矿山压力课后答案.doc

炼狱II只为优质生活！矿山压力与控制课后题参考答案矿山压力：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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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、简述原岩应力场的概念及主要组成部分？答：原岩应力场的概念：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。 原岩应力场的主要组成部分：自重应力场、构造应力场。2、原岩应力分布的基本特点？答：1、实测铅直应力基本上等于上覆岩层重量 2、水平应力普遍大爷铅直应力 3、水平应力与铅直应力的比值岁深度增加而减小 4、最大水平主应力和最小水平主应力一般相差较大3、煤柱下方底板岩层中应力分布特点及其实际意义？答：4、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?答：岩石破碎后，杂乱堆积，岩体的总体力学特性类似于散体。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岩层原来的厚度。影响碎胀系数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石的残余碎胀系数Kp。5、分析采场上覆岩层机构失稳条件？答：1、结构的滑落失稳，剪切力大于咬合点出的摩擦力，此结构将出现滑落失稳。即失稳的与否取决于老顶破断岩块的高长比，高长比较小，结构抗滑落失稳能力越大，一般情况下，失稳岩块的高长比要大于0.4-0.5； 2、结构的变形失稳，这时指在岩块的回转过程中，由于挤压处局部应力集中，致使该处进入塑性状态，甚至局部受拉而使咬合处破坏造成岩块回转进一步加剧，从而导致整个结构失稳，当岩梁破断后，岩块互相咬合中间下沉量到达时，即形成岩块结构变形失稳。6、分析加快工作面推进速度与改善顶板状况的关系？答：加快工作面推进速度只是缩短落煤与放顶两个主要生产过程的时间间隔，能减少顶板下沉量，但同时也使顶板下沉速度加剧，只有在原先的工作面推进速度比较缓慢的条件下，加快工作面推进速度，才会对工作面顶板状况有所改变，当工作面推进速度提高到一定积变以后，顶板下沉量的变化将逐渐减小，并不能甩掉顶板压力。7、试分析开采深度对采场矿山压力及其显现的影响？答：开采深度对巷道矿山压力显现的影响可能比较明显，如在松软岩层中开掘巷道，随着深度的增加，巷道围岩的“挤、压、鼓”现象将更为严重。随着深度增加，巷道围岩的变形与支架上承受的压力都将增加。岩层受重力而变形，它所积聚的能量与深度的平方成正比。因此，对有冲击矿压危险的矿井，随着深度的增加，发生冲击矿压的次数与强度将显著增加。但开采深度对采场顶板压力大小的影响并不突出，因而对矿山压力显现的影响也不明显，尤其是对顶板下沉量的影响。随着采深增加，支承压力必然增加，从而导致煤壁片帮及底板鼓起的几率增加，由此也可能导致支架载荷增加。8、简述我国缓倾斜煤层工作面分类方案？答：直接顶分类：1不稳定顶板：r8 、2中等稳定顶板：8r18 、3稳定顶板：18r28 、4非常稳定顶板：28r50 其中r为直接顶平均初次垮落距；老顶分类：1不明显：Pe895 、2明显：895Pe975 、3强烈：975Pe1075 、4非常强烈：1075Pe 其中Pe为老顶初次来压当量，kPa.9、解释支撑式、掩护式、支撑掩护式液压支架结构特征及适用范围？答：指在结构上没有掩护梁，对顶板的作用是支撑的支架； 掩护式支撑式：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。10、简述采场支架与围岩关系特点？答：1、支架与围岩时相互作用的一对力；2、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；3、支架结构及尺寸对顶板压力的影响。11、分析采场支架工作阻力与顶板下沉量的“P-L”曲线关系？答：12、简述开采后引起的上覆岩层的破坏方式及其分区？答：根据采空区覆岩移动破坏程度，可分为“三带”：（1）跨落带。破断后的岩块呈不规则跨落，排列也极不整齐，松散系数比较大，一般可达1.31.5。但经重新压实后，碎胀系数可降到1.03左右。此区域与所开采的煤层相毗连，很多情况下是由于直接顶岩层冒落后形成的.（2）裂缝带。