中国矿业大学(北京)
二00二年硕士研究生入学试题
科目名称:矿山压力及其控制共1页第1页
一﹑名词解释(20分)
1.矿山压力显现
2.支承压力
3.老顶的周期来压
4.沿空掘巷
5.端面距
二﹑绘图说明煤层开采后上覆岩层变形破坏纵向三带和横向三区。(20分)
三﹑采煤工作面综采液压支架分几类?简述各类支架的结构特点及适用条件。(20分)
四﹑试分析老顶初次来压前和周期来压后开采空间周围岩体中的应力分布特点。(20分)
五、采区巷道有何特点,基本支架应满足那些基本要求?(20分)
中国矿业大学(北京校区)
二〇〇三年硕士生人学试题
科目名称:矿山压力及其控制
命题时间:2002年11月25日
一、解释下列概念(30分)
1、矿山压力;
2、支承压力;
3、岩石碎胀系数;
4、顶板;
5、增载系数;
6、初次来压步距;7,冲击矿压;8、支架初撑力;9、原岩应力;10、冒落带。
二、绘图解释岩石应力一应变全过程曲线((10分)。
三、运用莫尔一库仑强度曲线推导出以极限主应力σ1和表σ3表示的莫
尔一库仑强度准则(15分)。
四、简述岩体的基本特征(10分)
五、绘图说明双向等压作用下圆形巷道周边应力分布的基本规律,并加以解释。(15分)
六、绘图说明采煤工作面前方支承压力分布的基本规律及其分区(10分)。
七、试述近水平工作面推进过程中矿山压力显现的一般规律。(15分)
八、试述影响工作面矿山压力显现的主要因素(15分)
九、试述采区巷道常用的支护形式(15分)
十、试述采区巷道矿山压力显现的基本规律(15分)。
试题和答卷一起交回
中国矿业大学(北京校区)
二〇〇五年硕士生人学试题
科目名称:矿山压力及其控制
命题时间:2004年11月30日
解释下列概念(30分)
1岩体;2、矿山压力;3、岩石碎胀系数;4、原岩应力;5、增载系数;6、周期来压;7、冲击矿压;8、支架工作阻力;9、岩石的三轴(向)抗压强度;10,裂隙带。
二、绘图解释岩石蠕变(10分)。
三、运用莫尔库仑强度曲线推导出以极限主应力σ1和σ3表示的莫尔一库仑强度准则(15分)
四、简述格里菲斯强度理论及适用条件(10分)
五、绘图说明双向等压作用下圆形巷道周边应力分布的基本规律,并加以解释(15分)
六、绘图说明采煤工作面前方支承压力分布的基本规律及其分区(10分)。
七、试述放顶煤开采矿山压力显现的基本规律(15分)
八、试述影响工作面矿山压力显现的主要因素(15分)
九、试述发全冲击矿压的三个基本准则(15分)
十、试述采区巷道矿山压力显现的基本规律(15分)
中国矿业大学(北京校区)
二〇〇六年硕士生人学试题
科目名称:矿山压力及其控制
命题时间:2005年12月6日
一、解释下列概念(30分)
1、周期来压
2、支撑压力
3、岩石残余碎胀系数
4、岩体变形能
5、关键
层;6、初次来压步距;7、冲击矿压8、支架初撑力9、原岩应力;10、巷道松动圈。
二、绘图解释岩石蠕变曲线(10分)。
三、运用莫尔一库仑强度曲线推导出以极限主应力σ1和σ3表示的莫尔一库仑强度准则(15分)。
四、论述顶板压力估算的常用方法(10分)
五、绘图说明双向等压作用下圆形巷道周边应力分布的基本规律,并加以解释。(15分)
六、绘图说明无煤柱护巷的基本原理(10分)。
七、放顶煤工作面矿山压力显现的基本特征(15分)
八、试述影响工作面矿山压力显现的主要因素(15分)。
九、试述采区巷道常用的支护形式(15分)。
十、试述采区巷道矿山压力显现的基本规律(15分)。
(试题和答卷一起交回)
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中国矿业大学(北京校区)
二〇〇七年硕士生人学试题
科目名称:矿山压力及其控制
命题时间:2006年11月25日
一、解释下列概念(30分)
1、岩体弹性变形能;2,矿山压力;3、岩石碎胀系数;4、原岩应力;5、
增载系数;6、岩石蠕变;7、岩体龟裂系数;8、支架工作阻力; 9、岩石的线弹性;10、莫尔一库仑强度理论。
