2025年中国矿业大学矿业工程（煤炭开采）试验班试题与答案解析

2025年中国矿业大学矿业工程（煤炭开采）试验班试题与答案解析考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、名词解释（每题3分，共15分）1.矿山压力2.采煤方法3.瓦斯抽采4.矿井通风网络5.绿色矿山二、简答题（每题5分，共25分）1.简述影响矿山压力的主要因素。2.简述长壁采煤法的主要工艺流程。3.简述矿井通风的目的和任务。4.简述防治煤层自燃的主要措施。5.简述我国煤矿安全生产的“三违”行为及其含义。三、论述题（每题10分，共20分）1.论述矿井水害的来源及其防治基本原则。2.论述智能化技术在现代煤炭开采中的应用前景及其意义。四、计算题（每题10分，共20分）1.某矿井简化通风网络如图所示（此处无图，请根据文字描述想象），已知主扇风机风量Q=150m³/s，总阻力H=1500Pa。风流从进风井A到回风井B。测得风路ACB的风阻为R1=5Pa/(m³/s)²，风路ADB的风阻为R2=10Pa/(m³/s)²。求各条风路的风量Q1和Q2。（提示：可利用风量平衡方程和阻力平衡方程求解）2.某煤层厚度m=4m，倾向长L=2000m，走向长S=1500m。采用走向长壁采煤法，采用单一长壁工作面开采。工作面长度l=150m，循环进度s=0.8m，日进尺n=3循环。该煤层原始瓦斯含量q=8m³/吨煤，开采回采率η=0.95。问：该煤层在工作面开采期间预计最大瓦斯涌出量Qmax是多少？（瓦斯涌出量按煤层体积计算，并考虑回采率影响）五、设计题（15分）设计一个简单硐室（如材料硐室）的支护方案，说明选择支护方式的原因，并简述其主要施工步骤。（要求：说明需考虑哪些地质水文条件，选择哪种支护形式，并阐述理由）试卷答案一、名词解释1.矿山压力：指采矿活动中，作用在巷道围岩、采场顶板和底板以及煤（岩）体内部，使其产生变形和移动的应力。它主要由上覆岩层的重量、应力以及开采引起的应力重新分布所产生。2.采煤方法：指根据煤层赋存条件、技术装备水平、安全生产要求等，为完成煤炭开采工作而制定的综合技术方案。它规定了采煤系统的布置、采煤工艺、巷道布置、支护方式等。3.瓦斯抽采：指通过钻孔、抽采管路等工程措施，从煤层、围岩或采空区中抽取瓦斯（主要成分为甲烷CH4）的过程。目的是降低煤层瓦斯含量和矿井瓦斯浓度，预防瓦斯爆炸、突出等事故，并利用瓦斯作为能源。4.矿井通风网络：指矿井内部所有通风巷道（进风道、回风道、联络巷等）相互连接而形成的网络系统。它是实现矿井内外空气流动、调节工作面和硐室气候条件的通道。5.绿色矿山：指在矿产资源开发过程中，坚持“节约优先、保护优先、自然恢复为主”的方针，通过源头控制、过程管理、末端治理，最大限度地减少对生态环境的扰动、损害和破坏，实现经济效益、社会效益和生态效益协调统一，可持续发展的矿山。二、简答题1.简述影响矿山压力的主要因素。*解析思路：回答此题需从岩体自身属性、上覆岩层、开采技术及外部环境等多个维度进行分析。*答案要点：*岩体性质：岩石的强度、弹性模量、节理裂隙发育程度等。强度越高、越完整，矿山压力越大。*上覆岩层：上覆岩层的厚度、密度、自重。岩层越厚、密度越大，垂直应力越大，矿山压力越大。*开采技术参数：采高、工作面长度、采深。采高、工作面长度越大，采深越浅，影响范围和集中程度越大，矿山压力通常越大。*开采方法与顺序：不同的采煤方法（如长壁、短壁、房柱式）对矿山压力的影响不同。先采邻近煤层会对主采煤层产生应力影响。巷道布置方式（如平行、交叉）也影响局部应力集中。*外部因素：地应力状态（构造应力）、温度、含水率等。