岩层破断后，岩块仍然排列整齐的区域即为裂缝带。它位于冒落带之上，由于排列比较整齐，因此碎胀系数较小。关键层破断块体有可能形成“砌体梁”结构。跨落带与裂隙带合称“两带”，又称为 “导水裂缝带”，意指上覆层含水层位于“两带”范围内，将会导致岩体水通过岩体破断裂缝流入采空区和回采工作面。（3）弯曲带。自裂缝带顶界到地表的所有岩层称为弯曲带。弯曲带内岩层移动的显著特点是，岩层移动过程的连续和整体性，即裂缝带顶界以上至地表的岩层移动是成层地、整体性地发生，在垂直剖面上，其上下各部分的下沉量很小。若存在厚硬的关键层，则可能在弯曲带内出现离层区。A区域：煤层上方的岩层在开采的影响下，一般在回采工作面前方3040m处就开始变形。其特点是水平移动较为剧烈，但垂直移动甚微。在有些场合垂直位移量还会出现负值（即岩层有上升现象）。当工作面推过此区域，才引起垂直位移急剧增加。B区域：回采工作推过钻孔48m后，垂直位移急剧增加，但各层位移速度不尽相同。其特点为越向上越缓慢，在此区域内形成层间离层，且此区域的岩层早已断裂成岩块。C区域：已断裂的岩层重新受到已冒落矸石支撑时，变形曲线又趋于缓和。在此区域内，各层移动速度的特点是邻近煤层岩层的运动速度要缓于其上覆岩层，各岩层又进入互相压合的过程。13、简述绿色开采技术体系？答：14、简述开采后上覆岩层的破坏方式及分区？答：根据采空区覆岩移动破坏程度，可分为“三带”：（1）跨落带。破断后的岩块呈不规则跨落，排列也极不整齐，松散系数比较大，一般可达1.31.5。但经重新压实后，碎胀系数可降到1.03左右。此区域与所开采的煤层相毗连，很多情况下是由于直接顶岩层冒落后形成的.（2）裂缝带。岩层破断后，岩块仍然排列整齐的区域即为裂缝带。它位于冒落带之上，由于排列比较整齐，因此碎胀系数较小。关键层破断块体有可能形成“砌体梁”结构。跨落带与裂隙带合称“两带”，又称为 “导水裂缝带”，意指上覆层含水层位于“两带”范围内，将会导致岩体水通过岩体破断裂缝流入采空区和回采工作面。（3）弯曲带。自裂缝带顶界到地表的所有岩层称为弯曲带。弯曲带内岩层移动的显著特点是，岩层移动过程的连续和整体性，即裂缝带顶界以上至地表的岩层移动是成层地、整体性地发生，在垂直剖面上，其上下各部分的下沉量很小。若存在厚硬的关键层，则可能在弯曲带内出现离层区。A区域：煤层上方的岩层在开采的影响下，一般在回采工作面前方3040m处就开始变形。其特点是水平移动较为剧烈，但垂直移动甚微。在有些场合垂直位移量还会出现负值（即岩层有上升现象）。当工作面推过此区域，才引起垂直位移急剧增加。B区域：回采工作推过钻孔48m后，垂直位移急剧增加，但各层位移速度不尽相同。其特点为越向上越缓慢，在此区域内形成层间离层，且此区域的岩层早已断裂成岩块。C区域：已断裂的岩层重新受到已冒落矸石支撑时，变形曲线又趋于缓和。在此区域内，各层移动速度的特点是邻近煤层岩层的运动速度要缓于其上覆岩层，各岩层又进入互相压合的过程。15、简述控制岩层移动的技术？答：岩层移动控制技术可分为三类：（1）留设煤柱控制岩层移动（2）充填法控制岩层移动（3）调整开采工艺及参数控制岩层，如限厚开采、协调开采、上行开采等。一、留煤柱控制岩层移动1、部分开采。部分开采包括：条带开采：是沿煤层的走向或倾向，将开采区划分为若干个宽度相等或不相等的条带，开采一条，保留一条，利用留下的条带煤柱支撑顶板，以减小地表沉陷的目的。条带开采可划分为走向条带开采和倾向条带开采。房柱式开采：2、留设保护煤柱。二、充填法控制岩层移动1、采空区充填。充填开采就是用充填材料来充填己采空间，这相当于减小了煤层开采厚度，从而减少采空区上覆岩层的变形与破坏。矿山充填分为三种类型：水力充填：以水为输送介质，利用自然压头和泵压，从制备站沿管道或与管道相连的钻孔，将河砂等水力充填材料输送到采空区。干式充填：采用人力、重力、机械式风力等方式将砂石等干式充填材料运送到待充填采空区，开成可压缩的松散充填体。胶结充填：将采集和加工的细砂等充填材料掺入适量的胶凝材料如水泥，加水混合搅拌制备成胶结充填料浆，沿钻孔、管道向采空区输送，充填材料胶结后形成具有一定强度和完整性的充填体。2、覆岩离层区充填。覆岩离层区充填减沉的基本原理是利用岩移过程中覆岩内形成的离层空洞，从钻孔向离层空洞充填外来材料来支撑覆岩，从而减缓覆岩移动往地表的传播。16、简述回采工作面周围支承压力应力状况？