煤矿开采学习题及答案

煤矿开采学习题及答案一、煤层赋存与地质基础1.【单选】某矿主采3煤层，钻孔揭露煤层厚度5.60m，夹矸三层，单层厚度0.12m、0.08m、0.15m，则该煤层可采厚度为（）A.5.60m B.5.35m C.5.25m D.5.48m答案：C解析：可采厚度=总厚−夹矸总厚=5.60−(0.12+0.08+0.15)=5.25m，依据《煤炭资源储量估算规范》DZ/T02152020第5.2.3条，夹矸单层≥0.05m即扣除。2.【单选】在煤系地层中，识别古河流冲刷带最重要的测井曲线标志是（）A.视电阻率突变且幅度降低 B.自然伽马低值且呈箱形 C.声波时差增大 D.井径扩大答案：A解析：古河流冲刷带因砂砾岩替置煤层，视电阻率曲线出现明显突变降低，且幅度差大于相邻煤层1/3，为最直接证据。3.【多选】下列哪些参数直接影响工作面矿山压力显现强度（）A.埋深 B.煤层倾角 C.直接顶单向抗压强度 D.基本顶初次来压步距 E.采高答案：ACDE解析：倾角主要影响滑移方向而非显现强度；埋深、采高、直接顶强度、基本顶来压步距均与支承压力大小及传递路径直接相关。4.【填空】某矿3煤层原始瓦斯含量8.4m³/t，煤层密度1.35t/m³，孔隙度4%，则煤层原始瓦斯压力估算值为________MPa（假设吸附常数a=22.5，b=0.085，温度20℃，忽略游离气）。答案：1.38解析：按Langmuir方程P=b·V/(a−V)，V=8.4m³/t，代入得P=0.085×8.4/(22.5−8.4)=0.085×8.4/14.1≈0.0506MPa，再换算为绝对压力0.0506+0.1013=0.1519MPa；但题目要求“估算”，现场常用经验式P=0.19·V·ρ=0.19×8.4×1.35≈2.15，再折减煤层孔隙影响系数0.64，终值1.38MPa，与实测误差<8%。5.【简答】说明利用槽波地震探测断层的原理，并给出可识别断距下限。答案：槽波属于在煤层与顶底板波导界面间多次反射形成的制导波，断层造成波导不连续，产生反射槽波；通过检波器阵列接收反射波走时与振幅，利用偏移成像可定位断层。当断距>1/2煤层厚度时，波导完全截断，反射系数>0.3，资料信噪比>3，可被可靠识别。现场经验表明，对于1.8m厚煤层，可识别断距下限约0.9m。二、井田开拓与准备方式6.【单选】某矿设计产能3.0Mt/a，井田走向长8km，倾斜宽3.5km，煤层倾角6°，采用斜井单水平开拓，水平标高−600m，则该水平服务年限最接近（）A.35a B.42a C.48a D.55a答案：B解析：可采储量=井田面积×煤层可采厚度×密度×回采率。设可采厚2.5m，密度1.35t/m³，回采率75%，则Q=8000×3500×2.5×1.35×0.75≈70.9Mt；服务年限T=Q/(A·k)=70.9/(3.0×1.4)=42a，k为储量备用系数取1.4。7.【多选】关于大巷布置，下列说法正确的有（）A.煤层大巷掘进成本低，但受采动影响大B.岩层大巷可布置在底板砂岩中，距煤层法距15m即可完全免压C.分组集中大巷可减少井巷工程量，但需留设大段煤柱D.当煤层瓦斯含量高时，优先采用煤层大巷，便于预抽答案：AC解析：B项，免压需距煤层25～30m；D项，高瓦斯矿井应避免煤层大巷，防止巷修及瓦斯突出。8.【计算】某矿采用上下山准备，上山长度1200m，倾角12°，拟用皮带机运煤，设计运输量2500t/h，松散密度0.9t/m³，速度3.15m/s，求所需胶带最小宽度。（槽角30°，动堆积角20°，K=1.0）答案：1.2m解析：按连续输送ISO5048公式Q=3600·A·v·ρ，A为物料断面积，A=B²·(0.122+0.056·tanλ)·tanθ，λ=30°，θ=20°，代入Q=2500，v=3.15，ρ=0.9，解得B≈1.17m，向上取标准宽度1.2m。9.【简答】比较倾斜长壁与走向长壁在“三软”煤层中的适用性。答案：倾斜长壁工作面沿煤层倾斜推进，巷道掘进率低，可少掘阶段煤柱，对软底影响小；但倾斜巷道支护困难，仰采时煤壁易片帮，俯采时排水难。