二、绘图解释岩石应力一应变全过程曲线(10分)。
三、简述岩体的基本特征(10分)
四、绘图说明双向等压作用下圆形巷道周边应力分布规律,并加以解释。(15分)
五、绘图说明采煤工作面前方支承压力分布的基本规律及其分区(15分)。
六、试述近水平工作面推进过程中矿山压力显现的一般规律(10分)。
七、论述项板压力估算的常用方法(15分)
八、简述采场支架与围岩石相互作用原理(15分)
九、试述区段巷道矿山压力显现的基本规律(15分)。
十、试述发生冲击矿压的机理与主要防治措施(15分)。
中国矿业大学(北京)
二〇〇八年硕士生人学试题
科目名称:矿山压力及其控制
命题时间:2007年11月25日
一、解释下列概念(30分)
1、矿山压力;
2、岩石的强度理论;
3、RQD指标;
4、岩体的变形能;
5、原岩应力;
6、
直接顶;7、碎胀系数;8、周期来压; 9、充分采动;10、冲击矿压。
二、论述岩体的基本特征有哪些(5分)
三、绘图说明结构面对岩体的强度影响。(10分)
四、假设岩体为各向同性均质连续的弹性体,岩体的泊松比μ=0.2,试估算埋深500
米处岩体的自重应力大小。(5分)
五、绘图论述双向等压条件下圆形巷道周边的应力分布规律。(10分)
六、已知煤层开采厚度M=3m,直接顶的碎胀系数为1 .5,求出垮落后能够充填满采
空区所需的最小直接顶高度。(5分)
中国矿业大学(北京)
二〇〇九年硕士生人学试题科目名称:矿山压力及其控制
命题时间:2008年11月25日
中国矿业大学(北京)
二〇一二年硕士生人学试题
科目名称:矿山压力及其控制
命题时间:2011年11月25日
一、解释下列概念(30分)
1、岩体
2、顶板破碎度
3、巷道松动围岩应力
4、岩石残余碎胀系数
5、增载系数
6、岩石蠕变
7、地表倾斜变形
8、井田
9、近水平煤壁10、长壁工作面
二、在均质岩体中开掘巷道,已知岩体的内摩擦角φ=30度,内聚力C=40M Pa,由实测知道巷道围岩所受平均铅垂应力σ1=200MPa,这种情况下,至少巷道边帮提供多大侧应力σ3才能维持巷道边帮平衡?(10分)
三、试述原岩应力概念,主要组成部分及分布基本特点。(5分)
四、绘图说明采煤工作面前方支承压力分布的基本规律。(10分)
五、绘图论述双向等压条件下圆形巷道周边的应力分布规律(20分)
六、试述采场矿山压力估算的常用方法(10分)
七、试述影响采场矿山压力显现的主要因素(10分)
八、试述一般情况下采场的支架工作阻力为什么会小于上覆岩层的重力(5分)
九、绘图解释支架工作阻力与顶板下沉量是一条近似的双曲线关系的实际含义(10分)
十、试述锚杆支护常用的支护理论及适用条件(15分)
十一、试述冲击矿压发生的机理与理论判据(15分)
十二、概述放顶煤工作面矿山压力显现的基本特征(10分)
中国矿业大学(北京)
二〇一三年硕士生人学试题
科目名称:矿山压力及其控制
命题时间:2012年11月20日
一、解释下列概念(30分)
1、岩体
2、岩石的强度理论
3、RQD指标
4、岩体的变形能
5、原岩应力
6、直接顶
7、碎胀系数
8、周期来压
9、充分采动10、冲击矿压
二、绘图说明结构面对岩体强度的影响(10分)
三、假设岩体为各向同性均质连续的弹性体,岩体的泊松比μ=0.2,试估算埋藏
深度500米处岩体的自重应力大小(10分)
四、绘图论述双向等压条件下圆形巷道的应力分布规律(30分)
五、己知煤层开采厚度M=3米,直接顶碎胀系数Kp=1.5,求出垮落后能够充填
采空区所需的最小直接顶高度(10分)
六、绘图解释岩石蠕变曲线,及其有何应用(10分)
七、试述采场矿山压力估算的常用方法(20分)
八、绘图说明支架工作阻力与顶板下沉量的关系(10分)
九、试述冲击矿压发生的机理与理论判据(20分)
2003年真题答案
一、1.矿山压力:由于矿山开采活动的影响,在巷酮周围岩体中形成的和作用在支护物上的力定义为矿山压力。