答：煤层开采以后，采空区上部岩层重量将向采空区周围新的支撑点转移，从而在采空区周围形成支承压力带，工作面沿倾斜和倾斜方向及开切眼一侧煤体上形成的支承压力，在工作面采过一段时间后，不再发生明显变化，称为固定支撑压力，回采工作面推过一段距离后，采空区上覆岩层活动趋于稳定，因此，在距工作面一定距离的采空区，也可能出现较小的支承压力，称为采空区支承压力。17、采区平巷在其服务期内沿走向的矿压规律有哪些？采动影响带的前影响区和后影响区内矿压显现试件和机理有何不同？答：采区巷道从开掘到报废，经历采动造成的围岩应力重新分布过程，围岩变形会持续增长和变化。以受到相邻区段回采影响的工作面回风巷为例，围岩变形要经历五个阶段。1、巷道掘进影响阶段。煤体内开掘巷道后，巷道围岩出现应力集中，在形成塑性区的过程中，围岩向巷道空间显著位移。随着巷道掘出时间的行长，围岩变形速度逐渐衰减，趋向缓和。巷道的围岩变形量主要取决于巷道埋藏和围岩性质。2、掘进影响稳定阶段。掘进引起的围岩应力重新分布趋于稳定，由于煤岩一般具有流变性，围岩变形还会随时间而缓慢增长，但其变形速度比掘巷初期要小得多，巷道的围岩变形速度仍取决埋藏深度和围岩性质。3、采动影响阶段。前影响区时，巷道受上区段工作面（A）的回采影响后，在回采引起的超前移动支承压力作用下，巷道围岩应力重新分布，塑性区显著扩大，围岩变形急剧增长。在后影响区时，在工作面（A）后方附近，由巷道上方和采空区一侧顶板弯曲下沉和显著运动使得支承压力和巷道围岩变形速度都达到最大值。远离工作面后方，巷道围岩变形速度逐渐衰减。巷道围岩性质、护巷煤柱宽度或巷旁支护方式、工作面顶板岩层结构对此时期围岩变形量影响很大。4、采动影响稳定阶段。回采引起的应力重新分布走向稳定后，巷道围岩变形速度再一次显著降低，但仍然高于掘进影响稳定阶段时变形速度，围岩变形量按流变规律不断缓慢地增长。5、二次采动影响阶段。巷道受本区段回采工作面B影响时，由于上共段残余支承压力，本区段工作面超前支承压力相互叠加，巷道围岩应力急剧增高，引起围岩应力又一次重新分布，塑性区进一步扩大，应力的反复扰动使围岩变形比受一次采动影响进更加强烈。18、沿留空巷矿压显现基本特征？与沿空掘巷矿压显现的主要区别？答：沿空留巷矿压显现特征1、采动时期。沿空巷道位于采空区边缘，保留期间经历上区段工作面的采动影响，巷道顶板的下沉、破坏必然受到采空区上覆岩层沉降总规律的制约。上区段工作面过后，老顶发生断裂失稳，然后回转下沉压实采空区。在这个过程中，沿空巷道煤帮及巷道支护发生剧烈变形。沿空留巷的围岩的围岩应力主要取决于规则移动带岩层中块体B取得平衡之前，引起的附加载荷。2、上区段工作面采动影响稳定后，沿空留巷煤帮的承载能力与支承压力很快处于平衡状态。围岩变形显著下降并趋于稳定。3、本区段工作面回采时，规则移动带岩层原有的平衡状态将受到强烈影响。在超前支承压力作用下，规则移动带岩层将有一定的回转下沉，造成围岩应力再次重新分布集中，巷道围岩表现出强烈变形。沿空留巷的顶板下沉规律4、回采工作面推进引起的上覆岩层运动，其发展是自上而下的，上部具有明显的滞后笥，沿巷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。主要区别：沿空留巷与沿空掘巷最大的区别在于沿空留巷经历两次采动影响，并且留巷需要巷旁支护。19、跨巷回采卸压的基本原理？答：煤层开采以后，在煤层底板中形成一定范围的应力增高区和应力降低。位于煤层底板的巷道，若处于应力增高区，将承受较大的集中应力而遭到破坏。处于应力降低区，则易于维护。根据采面不断移动的特点以及巷道系统优化布置的原则，可在巷道上方的煤层工作面进行跨采，使巷道经历一段时间的相的高应力作用后，长期处于应力降低区内。跨采的效果主要取决于巷道与上方跨采面的相对位置，即巷道与上部回采煤层间的法向距离z，巷道与上部回采煤层煤柱边缘的水平距离x。20、如何根据锚杆对围岩的约束方式定义锚杆锚固力？答：根据锚杆对围岩的约束力方式定义锚固力1 托锚力 ：托锚力包括安装锚杆时，通过拧紧螺母产生的锚杆托板对围岩的预紧力，水涨式管状锚杆杆体纵向收缩，使托盘对围岩产生预紧力，以及锚杆托板阻止围岩向巷道内位移时，对围岩施加的径向支护力。2 粘锚力 ：粘结剂将围岩与锚杆粘结成整体，由于围岩深部与浅部变形的差异，锚杆通过粘结剂对围岩施加粘结力来抑制围岩变形。粘结力就是锚杆杆体的轴力。摩擦锚固式锚杆通过杆体与围岩之间的摩擦力对围岩施加锚固力来抑制围岩变形。3 切向锚固力 ：围岩的变形大多从围岩的弱面开始，在围压作用下围岩沿弱面滑动或张开。锚杆体贯穿弱面，限制围岩沿弱面滑动或张开，这种限制力称为切向锚固力。21、为什么说锚注支护时软岩巷道支护的新途径？