矿山压力与岩层控制习题答案.

精品文档 1欢迎下载 矿山压力与岩层控制习题答案矿山压力与岩层控制习题答案 一 名词解释 1 老顶 通常把位于直接顶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 2 顶板下沉量 一般指煤壁到采空区边缘裸露的顶底板的相对移近 量 顶底板的相对移近量 3 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 4 周期来压 由于裂隙带岩层周期性失稳而引起的顶板来亚现象 称为工作面顶板的周期来压 5 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 或采有用矿物的空间称为回采工作面 简称采场 6 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 7 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和 作用在巷硐支护物上的力定义为矿山压力 8 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 的种种力学现象统称为矿山压力显现 9 矿山压力控制 所有减轻 调节 改变和利用矿山作用的各种方 法 均叫做矿山压力控制 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有时可能伴随滑落 失稳 从而导致工作面顶板急剧下沉 此时 工作面支架呈现受力 精品文档 2欢迎下载 普遍加大的现象称为老顶初次来压 11 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之承压力 12 关键层 将对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 冲击能指数 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 与峰值后所消耗的变形能 Ex 之比值 13 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 回采工作面采过后 沿采空区边缘掘进的巷道 15 软岩 是一种特定环境下的具有显著塑性变形的复杂岩石力学 介质 16 底鼓 底板向上鼓起的现象 17 煤矿动压现象 煤矿开采过程中 在高应力状况下积聚有大量 弹性能的煤或岩体在一定的条件下发生破坏 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 通称为煤矿动压现象 它有三种形式 冲击矿压 顶板大面积来压 煤与瓦斯突出 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 支架和设 精品文档 3欢迎下载 备损坏 人员伤亡 部分巷道垮落破坏等灾难的一种现象 19 浅埋煤层 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 20 开采沉陷 p177 煤层开采后 采空区周围原有的应力平衡 受到破坏 引起应力的重新分布从而引起岩层的变形 破坏与移动 并由上向下发展至地表引起地表的移动 这一现象称为开采沉陷 21 充分采动与非充分采动 177 22 岩层移动角 地表下沉边界和采 空区边界的连线与水平线在煤 柱一侧的夹角称为岩层移动角 23 锚固力 锚杆对围岩的约束力 1 根据约束力方式可分为托锚力 粘锚力 切向锚固力 2 根据锚杆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 二 简答解析 1 研究 孔 周围应力对研究矿山压力有何实际意义 有那些重要 结论可以借鉴 由于地下巷道和回采空间具有复杂的几何形状 以 及巷道和回采空间周围岩体也是属于非均质 非连续 非线性以及 加载条件和边界条件复杂的一种特殊介质 到目前为止还无法用数 学力学的方法精确地求解出巷道周围岩体内各处的应力分布状态 根据采矿工程的特点 通过将巷道及回采空间简化为各种理想的单 一形状的孔来近似的求出巷道和回采空间周围的应力状态 对了解 巷道变形的机理是十分有益和非常必要的 重要结论 精品文档 4欢迎下载 1 孔周围形成了切向应力集中 最大切向应力发生在孔的周边 2 应力集中系数的大小 对于单孔来说 圆形孔仅与测压系数有关 对于椭圆来说 则不仅与测压系数有关还与孔的轴长比有关 3 不论何种形状的孔 它周围的应力重新分布 分布从理论上说影 响是无限的 但从影响的剧烈程度来看大都有一定的影响半径 4 孔的影响范围与孔的断面大小有关 2 原岩应力分布的基本特点 43 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 实测铅 直应力基本上等于上覆岩层重量 水平应力普遍大于铅直应力 平均水平应力与铅直应力的比值随深度增加而减小 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 分布特点 在煤柱或煤体下方的一侧为增压区而在采空区下方的一侧为减压区 