2.支承压力:岩体内开挖巷道后,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支承压力。
3.岩石碎胀系数:岩石破碎后处于松散状态下的体积与岩石破碎前处于整体状态下的体积之比。
4.顶板:赋存在煤层之上的岩层,称为顶板,也称为上覆岩层。
5.增载系数:支架来压时的工作阻力与平时工作阻力之比。
6.初次来压步距:由开切眼到初次来压时工作面推进的距离称为老顶的初次来压步距。
7、冲击矿压:指聚积在矿井巷道和采场周围岩体中的能量突然释放,在井巷中发生爆炸性事故,产生的动力将煤岩抛向巷道,同时发生强烈声响,造成煤岩体振动和破坏,支架与设备损坏人员伤亡,部分巷道垮落破坏等的动力现象。
8.支架初撑力:支架支设时,将活柱升起,拖住顶梁,利用升柱工具和锁紧装置使支柱对顶板产生一个主动力。这个最初形成的主动力称为支柱的初撑力。对于液压支架,即是泵压所形成的支柱对顶板的撑力。
9.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,包括自重应力和构造应力。
10.冒落带:破断后的岩块呈不规则垮落,排列也极不整体,松散系数比较大,此区域与所开采的煤层毗连,多数情况下由直接顶岩层冒落形成。
二:答:(P16图1-9 )岩石单轴受压条件下的全程应力应变曲线可划分为5个阶段: ①0-A段,原始空隙压密阶段,岩石应力应变曲线呈上弯形。此阶段变形模量较小且不是一个常数,相应的A点为压密极限。
② A-B段,线弹性阶段,岩石应力应变曲线呈直线形,相应的B点的应力值为弹性极限。
③ B-C段,弹塑性过渡阶段,岩石的应力应变曲线从B点开始偏离直线,当应力达到
0.6 σmax时,岩石开始有微破裂不断产生,岩石的体积由压缩转向膨胀。对应于曲线上的C点的应力称为屈服极限。
④ C-D段,塑性阶段,当应力超过屈服应力后接近0.95 σ max时,岩石破裂速度加快,岩石的应力应变曲线继续向右上方延伸,岩石的体积膨胀速度加快,变形也随应力增大而迅速增长,直至D点破坏。相应于D点的应力值称之为岩石的强度极限。
⑤ D点以后为破坏阶段,又称为后破坏阶段。这段峰后曲线说明,岩石达到强度极限后,破坏的发展要经历一个过程,最终达到完全破坏。后破坏阶段的岩石仍有一定的承载能力,只是保持一较小值,相应于曲线上E点对应的应力值称为残余强度。D点后的峰后区表现出应变软化特性。
三:答:(P25图1-22 )①写出莫尔应力圆方程:[σα一(σ1+σ3) /2]2+τ2α=[( σ1- σ3)/2]2
最大主应力σ1与外法线成α角的斜切面上法向应力σα和剪应力τα
②用斜直线强度曲线推导出其强度准则的表达式:τ=C+tan ψ
由图知,00,=C*cot ψ AB=1 / 2 (σ1- σ3) , OA=1 / 2 (σ 1+ σ 3 )
对于直角△0' AB,有sin ψ=AB/0' A=1/2(σ1- σ3) ÷[C*cot ψ+1/2(σ1+σ3)], cos ψ=√(1-sin2ψ)
解之得,σ1=2C √(1+sin ψ)/(1-sin ψ)+σ3* (1+sin ψ)/( 1-sin ψ)。
四:答:(1)概括来说,天然岩体与实验室内制作的岩石试件有显著不同。
①岩体赋存于一定地质环境中,地应力、地下水、地温等因素对其物理力学性质有很大影响;而岩石试件己完全脱离了原有的地质环境。
②岩体在自然状态下经历了漫长的地质作用过程,其中存在着各种地质构造和弱面。
③一定数量的岩石组成岩体,且岩体无特定的自然边界。
(2)从力学角度来看,岩体与岩石有许多区别,其中较为明显的基本特征有:
①岩体的非均质性。由多种岩石组成的岩体,因其结构面方向、分布、密度以及在自然条件下组成岩体的物质成分和组合状况经常变化,所以认为岩体是非均质的。
②岩体的各向异性。因岩体中结构面的分布往往有一定的方向,随受力岩体的结构面趋向不同,其力学性质也不同。