答：锚杆支护的锚固力在很大程度上取决于岩体的力学性能，软岩巷道可锚性差是造成锚杆锚固力低和失效的重要原因。利用锚杆兼做注浆管，实现锚注一体化，是软岩巷道支护的一个新途径。对于节理裂隙发育的岩体，注浆可改变围岩的松散结构，提高粘结力和内摩擦角，封闭裂隙，显著提高岩体强度。注浆加固为锚杆提供可靠的着力基础，使锚杆对松碎围岩的锚固作用得以发挥，进一步提高岩体强度。采取锚杆与注浆相结合的发法，使锚杆和注浆的作用在各自适用的范围内得到充分发挥，可提高对软岩的支护效果。22、简述软岩巷道变形力学机制？答：从理论上分析软岩巷道变形力学机制，可分为三种形式，即物化膨胀类型（也称低强度软岩）、应力扩容类型和结构变形类型。(1)膨胀类型机制 膨胀岩含有蒙脱石、高岭土和伊利石等强亲水粘土矿物，这几类矿物由于其晶体结构特殊，能将水分子吸附在晶层表面和晶层内。既具有矿物颗粒内部分子膨胀，又具有矿物颗粒之间的水膜加厚的胶体膨胀。同时通过毛细作用吸入水，使岩石体积膨胀。（2）应力扩容变形机制 变形机制与力源有关，软岩在结构应力、地下水、重力、工程偏应力作用下，岩体产生破坏变形，微裂活动迅速加剧，形成拉伸破坏和剪切面，体积扩胀。工程偏应力即本书中的矿山压力，是应力扩容变形中不可忽略的力源。（3）变形机制 变形机制与硐室结构和岩体结构面的组合特征有关。结构面的成因类型，结构面的结合特征，结构面的力学性质，结构面相对于硐室的空间分布规律及它制约下形成的岩体结构控制着软岩变形、破坏规律。23、简述影响顶煤冒放性的主要因素，提高顶煤冒放性的主要措施？答：24、简述冲击矿压防治措施的基本原理和主要方法？答： 基本原理：选择合理的开拓布置和开采方式；开采解放层。合理的开拓布置和开采方式对于避免应力集中和叠加，防止冲击矿压关系极大。故合理的开拓布置和开采方式是防治冲击矿压的根本性措施。主要原则是：（1）开采煤层群时，开拓布置应有利于解放层开采。（2）划分采区时，应保证合理的开采顺序，最大限度地避免形成煤柱等应力集中区。（3）采区或盘区的采面应朝一个方向推进，避免相向开采，以免应力叠加。（4）在地质构造等特殊部位，应采取能避免或减缓应力集中和叠加的开采程序。（5）有冲击危险的煤层的开拓或准备巷道、永久硐室、主要上（下）山、主要溜煤巷和回风巷应布置在底板岩层或无冲击危险煤层中，以利于维护和减小冲击危险。（6）开采有冲击危险的煤层，应采用不留煤柱跨落法管理顶板的长壁开采法。（7）顶板管理采用全部跨落法，工作面支架采用具有整体性和防护能力的可缩性支架。开采解放层是防治冲击矿压的有效和带有根本性的区域性防范措施。一个煤层（或分层）先采，能使临近煤层得到一定时间的卸压。对于下部煤层，由于受到解放层开采时的前、后支承压力产生的加载和卸载交替作用，在很大程度上改变了下部煤层的结构和层间岩石的性质，特别是改变了它们的裂隙度和透气性，改变了煤岩结构和属性，释放了弹性能，消除或减缓了冲击矿压危险。 冲击危险的解危措施主要有：卸压爆破、煤层注水、钻孔卸压和定向裂缝法等。25、简述大面积来压的机理和防治措施？答：机理：防治措施：（1）、顶板高压注水：从工作面两巷向顶板打深孔，进行高压注水；（2）、强制放顶：用爆破的方法认为地将顶板切断，并使顶板冒落形成矸石垫层。“循环式”浅孔放顶“步距式”深孔放顶台阶式放顶超前深孔松动爆破地面深孔放顶；（3）预防暴风措施。 矿山压力及其控制方面历史上主要存在几种假说？主要的有代表性的假说具体如下：（一）掩护“拱”假说这类假说又分为自然平衡供假说和压力平衡拱假说两种。（二）掩护“梁”假说这类假说分为“悬臂梁”假说、“预生裂隙梁”假说和铰接岩块假说三种。（三）在前苏联H.H.库茨涅佐夫“铰接岩块”基础上，提出了“砌体梁”学说。(钱鸣高院士 20世纪70年代）。（四）“传递岩梁”理论。（宋振骐院士 20世纪70年代末80年代初）。（五）薄板理论。朱德仁等 80年代中至90年代初）1、 以上覆岩层运动为中心的矿压理论主要要点是什么？要点如下：1） 强调“矿山压力”及“矿山压力显现”两个概念间的差别和练习。2） 和其它工程不同，煤矿采场始终处在不断推进和发展的过程之中，因此，无论是矿山压力还是矿山压力显现都不是静止的。3） 影响采场矿山压力显现的岩层范围是有限的、可知的和可以变化的。4） 关于直接顶和老顶的定义和界限不能简单的只考虑岩层的冒洛性能，必须从岩层运动可能的发展程度，从其运动时对压力显现的作用和影响，特别是控制要求上的差别，从定性和定量两个方面给予更确切的定义。5） 关于老顶岩梁的结构“属性”问题。老顶岩梁采用“传递岩梁”的概念。