高温、高含水率可能软化岩石，改变应力传递路径和大小。2.简述长壁采煤法的主要工艺流程。*解析思路：描述长壁采煤法从准备到结束的完整作业过程，涵盖工作面准备、落煤、运煤、支护、通风等环节。*答案要点：*巷道准备：掘进运输平巷和回风平巷，构成工作面的两翼。*工作面安装：安装采煤机、液压支架（或掩护式支架）、刮板输送机、转载机、带式输送机等设备，形成回采系统。*落煤：采煤机沿工作面斜向或双向割煤，将煤炭截割下来。*支护：采煤机通过后，液压支架前移，对顶板进行支护，同时移设刮板输送机，完成“移架-移机-落煤-推溜”的循环。*运煤：刮板输送机将煤炭运至转载机，再由带式输送机运出工作面。*通风：通过回风平巷和主要回风道将污浊空气排出矿井，新鲜空气经进风平巷进入工作面。*采空区处理：通常采用垮落法管理顶板，使采空区岩层自然垮落填充。3.简述矿井通风的目的和任务。*解析思路：明确矿井通风是围绕空气这一核心要素，服务于人员、生产和安全三个方面的需求。*答案要点：*供给新鲜空气：满足井下人员呼吸需要，维持健康。*排除有害气体和粉尘：稀释并排出瓦斯、二氧化碳、一氧化碳、氮氧化物等有毒有害气体，降低粉尘浓度，保障作业环境安全。*调节气候：降低井下温度和湿度，改善空气流动，创造舒适的作业条件。*防灭火：降低可燃物（如煤炭、瓦斯）周围氧气浓度，抑制自燃和爆炸。*保障安全：通过通风系统布局和风量控制，防止瓦斯积聚、爆炸、煤尘爆炸等事故。4.简述防治煤层自燃的主要措施。*解析思路：从阻止氧化、降低条件、消除隐患三个层面阐述防治措施。*答案要点：*隔绝空气：在采空区、煤柱、运输巷等处，采用封闭、喷洒阻氧剂、充填（如黄泥、粉煤灰）等措施，减少氧气供给。*降低煤的自燃条件：通过注水、注氮、注二氧化碳、泡沫覆盖等手段，降低煤体温度，降低氧化活性，或者改变煤的物理化学性质。*消除自燃隐患：及时清理自燃区域，处理热源；加强监测，早期发现自燃征兆并采取措施；优化开采工艺，减少自燃风险。5.简述我国煤矿安全生产的“三违”行为及其含义。*解析思路：准确解释“三违”的具体内容，即违章指挥、违章作业和违反劳动纪律。*答案要点：*违章指挥：指管理人员、干部不按安全生产规章制度、操作规程或作业标准进行指挥、安排生产活动。*违章作业：指工人不遵守安全操作规程、工艺要求或劳动纪律，进行不安全操作。*违反劳动纪律：指工人不遵守企业的各项规章制度，如脱岗、睡岗、酒后上岗、无证上岗等，影响安全生产秩序。三、论述题1.论述矿井水害的来源及其防治基本原则。*解析思路：首先系统分类矿井水害的来源，然后阐述针对这些来源的综合性防治原则。*答案要点：*矿井水害来源：*地表水入渗：降雨、地表径流、河流渗漏等通过裂隙、断层、塌陷坑等进入井下。*地下水动用：含水层中的地下水被开采疏干或在压力差驱动下进入矿井。*老空水：旧巷、老空区、废弃矿井积水和渗水。*断层水：断层破碎带富水，在构造应力或水位差作用下进入矿井。*岩溶水：在岩溶发育区，岩溶裂隙、溶洞中的水大量涌入。*矿井排水：采掘活动过程中产生的矿井水，若管理不当也可能引发次生水害。*防治基本原则：*预防为主，防治结合：将重点放在地质勘探、水文地质调查上，摸清水害因素，从设计源头规避或减少水害风险。同时，在建设和生产过程中采取有效措施进行防治。*分区隔离，综合治理：根据水害来源和特点，采取不同措施。如对地表水，可设置截水沟、防排水层；对地下水，可采用注浆堵水、截洪导流、水闸等；对老空水，需探明水源并可靠导排。*加强监测，早期预警：建立完善的矿井水文地质监测系统，实时监测水位、水质、水量变化，及时发现异常，提前采取应急措施。*技术可靠，经济合理：选择技术成熟、效果可靠、经济适用的水害防治技术和方案。加强排水系统建设和维护，确保排水能力满足要求。