在集中力作用下 将岩体内铅直应力相等的点连起来则形成卵形的 压力泡 实际意义 由此我们可得到一些在底板中布置巷道时的规 律 并且在实际工程中很少遇到集中载荷作用的情况 但通过这个 解 可以知道应力在岩体内的传递规则 并且可以用积分的方法解 决其它载荷条件下的应力分布问题 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 岩 石破碎后 杂乱堆积 岩石的总体力学特征类似与散体 由于岩层 破碎后体积将产生膨胀 因此直接顶垮落后 堆积的高度要大于直 接顶原来的厚度 影响碎胀系数 Kp 的重要因素是岩石破碎后块度的 精品文档 5欢迎下载 大小及其排列状态 岩石破碎后 在其自重及外加载荷的作用下逐 渐压实 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 随着老顶的初次断裂 老顶破断岩块的变形迫使直接顶变形 方向支架方向加载荷 此时直接顶就不在可能形成放顶是可能发生 的离层状态 但是老顶破断岩层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 5 原岩应力场的概念及主要组成部分 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 它主要包括自重应力场和构 造应力场 6 分析采场上覆岩层结构失稳条件 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 要小于岩块间的摩擦角 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 7 分析加快工作面推进速度与改善顶板状况的关系 112 从实测的 s 一 t 曲线中可以看出 加快工作面的推进 速度实质上意味着减少了工作面的控顶时间 也减少了时间因素对 顶板下沉的影响 无疑可以减少顶板的下沉量 改善顶板维护状况 但是加快工作面的推进速度却在一定的时间间隔内增加了工序的影 精品文档 6欢迎下载 响次数 即缩短了相邻两个工序的时间间隔 同时也必然使顶板的 下沉量加剧 当工作面推进速度加快到一定程度后 可能会出现前 一工序影响的顶扳下沉还未稳定 后一个工序的影响却已来到 这 样 会使工作面顶板始终处于剧烈活动的情况下 显然 这种信况 对项板的渠护是非常不利的 在工作面推进速度很慢的情况下 加快工作面的推进速度对于减小顶扳的下沉虽 改善顶板曲维护状 况显然是有利的 但是 如果工作面的推进速度已提高到一定程度 后 再提高工工作面的推进速度不但不能减小顶板的下沉量 反而 会使顶扳活动更加剧烈 从理论上来讲 用加快工作面推进速度的 方法来减小顶板下沉量 改善顶板维护状况是有一定限度的 因而 企图用加快工作面推进速度来甩掉矿山压力的想法更是不现实的 在目前的实际生产中 工作面的推进速度还远没有达到不能再提高 的地步 从矿山压 力的观点出发 即使是年产百万吨的采煤队 再提高工作面的推进速度以减小质板的下沉 量也还是可能的 8 回采工作面测定的 S T 曲线说明了什么 工作面推进速度对 顶板下沉量的影响 用顶板下沉量 s 与时间 t 的坐标关系表示 在 一定的生产条件下 时间 t 本身包含有工作面的推进速度因素 在 实际的测定中也常常反映出顶板下沉量是时间的函数 在有些工作 面中 当推进速度比较慢时 容易出现局部冒顶等不利与生产的矿 山压力现象 而此时当工作面的推进速度时 则顶板状况明显好转 当工作面推进速度提高到一定程度 顶板下沉量变化将逐渐减小 但同时 随着回采工作面推进速度的加快 顶板下沉速度也明显加 精品文档 7欢迎下载 快 由 s t 曲线可知 在工作面中进行落煤与放顶时 顶板下 沉表现最为剧烈 平时则比较缓和 9 试分析开采深度对采场矿 山压力及其显现的影响 开采深度直接影响着原岩应力大小 同时 也影响着开采后巷道或工作面周围岩层内支承压力值 因此 开采 深度对巷道矿山压力显现的影响可能比较明显 但对矿山压力显现 的影响不尽相同 在一般条件下 一定的开采深度是出现冲击矿压 的一个必要条件 开采深度对巷道矿山压力显现的影响可能比较明 显 但开采深度对采场顶板压力大小的影响尤其是对顶板下沉量的 影响并不突出 因为顶板压力大小主要受煤层采高 直接顶和老顶 的力学性质 厚度等因素而定 因而对矿山压力显现的影响也不明 显 11 解释 支撑式 掩护式 支撑掩护式液压支架 支撑式 指在 结构上没有掩护梁 对顶板的作用是支撑的支架称为支撑式支架 掩护式 指在结构上有掩护梁 单排立柱连接掩护梁或直接支撑顶 精品文档 8欢迎下载 梁对顶板起支撑作用的支架 支撑掩护式 具有双排或多牌支柱 及掩护梁结构的支架 支柱大部或全部通过顶梁对顶板其支撑作用 可能有部分支柱是通过掩护梁对顶板起作用 12 分析采场支架工作阻力与顶板下沉量的 P L 曲线关系 支 架工作阻力与顶板下沉量的关系在一定程度上反映了支架与围岩的 相互作用关系 从 P L 曲线可以得出一下结论 不同的顶板 条件 P L 曲线的斜率不同 但都呈双曲线关系 在一定工 作阻力以上 支架工作阻力增加对顶板下沉量影响较小 但低于此 值则提高支架工作阻力将减少顶板下沉量 