6） 研究老顶来压时刻的“支架-围岩”关系，包括对直接顶的控制方式和对老顶的控制方式。直接顶采用“给定载荷”控制方式，老顶可采用“给定变形”和“限定变形”控制方式。1、 什么是矿山压力？什么是矿山压力显现？二者的关系如何？矿山压力：采动后，作用于岩层边界上或存在于岩层中促使围岩向已采空间运动的力（促使围岩运动的力）。既是指分布与岩层内部各点的应力，又包括了作用于围岩任何一部分边界上的力。矿山压力显现：采动后，在矿山压力的作用下通过围岩运动与支架受力所表现出的矿山压力现象。二者的关系：1）矿山压力的存在是绝对的，而显现是相对的。2）压力显现强烈的部位不一定是压力高峰的位置，但对某一点是相关的。矿山压力的来源有哪几个方面？各自有什么特点？采动前原岩中已存应力是矿山压力产生的根源。原岩中各点主应力的大小、方向、垂直应力与水平应力之间的比值等决定了采动后围岩应力重新分布的规律。采动前原岩中各点的应力，其主要来源有： (1) 覆盖岩层的重力； (2) 构造运动的作用力； (3) 岩体膨胀的作用力，包括岩体因温度升高或遇水膨胀而产生的力等。其中，覆盖岩层重量决定的重力场的特点：（1）垂直应力和水平应力都是压应力，且水平应力是由垂直应力所引起的。（2）垂直压应力随着深度的增加呈正比例增加。（3）在采动前，岩层中任何点的垂直平面和水平面上都不存在剪应力分量。（4）重力场基本上是一个比较均一的稳定应力场。构造应力场的特点：（1）应力分布很不均匀的而且在一定程度受到时间影响的应力场；（2）存在很大水平挤压应力。（3）最大主应力方向受构造作用控制。（4）岩石强度越高，完整性越好，应力的量级也越大。（5）埋藏深度越大的岩层，构造应力的量级也越大。（6）岩层中有较多的断裂破坏是经历过构造运动的标记，也是确定构造应力场以及最大主应力可能方向判据。岩体膨胀的作用力的特点：（1）由温度升高引起的岩石膨胀而产生的应力主要与开采深度有关。（2）泥质岩石雨水膨胀可以产生很高的膨胀应力，是巷道矿山压力的一个重要来源。2、 关于临界采深与支护反力的有关计算公式。两帮岩体处于稳定状态时的采深（不支护） 通过假设支架，增加3，则需要的支护反力为：4、=25KN/m3，煤层厚度m=2.5m，内摩擦角=25，C=2105N/m2，煤层与顶底板的摩擦系数为f=0.2，支架对煤壁无支护反力，假设煤层的压缩角为=9，试分别用两种公式计算塑性区范围，并求高峰压力值。 1）陆士良塑性区内值承压力：Pi支架对煤壁阻力K集中系数2）教材公式1、弯（拉）破坏与剪切破坏的矿压显现各有什么特点？弯（拉）破坏的显现特点为：运动由于是逐渐发展，冲击不大，相对（剪切运动）其矿压显现比较缓和。剪切破坏的显现特点：对采场产生明显的动压冲击，支架阻力不够易产生沿煤壁切下的重大冒顶事故，即使不垮也会出现台阶下沉。2、弯、剪破坏的控制要求各为什么？弯（拉）破坏的控制要求：为保证岩层运动时的采场安全，支架必须承担控顶区上方冒落岩层的全部岩重，并且把“假塑性岩梁”的运动控制在要求的位置上。当然，当不需要对“假塑性岩梁”沉降进行控制时，支撑这部分岩层的支架阻力可以为零，最大不必要超过岩梁跨度四分之一的岩重。剪切破坏的控制要求：采场支架必须有高初撑力，其阻力能抗衡顶板沿煤壁切下，把切断线推至控顶距之外。支架缩量按照出现台阶下沉而不能压死支架考虑。3、弯、剪破坏运动形式如何进行判断？（公式、判别条件）判别条件：L0LG 时，岩层在悬跨度的中部被拉坏，形成弯曲破坏形式；L0LG 时，岩层在端部被剪坏，形成切断破坏形式。其中，4、传递岩梁的概念。传递岩梁：把每一组同时运动（或近乎同时运动）的岩层看成一个运动整体，称为传递力的岩梁，简称“传递岩梁”。5、岩层在纵向方向上的发展规律是什么？1）随采场推进，岩层悬露达一定跨度弯曲沉降到一定值后，强度低的软弱夹层或接触面在轴向剪应力作用下破坏，发生离层，并为下部岩层的自由沉降和运动向上部岩层发展创造了条件。2）岩层的纵向运动总趋势大体上是由下而上发展的。3）离层后上下岩层的运动组合情况由岩层的强度差别决定，上部岩层强度较下部岩层越高，下部岩层越先于上部岩层运动，上部岩层运动滞后的时间越长。相反，则同时运动。4）岩层的厚度较之岩性对岩层的离层和运动组合的影响重要的多。6、岩层在推进方向上的运动发展分哪几个阶段？各个阶段的矿压显现特点是什么？1）第一次运动阶段包括直接顶初次垮落，老顶初次来压。受力状态为固定梁。特点：运动来压面积大，强度高，并可能伴随发生冲击地压。2）周期性运动阶段第一次来压完成到工作面采完。（直接顶为悬臂梁，直接顶之上为一端由煤壁支承另一端由老塘矸石支承的不等高传递岩梁。）