③岩体的非连续性。由于岩体被各种结构面所切割,因此从总体上说岩体属于非连续介质,而岩块则可作为连续介质。
五:答;(见附图1)(1)弹性变形区及应力分布
巷道开掘后,原岩应力重新分布,巷道围岩内出现应力集中,如果围岩应力小于岩体强度,则巷道距中轴线距离为r的任一点的应力为:σr= σ1 (1-r21 / r2) σt= σ1 (1+ r21 / r2} )(其中r1为巷道半径,σ1由自重应力引起,且σ1=γh 应力分布如图所示,且有以下特点:
①巷道周围岩体全部处于压缩状态
②应力大小与弹性常数E、u无关
③σt与σr分布与角度无关,皆为主应力,即切向和径向平面均为主平面
④巷道周边的切向应力为最大应力,其最大应力集中系数k=2,且与巷道半径大小无关
⑤其它各点的应力大小则与孔径有关
⑥巷道周围任意点的切向应力和径向应力之和为常数,且等于2σ1
(2)塑性变形区及应力分布
如果围岩应力大于岩体强度,巷道围岩产生塑性变形,并形成塑性变形区,即形成塑形圈,径向应力σr与弹性条件下一致,但切向应力由塑性变形而使其在巷道边缘不为0,并在巷道边缘到塑形圈是逐渐增大的,过了塑形圈规律与弹性条件下一致,其应力分布如图所示。
六:答:
(p60图2-25)按切向应力大小可分为:
A:减压区:比原岩应力小得压力区
B:增压区:比原岩应力高的应力区即通常所说的支撑压力区
C:稳压区:处于稳压状态的原岩应力区
按煤体性质可分为:
D:极限平衡区E:弹性区
七:答:首先开切眼,随着工作面的推进,直接顶冒落,工作面再推进,直接顶大面积冒落,老顶产生裂隙,并形成三铰拱式平衡,工作面再推进,老顶平衡失稳,老
顶垮落,对工作面形成冲击,这次冲击叫初次来压,此时工作面的推进距离就是初次垮落步距。
初次来压后,工作面再推进,老顶又形成三铰拱式平衡,再推进三铰拱式平衡失稳,老顶垮落,周而复始,老顶由稳定一失稳一稳定一失稳的过程就形成了周期来压,两次来压之间,工作面推进的距离叫周期来压步距。
八:答:①煤层采高及回采工作面控顶距
在一定的地质条件下,回采工作面顶板下沉量与采高及控顶距成正比。采高越大,采出的空间越大,必然导致采场上覆岩层破坏越严重,从而矿山压力显现也越严重。采高越低,顶板活动越缓和,煤壁也较为稳定。控顶距越大,矿山压力显现也越严重。
②工作面推进速度
工作面推进速度越慢,矿山压力显现越严重。在工作面推进速度较慢的情况下,加快工作面的推进速度可以减少顶板下沉量,改善顶板状况,但当工作面的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。因此用加快工作面推进速度的办法减少顶板下沉量是有一定限度的。
③开采深度
随着开采深度的增加,一部分矿山压力显现增大,如煤壁上的支承压力增大,冲击地压,煤壁片帮及底鼓等现象加剧。但对回采工作面顶板下沉量及支架上所承受的载荷并没有显现的影响,这是因为回采工作面空间总是在上覆岩层大结构的保护之下的结果。
④煤层的倾角
由煤层倾角的变化,顶板岩层重量在垂直于岩层层面的分力也发生变化。煤层的倾角增大,垂直层面的分力减小,因而顶板压力减小,顶板的下沉量也减小。但煤层倾角的增大会使采空区内的冒落研石倾斜向下滑动,因而会引起上覆岩层移动规律的变化。
⑤分层开采
开采第一分层时,矿山压力显现与开采单一煤层时基本相同。开采下部分层时,工作面顶板为已冒落的破碎岩石,因而导致老顶来压步距减小,来压强度减弱;支架受载荷减小;顶板下沉量增大,顶板破碎且难于管理等现象。
九:答:采取巷道常用的支护形式主要有:巷道内基本支护,巷道内加强支护,巷旁支护,采区巷道加固和采区巷道联合支护。
其中,①巷内基本支护:1.木材支架2.金属支架3.锚杆
②巷内加强支护:1.永久性加强支护,即在巷道内安设支架以后不再拆除2.临时性加强支护,一般采用易于拆装和能及时承载的单体液压支柱或金属摩擦支柱。
③巷旁支护:根据巷旁支护的力学特性和支护带的宽度,可以将巷旁支护分为如下几种:1.矸石带2.木垛3.密集支护4.人工砌垛5.刚性浇注带