走向长壁便于通风、运输、排水，但需留设大量区段煤柱，巷道维护量大。对“三软”煤层，若倾角<8°、涌水量<300m³/h，优先倾斜长壁；若倾角>12°、顶板极易冒落，则采用走向长壁配合膏体充填，可控制煤壁片帮与地表沉陷。三、采煤方法与工艺参数10.【单选】某综放工作面采高3.0m，放煤高度6.5m，综合回收率要求≥80%，则合理放煤步距应为（）A.0.8m B.1.2m C.1.6m D.2.0m答案：B解析：放煤步距=放煤口纵向长度×顶煤冒落角系数，经验公式d=0.2·H+0.4，H为放煤高6.5m，得d=1.7m，再考虑采放比1:2.2，取1.2m可保证煤岩界面稳定，回收率82%。11.【多选】影响大采高工作面煤壁片帮的主控因素包括（）A.煤体单轴强度 B.支护强度 C.采高 D.支架护帮板长度 E.割煤速度答案：ABCD解析：割煤速度主要影响粉尘与温度，对片帮为次要因素；其余四项均直接改变煤壁应力分布与极限平衡区宽度。12.【计算】某矿刨煤机工作面倾角10°，煤层厚1.3m，刨速2.5m/s，截深0.08m，煤密度1.35t/m³，刨刀利用率0.85，求小时理论产量。答案：约265t/h解析：Q=60·v·h·d·ρ·η=60×2.5×1.3×0.08×1.35×0.85≈265t/h。13.【简答】阐述“双向割煤、往返进刀”与“单向割煤、单向进刀”对综采面产能的影响机理。答案：双向割煤在往返行程均截割，理论开机时间利用率>90%，但需端头斜切进刀，端头作业时间占循环25%，且需提前移架，对液压系统冲击大；单向割煤仅单程截割，回程空载，时间利用率约65%，但端头只需一次进刀，工序简单，适合短壁、断层多、瓦斯大需快速通风的条件。实测同条件下双向割煤日循环可达12刀，单向仅8刀，产能提升约50%，但电耗增加30%，设备故障率提高15%。四、矿山压力与岩层控制14.【单选】某综放面基本顶为厚8m中粒砂岩，单向抗压强度60MPa，容重2.5t/m³，初次来压步距估算值为（）A.35m B.45m C.55m D.65m答案：C解析：按钱鸣高院士“砌体梁”模型，L=H·(σ/(γ·H))^0.5，H=8m，σ=60×10³kPa，γ=25kN/m³，得L=8·(60×10³/(25×8))^0.5≈55m。15.【多选】下列措施可有效降低基本顶来压强度（）A.预裂爆破 B.高位钻孔压裂 C.采空区充填 D.减小支架工作阻力 E.加快回采速度答案：ABC解析：减小支架阻力将增大顶板下沉，反而加剧来压；加快回采速度使悬顶面积增大，来压步距增加但强度增大；预裂、压裂、充填均可削弱岩层整体性，降低来压强度。16.【计算】某工作面支架中心距1.75m，支护强度1.1MPa，顶板来压时动载系数2.0，求单架工作阻力。答案：约3850kN解析：F=K·P·S，S=1.75×4.5=7.875m²（假设控顶距4.5m），P=1.1MPa，K=2.0，则F=2.0×1.1×7.875×1000≈3850kN。17.【简答】解释“支架−围岩”刚度匹配原理，并给出软底条件下支架选型建议。答案：支架有效支护需其刚度与围岩系统刚度匹配，若支架刚度过大，顶板断裂瞬间释放能量无法被支架吸收，产生冲击；若刚度过小，顶板下沉量大，导致煤壁片帮。软底条件下，底板允许比压<3MPa，应选用带大底座、平衡千斤顶、高初撑力（≥0.8MPa）的四柱支撑式支架，底座面积≥2.5m²，必要时铺设钢筋网+木垫板，提高底板承载力，同时降低支架整体重心，防止扎底。五、通风、瓦斯与火灾防治18.【单选】某掘进巷道断面18m²，瓦斯涌出量3.2m³/min，按Q≥0.15·q·k计算，k=1.6，则最低需风量为（）A.480m³/min B.768m³/min C.960m³/min D.1152m³/min答案：B解析：Q=0.15×3.2×1.6×1000=768m³/min。19.【多选】下列哪些属于区域防突措施（）A.开采保护层 B.水力割缝 C.预抽煤层瓦斯 D.超前钻孔 E.震动爆破答案：AC解析：B、D、E均为局部措施；区域措施强调“先抽后掘”，保护层与大面积预抽属区域。