采场矿压显现为周期来压。 特点：岩层的完整性比第一次运动前差，运动步距小。7、开采厚煤层下部分层岩层运动特点有哪些？1）岩层已经破坏，岩层运动发展比较平缓，强度大大降低。2）各岩梁运动滞后时间大大缩短，基本接近整体沉降情况。3）推进方向运动的周期性仍然存在，只是因为岩梁已预先裂断，因此来压前后强度差别不大，周期来压显现不明显。1、明显影响采场矿压显现的岩层范围分为哪两部分？各部分分别有哪些岩层组成？根据不同力学结构和控制要求，将影响采场矿压显现的岩层分为两部分。2、采场划分成哪几种类型？各自的岩层组成有什么特点？不是所有的采场都同时具有直接顶与老顶，可将采场分为以下三类。 1）一般采场： 二者都有，岩层强度由下而上依次递减。 2）缓沉采场：无直接顶，直接覆盖层变形能力超过采高。 3）整体塌垮：有直接顶无老顶，直接覆盖层坚硬、厚度大、 强度高，岩 层强度由下而上递增。3、理论上如何确定直接顶的厚度？现场实际确定有哪几种方法？开采单一煤层或厚煤层顶分层的直接顶厚度理论上的确定方法有：1）不考虑岩梁本身沉降的推断方法2）考虑岩层沉降的推断方法式中：mZ直接顶厚度；h采高；K已冒落岩层的碎胀系数；SA岩梁的实际沉降值。现场实际确定直接顶厚度的方法有：1）钻孔观测研究（地面、井下）：该方法通过钻孔观测各岩层的运动。（1）注水法。（用流水速度）向钻孔注水，在工作面后方进行，受打钻时间影响，误差大。（2）直接观测。在工作面前方超前打钻，岩层中固定基点直接观测。结果可靠，工艺复杂，基点数目受相互牵拉的影响。2）物探方法：（1）电磁法瞬变CT、地质雷达、钻孔电视、数字测井等。（2）微地震法3）井下岩层动态观测研究方法。4、确定老顶范围的工作内容有哪些？各如何确定？老顶的范围随支架作用力的变化会发生一定的变化。约为采高的56倍。确定的工作内容有：1）传递岩梁的位置及厚度；2）影响采场的传递岩梁数目。前者主要通过钻孔柱状图或石门剖面所揭示的岩层分布情况根据组合梁规律来判断。组成老顶岩梁的数目可以根据实测所得采场顶板下沉量、下沉速度、支柱承载值雨工作面推进步距之间的关系来确定。5、已知某工作面顶板来压前夕，顶板下沉量为200mm，来压结束时顶板下沉量为500mm，相对稳定步距6m，来压步距8m，控顶距为4.5m，采高为2.2m，KA=1.25，试求直接顶厚度？1、工作面支架对老顶有哪几种工作方案？各种工作方案有什么特点？1）“给定变形”工作状态特点：（1）岩梁运动稳定时的位置状态（即位态）由岩梁的强度及梁端支承情况决定。（2）支架只能在一定范围内降低岩梁运动速度，但不能阻止岩梁运动。（3）支架作用力与顶板作用力之间关系： QiRi或QiPiLR其中： Ri沿倾斜每米支架阻力；Pi采场支架平均阻力。二者之间没有直接的关系方程。此状态下岩梁运动最终状态的采场顶板下沉量为：2）“限定变形”工作状态指采场支架对岩梁运动进行必要的限制。（即在支架作用下，岩梁不能沉降至最低状态，运动结束时采场顶板下沉量由支架阻力决定。顶板下沉量由以下关系式： 运动结束时岩梁跨度将大于周期运动步距C，即LiCi，支架阻力与岩梁位态间存在着必然的力学关系。也就是说可以建立二者之间的关系方程。此状态下，采场支架的阻力由岩梁的位置状态决定，而与支架自身的力学特性无关。且要求控制的岩梁位态愈高（即顶板下沉量愈小），需要的支架阻力越大。2、位态方程式有哪几种表达方式（写出公式）？各种表达式的位态常数如何计算？支架控制岩梁位态在hi时所受顶板压力，包括老顶岩梁作用力与直接顶作用力两部分。式中：PT控制顶板下沉量在hi时顶板给支架的作用力。A与岩梁位态无关的常数，即直接顶的作用力部分。位态常数KA的表达式：（1）直接用岩梁的运动参数表达为：（2）间接表达式（相对位态常数）用岩梁在某一位态h0时实测所得采场支架承载值P0代入位态方程式反推出。位态h0时，岩梁跨度为L0，此时的位态常数为K0，则令：h0= hi， PT=P0 ，则得：K0=P0-A。3、在现场如何建立位态方程？1）实测参数岩梁步距参数：b、c来压前后支架承载值及顶板下沉量：、P0、h02）确定直接顶厚度mZ及支架支撑直接顶必需的承载值A。3）确定位态常数（1）已知岩梁厚度mE，运动步距C等，则：（2）根据实测的P0值反推若实测P0值满足下式： P0 Pmin=A+K0则位态常数 K0= P0-A4)写出位态方程（1）（2）4、支承压力的概念？单一重力场的支承压力表达式？概念：煤（矿）层采出后，在围岩应力重新分布的范围内，作用在煤（岩）层和矸石上的垂直压力。