板被采空的面积超过一定的极限值 ，引起大冒面积冒落而造成的剧烈动压现象。 四、简答题（每个6分）

1.简述以本区段采煤工作面采完后留下供下区段采煤工作面复用的下部运输平巷为例，从巷道开始掘进到开采工作结束，矿压显现要经历哪几个阶段？

答：①.巷道掘进阶段（Ⅰ）②.无采掘影响阶段（Ⅱ）③.采动影响阶段（Ⅲ）④.采动影响稳定阶段（Ⅳ）⑤.二次采动影响阶段（Ⅴ）。 2.简述“压力拱假说”的内容。

答：此假说认为，在回采工作空间上方，由于岩层自然平衡的结果而形成了一个“压力拱”。拱的一个支撑点在工作面前方煤体内，形成了前拱脚，而另一个支撑点是在采空区内已垮落的矸石上或采空区的充填体上，形成了后拱脚。随着工作面的推进，前、后拱脚将向前移动。在前、后拱脚之间，无论在顶板或底板中都形成了一个减压区，采煤工作面的支架只承受拱内的岩石重量。

3.衡量矿山压力显现程度的指标有哪些？

答：①.顶板下沉量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大面积冒顶。

4.影响工作面矿山压力显现的主要因素有那些？

答：①顶板岩层组成;②采煤工作面推进速度;③开采深度;④采高与控顶距;⑤煤层倾角。 5.简述锚杆支护的几个理论。

答：①悬吊理论；② 组合梁理论；③最大水平应力理论；④围岩强度强化理论。 6.单体液压支柱工作面的顶板控制原则是什么？ 答：⑴对垮落带岩层采取“支”

⑵对裂隙带岩层采取“让”

⑶当直接顶厚度不足1倍采高，尤其是煤层上面就是厚度不大的基本顶时，可用“切”的原则切断采空区上方基本顶。

⑷当直接顶厚度不足1倍采高时，可用“挑”，挑落1倍采高顶板。 ⑸不论哪一种顶板，都要针对直接顶的稳定性采取“护”。

⑹不论哪一种顶板，如果是复合顶板，应使支柱的初撑力本身就能防推。 ⑺支护参数应能保证顶板处于良好状态。 7.完全沿空掘巷的优点有哪些？

答：①巷道在煤体边缘的应力降低区内掘进。因而巷道受压不大，利于维护； ②有利于保证巷道掘进的安全； ③有利于提高煤炭回收率； ④ 有利于缩短巷道维护时间。 8.沿空留巷的优点有哪些？

答：①下区段回采时可少掘一条巷道，从而大大降低巷道掘进率； ②从根本上消除了沿空掘巷需要滞后掘进的缺点，有利于上下区段按正常顺序连续开采； ③有利于矿井生产集中化和改善采掘接替关系。 9简述“砌体梁”结构。

答：当基本顶达到极限跨距后，随着采煤工作面继续推进，基本顶即发生初次断裂，断裂后的岩块相互挤压。由于其间的水平挤压力相互间形成的摩擦力的作用，在工作面的中部，可能形成外表似梁，实质是拱的裂隙体梁的平衡关系。这种结构称为“砌体梁”。 10.简述全部垮落法处理采空区的实质。

答：有步骤地将已采空间顶板岩层放落，利用垮落岩石的碎胀性将采空区填满，支撑与控制上履岩层活动。

11.简述液压式矿压观测仪器的工作原理。 答：液压式矿压观测仪器的依据是液体不可压缩的原理，将支柱载荷或煤体应力转换成液压腔或液压囊的液压值。

12.基本顶初次来压时，工作面矿压显现特征是什么？ 答：①.顶板剧烈下沉

②.支架载荷突增 ③. 煤壁片帮严重

④. 采空区有顶板断裂的闷声，有时伴随基本顶岩块的滑落失稳，导致顶板台阶下沉。 13.顶板状况观测分析统计的内容和衡量指标有哪些？ 答：①.顶板破碎度F和置落敏感度E

②.片帮深度C ③.顶板冒落高度h ④.顶板裂隙 ⑤顶板台阶下沉 ⑥.采空区悬顶

14.根据原岩（煤）体应力状态不同，冲击矿压可分为哪几类？ 答：①重力型冲击矿压； ②构造应力型冲击矿压；

③中间型或重力－构造型冲击矿压。 15.简述大面积来压的预兆有哪些？

答：①顶板断裂声响的频率和音响增大；

②煤帮有明显受压和片帮现象；

③底板出现底鼓或沿煤柱附近的底板发生裂缝； ④巷道超前压力较明显；

⑤工作面中支柱载荷和顶板下沉速度明显增大； ⑥采空区顶板发生裂缝或淋水加大。 16、简述莫尔强度理论。 答：材料发生破坏是由于材料的某一面上剪应力达到一定的限度，而这个剪应力与材料本身性质和正应力在破坏面上所造成的摩擦阻力有关。即材料发生破坏除了取决于该点的剪应