④采区巷道加固:1.锚杆,锚索技术的应用2.注浆加固
⑤采区巷道联合支护:指巷道同一地段内采用两种以上不同结构的支护形式。如“锚杆+棚子”联合支护、“锚杆十棚子+巷旁支护”等。
十:答:(1)对水平工作面如图所示,
①巷道掘进阶段。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,但随着巷道掘出时间的延长,围岩变形速度逐
渐衰减,趋向缓和。所以该阶段矿山压力显现弱,显现时间短。
②掘进影响稳定阶段。此阶段采动对其无影响,而且煤岩变形移动主要是由于本身的流变性所致,因此本阶段矿山压力显现基本上是平衡的。
③采动影响阶段。巷道受上区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下,巷道围岩应力再次重新分布,顶底板移近量增大,矿压显现非常强烈。在工作面后方附近由于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,变形速度减弱。
④采动影响稳定阶段。回采引起的应力重新分布趋向稳定后,巷道围岩的变形速度降低,但仍高于掘进影响稳定阶段的变形速度,围岩变形按流变规律缓慢增长。
⑤二次采动影响阶段。巷道本段回采工作面的回采影响时,由于上区段残余支承压力,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,引起围岩应力重新分布,塑性区扩大,应力的反复扰动,使围岩变形比受上一次采动影响更加剧烈。
2005年真题答案
一:1.岩体:地质体的一部分,并且是由处于一定地质环境中的各种岩性和结构特征的岩石组成的集合体,也可以看成是由结构面所包围的结构体和结构面共同组成的。
2.矿山压力:由于矿山开采活动的影响,在巷铜周围岩体中形成的和作用在支护物上的力定义为矿山压力。
3.岩石碎胀系数:岩石破碎后处于松散状态下的体积与岩石破碎前处于整体状态下
的体积之比。
4.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,包括自重应力和构造应力。
5.增载系数:支架来压时的工作阻力与平时工作阻力之比。
6.周期来压:在老顶初次来压以后,工作面继续推进,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。
7.冲击矿压:指聚积在矿井巷道和采场周围岩体中的能量突然释放,在井巷中发生爆炸性事
故,产生的动力将煤岩抛向巷道,同时发生强烈声响,造成煤岩体振动和破坏,支架与设备损坏人员伤亡,部分巷道垮落破坏等的动力现象。
8.支架的工作阻力:支架受顶板压力作用而反映出来的力称为支架的阻力,又称为工作阻力。
9.岩石的三向抗压强度:岩石试件在三轴应力作用下所能抵抗的最大轴向应力。
10.裂隙带:岩层破坏后,岩块仍能排列整齐的区域即为裂缝带。位于冒落带之上,由于排列比较整齐,因此碎胀系数较小。
二:答:(P18图1-12)岩石的蠕变曲线如图所示,它可以划分为:
①O-A段:瞬时变形阶段。在加载瞬间,试件立即产生一个瞬时弹性变形,此段所经时间极短,可以认为与时间无关。
②A-B段;第一阶段蠕变(又称初始蠕变、过渡蠕变,阻尼蠕变)。此段应变不断增加,但增长速率却随时间降低,曲线呈下凹形。
③B-C段:第二阶段蠕变(又称等速蠕变或定长蠕变)此段时间延续最长,应变随时间呈近似等速增长。
④C-D段:第三阶段蠕变(又称加速蠕变)。当应变达到C点以后加速增长,曲线呈上凹形,当应变达到某个数值D点时试件破坏。
三: ①写出莫尔应力圆方程:[σα一(σ1+σ3) /2]2+τ2α=[( σ1- σ3)/2]2
最大主应力σ1与外法线成α角的斜切面上法向应力σα和剪应力τα
②用斜直线强度曲线推导出其强度准则的表达式:τ=C+tan ψ