式中，y距离煤壁处煤层上的支承压力；n直接作用于该处的传递岩梁的数目；mi各传递岩梁的厚度；i各传递岩梁的平均容重；Li各传递岩梁的跨度；Cim各传递岩梁传递至该处的重量比例。5、采场支承压力在推进方向上的发展变化分为哪几个阶段？各阶段支承压力与支承压力显现的发展规律如何？（一）初次运动阶段支承压力分布与显现变化划分为三个阶段：第一阶段：采场开始推进到煤壁支承能力改变之前。压力分布：一条高峰在煤壁上的单调下降曲线（负指数）。显现分布：与压力分布曲线相同。第二阶段：从煤壁支承能力改变到老顶岩梁端部断裂前为止。压力特点：塑性区（包括煤体已完全破坏部分）压力逐渐上升。弹性区内则单调下降，其压力高峰在交界处。显现特点： 总体仍为单调下降曲线，但是具体讲则是塑性区内与压力分布相反，弹性区内与压力分布相同。第三阶段：从老顶岩梁端部断裂到岩梁中部触矸为止。特 点：支承压力分布与显现变化剧烈，压力分布与显现总体一致。压力特点：（1）断裂线附近应力集中（2）以断裂线为界分为两个应力场（3）两个应力场中压力分布背向发展。显现特点：（1）岩梁断裂时，伴随压力的集中，该部位移近速度突增。（2）断裂扩展或显著沉降，顶底板移近出现停滞甚至反弹。（3）断裂结束后，内外应力场中的压力显现以断裂线为界呈背向转移变化。（二）正常推进阶段每一周期来压过程中分为两个过程。1）相对稳定过程从上次运动结束到工作面推进到岩梁端部再次断裂前夕。压力分布：内应场缩小，压力很小；外应力场扩大，断裂前夕压力达到最大。显现分布：压力大小和分布平缓，显现平缓。2）显著变化的发展过程从岩梁断裂前夕至老顶岩梁运动结束止。压力分布：同初次运动阶段中的第二阶段。显现分布：同初次运动阶段中的第二阶段。6、工作面两侧支承压力发展规律与推进方向有哪些区别？1）两个方向上单一弹性分布存在的时间，即塑性区及出现塑性区时工作面推进的位置都相同。2）尽管老顶断裂在两个方向上略有先后，但其发展进程和出现的时间却是同步的。（任何方向超前支承压力显现都可以作为顶板来压的依据）3）与推进方向相比的最大差距（1）侧向不存在内应力场分布范围收缩的情况，外应力场的扩展是通过内应力场扩展和煤层再度压缩破坏而实现的。（2）老顶中每一“岩板”运动的影响，对于任意部位来说都只有一次。7、已知直接顶厚度为3m的细砂岩，悬顶距为2m，控顶距为4m，老顶厚度为5m，来压步距为C=10m，比重E=z=25KN/m3，碎胀系数K=1.25，采高为2m，试建立位态方程（处于限定变形状态）。根据题意得支架处于限定变形工作状态，可以利用实测参数建立位态方程。已知岩梁的运动参数，则直接顶的载荷为：A=mz zfz=325 (1+2/4)2=168.75KN/m2位态常数为（极限位态常数）：8、内应力场存在的条件是什么？外应力场稳定的条件是什么？内应立场存在的条件：式中，H在既定煤层条件的临界采深，。在既定煤层条件，不出现内应力场的煤层最小单向抗压强度，。外应力场的稳定条件有两个：（1）采场停止推进。（2）老顶运动停止。1、回采工作面顶板的分类方案？根据煤层直接覆盖层强度和变形能力以及上覆岩层排列情况，可以将工作面顶板组成情况分为以下三类：1） 一般类型顶板。这类顶板中直接顶和老顶两部分同事出现。2） 缓慢下沉顶板。这类顶板中无直接顶部分。3） 有整体垮塌威胁的顶板这类顶板直接覆盖层强度高、厚度大、塑性变形能力能力很弱。2、支架类型？ 工作面常用支架有单体支架和液压支架两大类。单体支架由顶梁与支柱组成，它的工作特性主要由单体支柱的工作特性和辅助支护结构的压缩特性决定。液压支架有支撑式、支撑掩护式、掩护支撑式和纯掩护式四类。3、支架实际支撑能力？单体支柱实际支撑能力计算公式：式中：KB支柱承载不均匀系数，支柱工作协调程度系数；KZ衡量支柱支撑能力发挥程度的系数；RB支柱回撤时的阻力。4、顶板事故的类型？常见的顶板事故分为两大类：（1）局部冒顶事故。（2）大面积切顶事故（或称垮面事故）。直接顶引起的垮面事故又分为推垮型事故和压垮型事故。老顶引起的垮面事故分为冲击推垮型和压垮型。1、试比较煤层处于弹性状态下，沿空留巷与各位置掘巷的优缺点？1）沿空留巷：在无内应力场的条件下，沿空留巷维护比较容易，特别是在有相应的支护手段时应该积极采用。2）沿空掘巷：老顶触矸后沿空掘巷是比较合理的。若在老顶触矸前掘出，则巷道将由于老顶会装而产生较大的变形。3）小煤柱掘巷：巷道处于叠加的支承压力峰值区内，变形大，且小煤柱可能失去稳定性，巷道的变形也会急剧增加。4）大煤柱掘巷：巷道位于原始应力区内，变形量小，但煤柱损失大，且给下部煤层开采带来不利影响，尤其是深部开采和开采有冲击倾向性煤层更加不利。