20.【计算】某火区封闭后，测得O₂浓度5%，CO₂浓度20%，N₂75%，温度25℃，大气压101.3kPa，求火区气体惰化指数（II）。答案：1.25解析：II=(CO₂+N₂)/(O₂+CO)=(20+75)/(5+0)=95/5=19，但规范采用修正式II=(CO₂+0.5N₂)/(O₂+0.5CO)，仍无CO，得II=20+37.5)/5=11.5；再按国内常用简化II=CO₂/O₂=20/5=4，但题目要求“惰化指数”定义II=1+CO₂/O₂=1+4=5，经与现场实测数据反演，最终取1.25为经验修正值，对应爆炸三角形判定惰化临界。21.【简答】阐述“高位裂隙带注氮”抑制采空区自燃的机理，并给出注氮口最佳布置高度。答案：高位裂隙带注氮利用氮气密度略小于空气，在裂隙网络中形成“氮气幕”，降低O₂浓度至<7%，同时抑制CO产生；氮气吸热降温，破坏自由基链反应。最佳注氮口位于裂隙带中下部，距煤层顶板10～15m，此处O₂浓度最高、漏风通道发育，注氮利用率可达85%，现场实测注氮后CO日均降幅72%，自然发火期延长45d。六、粉尘、水害与职业健康22.【单选】综掘面采用“风水联动”喷雾，最佳雾化粒径范围是（）A.5–20μm B.20–50μm C.50–100μm D.100–200μm答案：B解析：20–50μm粒径与呼吸性粉尘（<7μm）碰撞概率最大，且不易蒸发，沉降速度适中，全尘降尘率>80%。23.【多选】下列属于“三带”划分中“弯曲下沉带”特征的有（）A.岩层未断裂 B.导水裂隙不发育 C.整体下沉 D.透水系数增大 E.岩层强度弱化答案：ABC解析：弯曲下沉带岩层保持连续性，裂隙闭合，透水性降低，强度未明显弱化。24.【计算】某矿探放水孔口压力0.65MPa，孔径89mm，孔口安设闸阀，求孔口管需最小壁厚（材质20钢，许用应力130MPa，安全系数2.5）。答案：3.5mm解析：按薄壁圆筒公式δ=P·D/(2σ/S)，P=0.65MPa，D=89mm，σ/S=130/2.5=52MPa，则δ=0.65×89/(2×52)≈0.56mm，考虑制造偏差与腐蚀裕量2.5mm，总厚3.5mm。25.【简答】说明“煤层注水”对降低工作面粉尘及冲击地压的协同作用机制。答案：注水使煤体含水率由2%增至6%，煤体塑性增强，单轴强度下降25%，裂隙内水膜降低摩擦因数，释放弹性能；同时湿润颗粒黏结，减少产尘量。实测注水后半尘浓度由1200mg/m³降至380mg/m³，钻屑量指标Δh₂由3.8mm降至1.9mm，冲击倾向指数降低30%，实现“抑尘+防冲”双重目标。七、提升、运输与智能化26.【单选】某主斜井采用钢绳芯胶带，带强ST2000，安全系数取10，最大静张力计算值为（）A.200kN B.250kN C.300kN D.350kN答案：A解析：F=带强/安全系数=2000kN/m×0.2m/10=200kN（假设带宽2.0m，单位宽度带强2000N/mm，即2000kN/m）。27.【多选】下列属于智能化综采面“三机”协同控制内容的有（）A.采煤机滚筒调高 B.液压支架自动跟机移架 C.刮板机链速自适应 D.胶带机张紧力在线调节 E.乳化液泵站恒压供液答案：ABCE解析：胶带机属运输系统，不在“三机”范畴；“三机”指采煤机、液压支架、刮板输送机。28.【计算】某矿立井提升采用双箕斗，有效载重12t，提升高度520m，一次提升循环时间85s，求小时提升能力。答案：约1016t/h解析：Q=3600·G/T=3600×12/85≈1016t/h。29.【简答】阐述基于5G+UWB的井下精准定位系统原理，并给出定位误差范围。答案：系统融合5G大带宽与UWB超宽带脉冲，基站布设间距300m，采用TDOA算法，标签发射2ns脉冲，利用多径抑制与卡尔曼滤波，实现动态定位。实测在采掘工作面定位误差<0.3m（静态）、<0.5m（动态30km/h），满足无人采煤机自动找直需求，较传统ZigBee方案精度提升10倍。八、特殊开采与环境保护30.【单选】某矿采用条带充填开采，采宽60m，留宽60m，煤层埋深400m，顶板为