力，还与该点正应力相关。

17、影响岩体强度的因素主要有哪些？

答： 岩块的强度主要取决于构成岩石的矿物和颗粒之间的联结力和微裂隙的影响；而对岩体强度起控制作用的则是岩体中的结构面和构造特征。 18、简述原岩应力的分布基本规律。 答：通过理论研究、地质调查和大量的地应力测量资料，原岩应力分布的主要规律归纳如下： (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。

19、怎样理解直接顶和基本顶的组成、破坏特征和控制要求？

答：所谓直接顶是指在老塘（采空区）内已垮落，在采场内由支架暂时支撑的悬臂梁，其结构特点是在采场推进方向上不能始终保持水平力的传递。因此，控制直接顶的基本要求是：当其运动时，支架应能承担其全部作用力。 基本顶是指运动时对采场矿压显现有明显影响的传递岩梁的总合，在初次来压后，是一组在推进方向上能始终传递水平力的不等高裂隙梁。 对于基本顶各岩梁控制的基本要求是：防止由于基本顶运动对采场产生动压冲击和大面积切顶事故发生，把基本顶岩梁运动结束时在采场形成的顶板下沉量控制在要求的范围。显然，如果基本顶岩梁运动没有动压冲击，岩梁运动结束后的自由位态所形成的采场顶板下沉量满足生产要求，此时支架可不承担基本顶岩梁的岩重。换句话说，对这部分岩梁，支架承担的压力大小取决于所控制的岩梁位态。 20、如何判断顶板的离层？

答：离层发生的位置和条件如下： ①离层将发生在岩层的接触面或软弱夹层上。 ②接触面的破坏力学条件为相应接触面上的剪应力超限。即悬露岩层的跨度达到极限跨度时，离层才会发生，因此，控制岩梁的悬跨度是控制离层发生的重要方法。 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，离层可能先在上部夹层出现。 对于相邻的两岩层，是否同时运动组成一个传递岩梁，还是分开运动形成两个传递岩梁，可以用两岩层沉降中最大曲率（ρmax）和最大挠度(ωmax)进行判断 21.试述“悬臂梁”假说。

答： 此假说认为，工作面和采空区上方的顶板可视为梁，它一端固定于岩体内，另一端则处于悬伸状态。当顶板由几个岩层组成时，形成组合悬臂梁。在悬臂梁 弯曲下沉后，受到已垮落岩石的支撑，当悬伸长度很大时，发生有规律的周期性折断 ，从而引起周期来压。 22、简述厚层坚硬顶板大面积来压的预防方法。 答：（1）、提前强制爆落顶板； （2）、合理选择支柱类型 为了减少顶板的离层，降低顶板对支柱的冲击力，应尽量采用初撑力高的支柱，如单体液压支柱； （3）、控制悬顶面积 作业规程中要明确规定正常推进过程中允许的悬顶面积，超过规定时必须强制放顶，超过规程规定的悬顶距离时，必须停止采煤，采取措施进行处理。

23、试述基本顶初次来压的特点。

答：工作面顶板下沉量和下沉速度急增，甚至出现台阶式下沉；顶板破碎，甚至出现与煤壁平行的裂隙，有时发出巨大的断裂声；支架受力增加，采空区掉块，煤壁严重片帮。

24、简述回采工作面支架-围岩相互作用原理。

答： 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，采场支架与围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。 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。

五、计算题 (每题10分)

1假设岩层平均容重为25KN/m3，泊松比=0.2，.试计算只考虑自重应力情况下，赋存在600m深处岩体内岩块的原岩应力。

解：因=0.2 ，=25KN/m3 ,H=600m 2分 则有垂直应力1=H=25×800=20000KN/m= 20 MN /m 4分

2

2

侧向应力2＝3＝

1H0.220= 5 MN /m2 4分

10.22.某煤矿的一个综采工作面，直接顶为砂质页岩、页岩，平均厚度为9.7 m , 老顶为砂岩。工作面平均采高为2.2m , 煤层的埋藏深度为380m . 直接顶及老顶岩层的平均容重为25KN/m3, 试采用估算法计算该工作面直接顶作用于支架的载荷及周期来压时支架受到的载荷。

解：据题意知：直接顶的厚度为

h9.7m ，容重25KN/m3 ，

平均采高M=2.2m 2分

⑴该工作面直接顶作用于支架的载荷为： q12

· = 9.7×25 = 242.5 (KN /m) 4分 h ⑵周期来压时支架受到的载荷为：

q28M82.225440(KN /m) 4分

2