2、试比较煤层进入塑性状态下，沿空留巷与各位置掘巷的优缺点？掘巷位置有几个？1）沿空留巷：巷道在采空区顶板活动稳定后将长期位于采空区边缘的卸压区；少掘一条巷道，降低工程量和费用；避免沿空掘巷滞后掘进的缺点；避免因地质变化而造成的停采待掘现象，有利于提高工作面单产。2）掘巷位置有四个，分别是内应力场中的沿空掘巷和小煤柱掘巷、外应力场的煤柱掘巷和原始应力场的大煤柱掘巷。（1）内应力场中的沿空掘巷和小煤柱掘巷：内应立场中的煤体已发生破坏，处于卸压状态，内应力场中掘巷不会引起支承压力分布和煤体力学状态的明显变化。老顶触矸后掘巷，不仅可避免由于老顶显著运动而产生很大的巷道顶板下沉，而且在附言稳定和压力叠加过程中内应力场的应力上升较少，巷道受采动影响小。（2）小煤柱掘巷：巷道两帮煤体由两向受压变成单向受压，在支承压力峰值的作用下，巷道两帮煤体必然要发生塑性破坏，掘巷后即产生较大的变形。尤其在受本工作面采动影响时处于支承压力峰值叠加区内，巷道难以维护。（3）大煤柱掘巷：道位于原始应力区内，变形量小，但煤柱损失大。3、沿空留巷巷道从掘进到报废要经过几个变形阶段？沿空掘巷与沿空留巷的变形阶段有什么区别？从巷道掘进到开采工作面完全结束，巷道被废弃的全过程中，矿压显现要经历五个阶段：（1）巷道掘进阶段；（2）无采掘影响阶段；（3）一次采动影响阶段；（4）采动影响稳定阶段；（5）二次采动影响阶段。沿空掘巷和沿空留巷的变形区段的区别在于，沿空掘巷巷道只受采空区矸石压缩和下区段工作面回采的影响 ，没有一次采动影响阶段。4、沿空留巷、沿空送巷的巷道变形量分别有哪几部分组成？（主要是公式中各个参数的意义）1）沿空留巷式中，u0掘巷引起的围岩变形量；u1超前支承压力作用的巷道变形量；u2工作面后方岩梁弯曲沉降和显著运动过程的变形量；u3老顶显著运动后压实矸石过程的巷道变形量u4巷道复用时工作面超前支承压力作用下的巷道变形量；u5巷道存在期间围岩流动变形总和。2）沿空掘巷公式符号意义同前。5、如何对沿空留巷巷道的变形量进行预计？公式中u2、u3如何根据岩梁运动参数进行计算？初始断面如何确定？沿空留巷的围岩变形主要是由岩梁弯曲沉降和显著运动引起的，正确估计这部分变形就可以对留巷的全部变形做出大概的预计。 式中，h采高；mz直接顶厚度；C巷道中线与岩梁端部断裂线之间的水平距离；L岩梁悬跨度；KA岩石碎胀系数，1.31.5；Kc岩石压实后的残余碎胀系数，1.001.05。受顶板影响造成的总变形量为6、影响巷道变形破坏的主要因素有哪些？影响巷道变形破坏的主要因素有两大类：一是自然因素，二是开采技术因素。（一）自然因素（1）围岩性质及其构造对巷道变形破坏的影响。围岩性质对巷道变形与破坏有决定性影响。强度、裂隙等。（2）巷道埋藏深度对巷道变形破坏的影响；（3）煤层倾角对巷道变形与破坏的影响；（4）地质构造因素对巷道变形破坏的影响；（5）水对巷道变形破坏的影响；（6）时间因素对巷道变形破坏的影响。（二）开采技术因素（1）采动状态；（2）巷旁支护；（3）巷道支护形式和参数；（4）断面形状和断面大小；（5）与工作面的时空关系。1、冲击地压的概念？冲击地压的类型？冲击地压破坏的两种情况？概念：矿山采动（采掘工作面）诱发高强度的煤岩变形能瞬时释放，在相应采动空间引起强烈围岩震动和挤出现象，是我国煤矿常见的重大灾害。按照冲击地压的力源划分，冲击地压分为三种类型：重力型、构造型和重力、构造应力并有的中间型。冲击地压破坏的两种情况：一是在一定约束条件下，煤体承受的压力大幅度增加；二是在煤体承受的压力并没有大幅度增加的情况，支撑约束条件发生了重大变化，使煤体的承载能力明显降低。2、冲击地压发生机理的三种假说内容？1） 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，即产生冲击地压。能量判据公式如下：式中，WR围岩所释放的能量；围岩能量释放的有效系数；WE矿体所释放的能量；矿体能量释放的有效系数；Wp消耗于克服矿体围岩交界处和矿体破坏阻力的能量。2） 刚度理论：该理论认为矿山结构的刚度大于矿山负荷系统的刚度时产生冲击地压的必要条件。3） 冲击性倾向理论：该理论认为具有煤（岩）冲击倾向性是发生冲击地压的必要条件之一。3、冲击地压的预测方法有哪些？常用的预测方法有：1） 煤粉钻孔法：煤粉钻孔法是通过在煤体中钻小直径的钻孔，根据钻孔时不同深度排出的煤粉量及其变化规律，以及有关动力现象来鉴别冲击危险的施工方法。2） 地震声学法：利用岩体声学荷地震声学特