*管理到位，责任落实：建立健全水害防治管理制度和应急预案，明确各级人员职责，加强教育培训，确保各项措施落实到位。2.论述智能化技术在现代煤炭开采中的应用前景及其意义。*解析思路：结合煤炭行业发展趋势，阐述智能化技术的具体应用方向，并分析其对安全、效率、效益、绿色化等方面的积极意义。*答案要点：*应用前景：*智能工作面：应用大功率、智能化采煤机、自适应、远程操控的液压支架，实现工作面自动化、无人化割煤、支护。结合自动化运输系统，形成全流程无人工作面。*智能掘进：应用掘锚机、掘支运一体机等高效智能掘进装备，实现巷道快速掘进和支护。*智能通风：利用传感器、物联网、大数据分析技术，实时监测矿井通风网络参数，实现通风系统的智能调控和优化，保障瓦斯安全。*智能安全监控：部署各类传感器（瓦斯、粉尘、顶板、水文、人员定位等），结合AI图像识别技术，实现全方位、实时、智能的安全预警和应急指挥。*智能地测与规划：利用无人机、三维激光扫描、物探、大数据分析等技术，精准获取地质信息，实现地质模型动态更新，支撑智能化开采布局和规划。*智能管控平台：建设统一的数据中心和管控平台，集成各子系统信息，实现矿井生产、安全、设备、人员等全方位的数字化、智能化管理和决策支持。*意义：*提升安全水平：通过自动化、远程操作、智能监控，减少人员暴露在危险环境中的时间，有效预防和减少事故发生，保障矿工生命安全。*提高生产效率：智能化设备效率高、稳定性好，可实现连续作业，减少停机时间，大幅提高煤炭生产效率和资源回收率。*降低生产成本：减少井下作业人员数量，降低人力成本；优化生产组织，减少材料消耗和能耗；提高设备利用率，降低维护成本。*增强资源保障：使煤炭企业能够安全、高效地开采埋深大、地质条件复杂、资源回收难度高的煤炭资源，保障国家能源安全。*促进绿色矿山建设：智能化技术有助于实现精准开采、节水降耗、减少排放、生态修复，推动煤炭工业向绿色、低碳、可持续发展方向转型。四、计算题1.求各条风路的风量Q1和Q2。*解析思路：根据题意，这是一个简单的并联风路系统。应用风量平衡方程和阻力平衡方程求解。*答案要点：*风量平衡方程：对于节点（假设为A点），进入节点的风量等于离开节点的风量。Q=Q1+Q2。（注意：题目描述Q=150m³/s是总风量，但未说明是进风井风量还是节点A的风量。此处按Q是流经节点A的总风量，即Q=Q1+Q2来解）。*阻力平衡方程：对于并联风路，风阻相等时，风量按风阻反比分配。当R1≠R2时，Q1/Q2=R2/R1。或者，如果题目隐含总风量Q是沿ACB和ADB两条路径分别流动的（即Q=Q1=Q2），那么需要重新审视题意。但按最常见解法，应是指Q是节点A的总进风量，则：*Q1=Q*(R2/(R1+R2))=150*(10/(5+10))=150*(10/15)=100m³/s*Q2=Q*(R1/(R1+R2))=150*(5/(5+10))=150*(5/15)=50m³/s*（注意：此解法基于Q是总风量，且两条路径风阻不同，Q1和Q2分别代表沿ACB和ADB的风量。如果Q代表流经A点的总风量，则Q=Q1+Q2=150，且Q1/R1=Q2/R2，结合Q1+Q2=150，联立可解。请核对题目描述。此处按Q=Q1+Q2=150解。）*修正解法：假设题目意图是Q是总风量，流经节点A，沿两条路径分别流出：*根据风量分配：Q1/R1=Q2/R2*Q1+Q2=150*代入数值：Q1/5=Q2/10*得：Q2=2*Q1*代入Q1+Q2=150：Q1+2*Q1=150=>3*Q1=150=>Q1=50m³/s*Q2=2*50=100m³/s*结论：沿风路ACB的风量Q1为100m³/s，沿风路ADB的风量