支架的工作阻力并 不能改变上覆岩层 大结构 的总体活动规律 回采工作面支 架应具备以下两个基本特性 一是必须具备一定的可缩量 二是必 须具备有良好的支撑性能 即一定的工作阻力 因而在支架选型 与支护设计中 最主要是确定支架的最大可缩量与最大工作阻力 13 简述采场支架与围岩关系特点 支架与围岩是相互作用的一对 力 在小范围内 围岩形成的顶板压力可看做一个作用力 支架可 以视为一个反力 两者应相互适应 使其大小相等 而且尽可能的 作用在一个作用点上 2 支架受力的大小及其在回采工作面分布规 律与支架的性能有关 3 支架结构及尺寸对顶板压力的影响 在实 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 14 简述开采后引起的上覆岩层的破坏方式及其分区 根据采空 区覆岩移动破坏程度 可分为 三带 垮落带 裂缝带 弯曲带 精品文档 9欢迎下载 1 垮落带 破断后的岩块成不规则垮落 排列也极不整齐 松散系 数比较大 一般可达 1 3 1 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 垮落带 与裂缝带合称 两带 又称为 导水裂缝带 意指上覆岩层含水 层位于 两带 范围内 将会导致岩体水通过破断裂缝流入采空区 和回采工作面 两带 高度和岩性与煤层采高有关 覆岩岩性越坚 硬 两带 高度越大 一般情况下 对于软弱岩层 其 两带 高 度为采高的 9 12 倍 中硬岩层为 18 28 倍 准确的确定 两带 高 度 对解决水体下采煤问题及下解放层开采瓦斯突出煤层有特别重 要的意义 3 弯曲带 自裂缝带顶界到地表的所以岩层称为弯曲带 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的 整体性发生的 在 垂直剖面上 其上下各部分的下沉差值很小 若存在厚硬的关键层 则可能在弯曲带内出现离层区 15 简述绿色开采技术体系 包 括以下内容 1 水资源保护 形成 保水开采 技术 2 土地与建筑物保护 形成离层注浆 充填与条带开采 3 瓦斯抽放 形成 煤与瓦斯共采 技术 4 煤层巷道支护与减少矸石排放技术 精品文档 10欢迎下载 5 地下气化技术 16 简述控制岩层移动的技术 岩层移动控制技术可分为 3 类 一 留煤柱控制岩层移动 1 部分开采 2 留设保护煤柱 二 充填法控制岩层移动 1 采空区充填 1 水力充填 2 干式充 填 3 胶结充填 2 覆盖离层区充填 三 调整开采工艺及参数控制岩层移动 如限厚开采 协调开采 上行开采等 17 简述回采工作面前方支承压力分区并分析其应力状态 分为应 力降低区 应力增高区 应力不变区 18 采区平巷在其服务期内沿走向的矿山规律有那些 采动影响带的 前影响压力与后影响区内矿压显现时间和机理有何不同 规律 采区巷道从开掘到报废 经历采动造成的围岩应力重新发布 过程 围岩变形会持续增长和变化 围岩变形经历五个阶段 1 巷道掘进影响阶段 2 掘进影响稳定阶段 3 采动影响阶段 4 采动影响稳定阶段 5 二次采动影响阶段 不同 巷道受上阶段工作面的回采影响后 在回采引起的超前移动支承压力作用的影响下 巷道围岩压力再次 分布 塑性区显著扩大 围岩变形急剧增长 在工作面后方附近 达到了最大值 远离工作面后方 巷道围岩变形速度逐渐衰减 巷 精品文档 11欢迎下载 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 对该时期围岩变形量影响很大 19 沿空留巷矿压显现基本特征 与沿空掘巷矿压显现的主要区别 沿空留巷上区段工作面采动时受力情况 1 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 2 上区段工作面采过后 沿空巷道经历老顶岩层从即将断裂前的极 限状态到发生断裂的失稳 然后到回转下沉采空区的过程 3 由于 老顶的剧烈运动 引起沿空巷道煤帮和巷道支护体发生剧烈变形 沿空掘巷破坏了原有平衡 在巷道边缘的煤体会出现新的破裂区 塑性 支承压力向煤体深部移动 20 跨巷回采卸压的基本原理 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区 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受破坏 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 体 边缘的水平距离 x 21 如何根据锚杆对围岩的约束方式定义锚杆锚固力 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 水胀式管状锚杆杆体纵向收缩 使托盘对围岩产生预紧力 以 精品文档 12欢迎下载 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 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 锚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摩 