矿山压力与岩层控制精品课程习题

- 1 - 山东科技大学精品课程山东科技大学精品课程 矿山压力与岩层控制矿山压力与岩层控制复习题复习题 绪绪 论论 1、矿山压力及其控制方面历史上主要存在几种假说？ 2、以上覆岩层运动为中心的矿压理论主要要点是什么？ 第一章第一章 矿山压力及矿山压力显现矿山压力及矿山压力显现 1、什么是矿山压力？什么是矿山压力显现？二者的关系如何？ 2、矿山压力的来源有哪几个方面？各自有什么特点？ 3、关于临界采深与支护反力的有关计算公式。 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。 第二章第二章 采场上覆岩层运动和发展的基本规律采场上覆岩层运动和发展的基本规律 1、弯（拉）破坏与剪切破坏的矿压显现各有什么特点？ 2、弯、剪破坏的控制要求各为什么？ 3、弯、剪破坏运动形式如何进行判断？（公式、判别条件） 4、传递岩梁的概念。 5、岩层在纵向方向上的发展规律是什么？ 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？ 7、开采厚煤层下部分层岩层运动特点有哪些？ 第三章第三章 采场上覆岩层的运动范围采场上覆岩层的运动范围 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？ 2、采场划分成哪几种类型？各自的岩层组成有什么特点？ 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？ 4、确定老顶范围的工作内容有哪些？各如何确定？ - 2 - 第四章第四章 采场矿山压力显现与上覆岩层运动之间的关系采场矿山压力显现与上覆岩层运动之间的关系 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？ 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？ 3、在现场如何建立位态方程？ 4、支承压力的概念？单一重力场的支承压力表达式？ 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？ 6、工作面两侧支承压力发展规律与推进方向有哪些区别？ 7、内应力场存在的条件是什么？外应力场稳定的条件是什么？ 第五章第五章 回采工作面顶板控制设计回采工作面顶板控制设计 1、回采工作面顶板的分类方案？ 2、支架类型？ 3、支架实际支撑能力？ 4、顶板事故的类型？ 第六章第六章 采场周围巷道矿压控制采场周围巷道矿压控制 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？ 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？ 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？ 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） 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？ 第七章第七章 冲击地压冲击地压 - 3 - 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？ 2、冲击地压发生机理的三种假说内容？ 3、冲击地压的预测方法有哪些？ 4、冲击地压的防治方法有哪些？ 5、冲击地压具有哪些现象？ 第第八八章章 放顶煤采场矿压控制放顶煤采场矿压控制 1、放顶煤采煤法有哪几种？ 2、影响顶煤冒放性的因素有哪些？并作简单分析。 3、分析放顶煤采场的几种顶板结构形式 4、放顶煤采场的支架围岩关系 第第九九章章 矿柱支护采矿法的岩体控制矿柱支护采矿法的岩体控制 1、什么是矿柱支护采矿法？什么是崩落采矿法？ 2、如何分析确定矿柱的强度？ 3、矿房矿柱布置设计中的主要参数有哪些？ 4、单层崩落采矿法的矿压显现特点？ - 4 - 习题习题解答解答 绪绪 论论 1、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） 2、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落性能，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。 第一章第一章 矿山压力及矿山压力显现矿山压力及矿山压力显现 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 - 5 - （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。 2、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。 3、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） K C H )sin1 ( cos2 - 6 - 通过假设支架，增加3，则需要的支护反力为： sin1 cos2)sin1 (1 3 sin1 cos2)sin1 ( HK RT或： 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 )( ln 2 0 ctgCP ctgCHk f m x i 塑性区内值承压力： ctgCectgCP x m f yi 2 )( Pi支架对煤壁阻力 K集中系数 2）教材公式 00 0 2 ) 2 1)( yctgx xh x f c f cy 第二章第二章 采场上覆岩层运动和发展的基本规律采场上覆岩层运动和发展的基本规律 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 - 7 - 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， )( 2 2 0 i t mm m L )(3 4 i c mm m LG 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？ - 8 - 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。 第第三三章章 采场上覆岩层的运动范围采场上覆岩层的运动范围 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。 架承担其全部作用力。控制要求：运动时支 联系。向上不能保持传递力的结构特点：在推进方 支撑的悬臂梁结构。落，在采场内暂由支架定义：在老塘已经冒 直接顶) 1 范围内。顶板下沉量控制在要求 老顶岩梁运动结束时的积切顶与动压冲击，把控制要求：防止大面 。传递力的不等高裂隙梁后一组在推进方向上能结构特点：初次来压 传递岩梁的总和。矿压显现有明显影响的定义：运动时对采场 老顶)2 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 1 A z k h m 2）考虑岩层沉降的推断方法 1 A A z k Sh m 式中：mZ直接顶厚度； h采高； K已冒落岩层的碎胀系数； - 9 - 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。 第第四四章章 采场矿山压力显现与上覆岩层运动之间的关系采场矿山压力显现与上覆岩层运动之间的关系 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： - 10 - K Az AL C Kmh h ) 1( 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：Aihh 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。 i A AEiziT h h KAPPP 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： KT ECE A LK m K （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 i T h h KAP 0 0 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： 0 P 、P0、 0 h 、 h0 2）确定直接顶厚度 mZ及支架支撑直接顶必需的承载值 A。 - 11 - 3）确定位态常数 （1）已知岩梁厚度 mE，运动步距 C 等，则： KT ECE A LK m K K Az AL C Kmh h ) 1( （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-A 4)写出位态方程 （1） i A AT h h KAP （2） i T h h KAP 0 0 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。 nn ixiiiiiyCLmm 11 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。 - 12 - 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（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。 - 13 - 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=3 25 (1+2/4)2=168.75KN/m2 位态常数为（极限位态常数） ： )/(25.156 42 10255 2 mKN LK m K KT ECE A 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： min )( cc HH或 式中，H在既定煤层条件的临界采深， max K H c 。 min )( c 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 ， HK c maxmin )( 。 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。 第第五五章章 回采工作面顶板控制设计回采工作面顶板控制设计 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。 - 14 - 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： BZBTRKKR 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。 第第六六章章 采场周围巷道矿压控制采场周围巷道矿压控制 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 - 15 - 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 543210 uuuuuuu 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 5430 uuuuu 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？ - 16 - 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。 ) 1( 2 Kmh L C u z )( 3cAz KKm L C u 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 L mC Kmm L C uu cz ) 1( 32 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。 第第七七章章 冲击地压冲击地压 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。 - 17 - 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： 1 dt dW dt dW dt dW D ER 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征的物理方法。 （1）声学法；在岩体中人工激发 1001000Hz 的弹性波，通过测定弹性波的弹性速 度来评价岩体结构和受力状态。 （2）微震法。通过测定低频微震波预测冲击地压的一种方法。 3）顶板动态法：利用顶板动态仪在超前巷道中观测，掌握支承压力的转移和变化规 律，摸索冲击地压和顶板动态的关系。 - 18 - 4、冲击地压的防治方法有哪些？ 冲击地压的防治措施分为两大类：一是区域性防治措施，另一类是局部性防治措施。 （一）区域性防治措施 1）合理确定开拓部署和开采方法： （1）开采保护层； （2）避免形成孤立煤柱； （3） 顶板管理方法应尽量采用长壁开采全部垮落法处理顶板； （4）尽量将巷道布置在底板中； （5）尽量采区由断层和采空区开始回采的开采程序。 2）煤层预注水。 （二）局部性防治措施 1）卸载钻孔；2）卸载爆破；3）诱发爆破；4）煤层高压注水。 5、冲击地压具有哪些现象？ 冲击地压是以突然、急剧、猛烈的形式释放煤岩体变形能，煤岩体被抛出，在哦阿城 支架损坏、片帮冒顶、巷道堵塞、伤及人员，并产生巨大的响声和岩体震动，震动时间从 几秒到几十秒，冲出的煤岩从几吨到几百吨。 第第八八章章 放顶煤采场矿压控制放顶煤采场矿压控制 1、放顶煤采煤法有哪几种？ 1）整层放顶煤采煤法 这种采煤法是直接沿底板布置放顶煤工作面，即当采煤工作面推进一定的距离后，就 将上部顶煤放出，这样一次采出煤层的全部厚度。 2）预采顶分层采煤法 这种采煤法首先沿顶板在煤层中布置一个普通长壁采煤工作面（即采顶分层） ，然后 再沿底板布置放顶煤工作面进行回采，将底分层上部的顶煤放出。 3）预采中间分层放顶煤采煤法 这种采煤法是先在煤层中间布置一个普遍长壁采煤工作面进行开采。然后，再沿底板 布置放顶煤采煤工作面。中间分层工作面的位置应使底布放顶煤采煤工作面上方有 0.5m 以上的护顶煤。 4）水平分段放顶煤采煤法 对于厚度超过 20m，甚至上百米的极厚煤层，可以把煤层厚度按 1020m 分成若干个 分段，使用放顶煤采煤法依次自上而下分段回采。这种方法叫做极厚煤层分段放顶煤采煤 法。 2、影响顶煤冒放性的因素有哪些？并作简单分析。 - 19 - 1）煤层强度 放顶煤开采顶煤破碎后主要依靠矿山压力自然破煤，而顶煤破碎程度是与顶煤强度直 接相关的，煤层强度是顶煤是否破坏的内因。综合我国放顶煤开采经验：可用于放顶煤开 采的煤层强度（单向抗压强度）RC 值变化于 5MPa40MPa 之间，以 10MPa20MPa 的 煤层强度放出效果最好。 2）采深 H 采深 H 大小是决定顶煤是否破坏的外部因素，直接影响到破煤作用的大小，采深大小 应是相对的，视煤体强度而定。一般而言，工作面前方的最大支承压力 KmaxH 值大于煤 体的强度极限，则此时的采深就相对“大”，否则就相对“小”。因此采深 H 与煤体强度之间 有一对应关系，当 H16.57RC时，即可认为煤层能被有效的破碎。 3）顶板岩性 顶板岩性对顶煤冒放性影响主要有两方面：其一，岩层越坚硬、完整，岩性越好，其 向煤壁前方传递力的作用越强，即煤壁前方支承压力峰值 KmaxH 就越大，对顶煤破碎能 力就越强；其二，岩性约松软，冒落性越好，冒落顶煤放出后顶板能及时冒落充填满采空 区，为下一循环顶煤垮落后堆积在放顶煤口附近创造条件。即此时顶煤便于放出但不利于 破碎，考虑到其对顶板冒落与放出的综合影响，认为顶板属中硬，以粉砂岩、中砂岩为主 最有利于顶煤的冒落与放出。 4）煤层厚度 煤层厚度是采煤高度与放煤高度之和。研究结果表明，顶煤破碎主要是靠前方支承压 力的作用，支架性能即支架阻力与顶梁长度对顶煤破碎范围仅在支架上方 2m 左右，当一 次采出厚度加大后，支撑压力明显增大，但上部顶煤破碎块度亦相应增大，支架性能对其 影响较小，因此合理的煤层厚度以采放高度比为 1.23 最适宜，按割煤度 23m 计算， 即顶煤厚度 46m 最好。 5）节理裂隙发育程度 就实质而言，煤体中节理裂隙发育大大降低了顶煤的整体强度，总的来讲，裂隙发育 程度高利于顶煤的再次破碎与冒落成均质松散体，顶煤放出时具有明显的规律性，回采率 高。但裂隙发育超过一定限度后，由于顶煤过分松软，架前、架间顶煤片帮，冒顶将影响 放顶煤工作的正常进行，降低了工效，因此理想的节理裂隙发育程度以间距在 0.30.4m 间最好。 6）夹石层厚度 - 20 - 根据规定，当煤层中夹石层单层厚度大于 300mm 时，强度影响顶煤冒落，因此，以 300mm 为界，大于 300mm 时视顶煤可放行“极差”，越小越好。 7）夹石层强度 夹石层强度对顶煤冒放性影响取决于夹石层强度与煤层强度之比值，一般认为，只有 当夹石层强度大于煤层强度时