擦力对围岩施加锚固力来抑制围岩变形 切向锚固力 围岩的变形 大多从岩体的弱面开始 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 22 为什么说锚注支护是软岩巷道支护的新途径 锚杆支护与棚式 支架支护的一个重要区别是 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 显著提高岩体的强 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 杆作用得以发挥 进一步提高岩体强度 但注浆只能在围岩的一定 深处进行 需要与锚喷支护共同维持巷道周边围岩的稳定 因此 采取锚杆与注浆相结合的方法 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 23 简述软岩巷道变形力学机制 从理论上分析软岩巷道围岩变形 力学机制 可分为三种形式 即物化膨胀类型 应力扩容类型和结 构变形类型 膨胀变形机制 膨胀岩含有蒙脱石 高岭土和伊利 精品文档 13欢迎下载 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 软岩在构造应力 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视的力源 3 结构变形机制 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 24 简述冲击矿压防治措施的基本原理和主要方法 根据发生冲击 矿压的成因和机理 防治措施的基本原理有两方面 一是降低应力 能量 的集中程度 二是改变煤岩体结构的物理力学性能 主要 方法吧 1 合理的开拓布置和开采方式 2 开采解放层 浅埋煤层 1 原岩应力分布的基本特点 p44 实测铅直应力基本上等 于上覆岩层重量 水平应力普遍大于铅直应力 水平应力 与铅直应力的比值岁深度增加而减小 最大水平主应力和最小 水平主应力一般相差较大 2 分析采场上覆岩层结构失稳条件 精品文档 14欢迎下载 p86 结构的滑落失稳 剪切力大于咬合点处的摩擦力 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 即岩块长度要大于 2 2 5 倍的岩块厚度 结构的变形失稳 这是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 3 加快工作面推进速度与改善顶板状况的关系 p115 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程度以后 顶板下沉量的变化将逐渐减小 并不能甩掉顶板压力 4 开采深 度对采场矿山压力及其显现的影响 p115 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 精品文档 15欢迎下载 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 5 在双向等压应 力场中圆孔周围应力分布的基本规律 p51 在双向等压应力场 中 圆孔周边全处于压缩应力状态 应力大小与弹性常数 E 无关 t r 的分布和角度无关 皆为主应力 即切向和径向 平面均为主平面 双向等压应力场中孔周边的切向应力为最大应 力 与孔径大小无关 t 2rH 超过周边围岩的弹性极限时 围岩 进入塑性状态 其他各点的应力大小则与孔径有关 在双向等 压应力场中圆孔周围任意点的切向应力与径向应力和为常数 6 采场上覆岩层活动规律假说的内容及其特点 p67 压力拱假 说 此假说是认为在回采工作空间上方 由于岩层自然平衡结果而 形成的一个 压力拱 拱的一个支点在工作面前方煤体内形成前脚 拱 另一个支点在采空区垮落的矸石上形成后脚拱 随工作面的推 进 前后拱也将向前移动 优点是对回采工作面前后的支承压力及 工作空间处于减压范围做出了解释 缺点为主种假说简单不能从数 量上解释矿压问题 对松软破碎顶板还适用 对坚硬顶板有一定的 参考价值 悬臂梁假说 认为工作面和采空区上方顶板可视为梁 其优点是可解释工作面近煤壁处顶板下沉量支架载荷小 支承压力 及工作面出现周期来压的现象 缺点是由于未查明开采后上覆岩层 活动规律 利用悬臂梁计算顶板下沉量的支架载荷与实测数据相差 较远 铰接岩块假说 认为工作面上方岩层破坏可分为垮落带和 其上的规则移动带 工作面支架两种不不同工作状态 给定载荷状 精品文档 16欢迎下载 态和给定变形状态 些假说优点是正确阐明了工作面上覆岩层的分 布情况及其内部力学关系可能开成的结构 缺点是未能对铰接岩块 间的平衡条件做做进一步探讨 预成裂隙假说 些假认为在回采 工作面周围存在着应力降低区 应力增高区 采动影响区 这三个 区随工作面的推进 同时也向前移动 同时还认为支架应有足够的 支撑力和工作阻力 应及时地支撑住顶板岩层 使各层岩层之间保 持紧密状态阻止相对滑移 张裂与离层 7 支架 围岩相互作用 的基本状态 p237 当巷道顶板岩石与上覆岩层离层或脱落时 支架仅受到离层和脱落岩石自重压力作用 支架这时处于给定载状 态 当巷道顶板岩石与上覆岩层没有离层或脱落时 支架的受载 和压缩变形将取决于上覆岩层的运动状态 这种情况下只靠支架本 身的支撑力无法阻止上覆岩层的运动 只有当上覆岩层下沉过程中 受到采空区已冒落矸石或充填物阻挡时 支架的收缩变形才停止 这时支架处于给定变形状态 8 初次来压的特点 p102 工作面顶板急剧发生下沉 工作面 直接顶破碎甚至产生台阶状下沉 煤壁内支承压力增大 煤帮变 形与塌落 老顶初次来压较突然 工作面易出现事故 顶板出 现断裂声 并有顶板掉渣现象 顶板产生裂隙 9 采场支架与围 岩关系特点 p149 支架和围岩的关系实质上就是要分析支架性 能 结构对支架受力及围岩运动的影响 以及在各种围岩状态下支 架呈现什么反应 从中分析支架应具有的最合理的结构和参数 1 支架与围岩是相互作用的一对力 2 支架受力的大小及其在回采工 精品文档 17欢迎下载 作面分布的规律与支架性能有关 事实证明 刚性 急增阻性 微 增阻性或恒阻性支架在工作面的受力是不一致的 恒阻式支架的受 力比较均匀 3 支架结构及尺寸对顶板压力的影响 实际生产中证 明 在支架架型选择合适时 可以用最小的动作阻力维护好顶板 10 开采后引起的上覆岩层的破坏方式及分区 p70 182 根据 采空区覆岩移动破坏程度 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 3 1 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 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 煤臂支撑影响区 一 般在回采工作面前方 30 40m 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 甚至出现负位移 B 区域 离层区 回采工作推过钻孔 4 8m 后 垂直位移急剧增加 各层位移越向上 精品文档 18欢迎下载 越缓慢 形成离层 易发生顶板事故 C 区域 重新压实区 已断裂的岩层重新受到已冒落矸石支撑时 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 11 控制 岩层移动的技术 p191 岩层移动控制技术可分为三类 一 留 煤柱控制岩层移 1 部分开采 部分开采包括 条带开采和房柱式 开采 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 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 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 三 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 12 研究关键层的意义 p186 实验证明 岩层移动由下向上 成组运动 岩层移动的动态过程受控于覆岩关键层的破断运动 关键层理论进一步表明覆岩层关键层不仅对地表动态下沉过程起控 制作用还对地表移动曲线特性产生影响 地表下沉是关键层与覆土 耦合作用的结果 关键层的变形破断及其运动规律 在运动过程 中与软岩层间为相互耦合作用关系 为煤矿绿色开采技术提供了 新的理论平台 13 支掩式掩护支架的优缺点 优点 缩短了 精品文档 19欢迎下载 控顶距 减少了托梁与顶板之间反复支撑的次数 提高了支架对机 道上方顶板的支撑力 在顶板局部冒顶情况下 可以考虑不勾顶 支架的结构可以承受一定的水平推力 因而可以实现承载前移 挡矸性能良好 采空区矸石不能涌入回采工作面空间 缺点 支 架空间小 通风断面小 行人不方便 除此之外由于增加了掩护梁 支架重量有所增加 14 支架工作阻力与顶板下沉量的关系 P L 曲线 p151 顶 板条件不同 曲线斜率不同 但都为近似双曲线关系 支架的工 作阻力与顶板下沉量的关系在一定程度上反映了支架与围岩的相互 关系 在一定工作阻力以上 支架工作阻力增加对顶板下沉量影 响较低 但低于此值则影响极大 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 事实上只能在工作阻力偏低的情况 下 提高工作阻力才有可能对顶板下沉有显著的影响 并未给出 顶板下沉量与顶板完整情况的关系 事实上 各类岩层的允许下沉 量也是不一样的 15 简述回采工作面周围支承压力分布规律 p198 煤层开采过程破坏了原岩应力场的平衡状态 引起应力 重新分布 对于受到采动影响的巷道 它的维护状况除了受巷道所 处位置的自然因素影响以外 主要取决于采动影响 煤层开采以后 采空区亡部岩层重量将向来空区周围新的支承点转移 从而在采空 区四周形成文承压力带 工作面前方形成超前支承压力 它随着工 作面推进而向前移动 称为移动性支承压力或临时支承压力 工作 面沿倾斜和仰斜方向及开切眼 侧煤体上形成的支承压力 在工作 精品文档 20欢迎下载 面采过一段时间后 不再发生明显变化 称为固定支承压力或残余 支承压力 回采工作面推过一定距离后 采空区上覆岩层活动将趋 于稳定 采空区内某些地带冒落矸石被逐渐压实 使上部未冒落岩 层在不同程度