由图知,00,=C*cot ψ AB=1 / 2 (σ1- σ3) , OA=1 / 2 (σ 1+ σ 3 ) 对于直角△0' AB,有sin ψ=AB/0' A=1/2(σ1- σ3) ÷[C*cot ψ+1/2(σ1+σ3)], cos ψ=√(1-sin2ψ)
解之得,σ1=2C √(1+sin ψ)/(1-sin ψ)+σ3* (1+sin ψ)/( 1-sin ψ)。
四:答:格里菲斯强度理论认为,任何材料内部存在着各种细微的裂缝,当材料处于一定的应力状态时,在这些裂缝的端部便会产生应力集中,如果主应力为压应力,在裂隙端部就产生几倍于主应力的拉应力;如果主应力为压应力,在裂隙端部也产生拉应力。当裂隙周围拉应力超过岩石的抗拉强度时,就会由于裂缝的扩展而造成岩
石的破坏。格里菲斯强度理论实质是脆性拉断破坏理论,它不仅能解释岩石脆性破坏现象,还能解释许多材料在远低于其强度极限时就能发生破坏的原因。
五: (见附图1)(1)弹性变形区及应力分布
巷道开掘后,原岩应力重新分布,巷道围岩内出现应力集中,如果围岩应力小于岩体强度,则巷道距中轴线距离为r的任一点的应力为:σr= σ1 (1-r21 / r2) σt= σ1 (1+ r21 / r2} )(其中r1为巷道半径,σ1由自重应力引起,且σ1=γh 应力分布如图所示,且有以下特点:
①巷道周围岩体全部处于压缩状态
②应力大小与弹性常数E、u无关
③σt与σr分布与角度无关,皆为主应力,即切向和径向平面均为主平面
④巷道周边的切向应力为最大应力,其最大应力集中系数k=2,且与巷道半径大小无关
⑤其它各点的应力大小则与孔径有关
⑥巷道周围任意点的切向应力和径向应力之和为常数,且等于2σ1
(2)塑性变形区及应力分布
如果围岩应力大于岩体强度,巷道围岩产生塑性变形,并形成塑性变形区,即形成塑形圈,径向应力σr与弹性条件下一致,但切向应力由塑性变形而使其在巷道边缘不为0,并在巷道边缘到塑形圈是逐渐增大的,过了塑形圈规律与弹性条件下一致,其应力分布如图所示。
六:答:(P60图2-25 )按切向应力大小可分为:
A:减压区:比原岩应力小得压力区
B:增压区:比原岩应力高的应力区即通常所说的支撑压力区
C:稳压区:处于稳压状态的原岩应力区
按煤体性质可分为:
D:极限平衡区E:弹性区
七:答:放顶煤工作面具有单一煤层采面的一般矿压显现规律,如初次来压、周期来压,其自身又具有新的特色。
①支承压力分布范围大。与单一煤层开采相比,在顶板以及煤层条件、力学性质相同情况下,综放开采的支承压力分布范围大,峰值点前移。而支承压力集中系数没有显著变化。
②工作面支架载荷不大。工作面支架的受载并不因采高加大而增加,仅和煤的强度有关,煤的强度越大,顶煤的完整性越好,支架载荷稍大。另外,放顶煤工作面仍有周期来压现象,但不明显,初次来压强度也不大。
③容易产生端部冒顶。这是由于顶煤容易破碎,放顶煤工作面推进速度较慢所致。所以放顶煤工作面的煤壁及端面顶板的维护特别重要。
④放顶煤工作面,端头压力和工作面两端平巷压力不大。由于是一次采全厚,所以回采巷道的矿压显现规律较分层多次开采缓和。
⑤支架前柱工作阻力大于后柱工作阻力。同时,支架受冒落煤研冲击造成的动载荷影响明显。
⑥下分层综放开采时的矿压显现程度有所减弱。
八:答:①煤层采高及回采工作面控顶距
在一定的地质条件下,回采工作面顶板下沉量与采高及控顶距成正比。采高越大,采出的空间越大,必然导致采场上覆岩层破坏越严重,从而矿山压力显现也越严重,采高越低,顶板活动越缓和,煤壁也较为稳定。控顶距越大,矿山压力显现也越严重。
②工作面推进速度
工作面推进速度越慢,矿山压力显现越严重。在工作面推进速度较慢的情况下,加快工作面的推进速度可以减少顶板下沉量,改善顶板状况,但当工作面的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。因此用加快工作面推进速度的办法减少顶板下沉量是有一定限度的。
③开采深度
随着开采深度的增加,一部分矿山压力显现增大,如煤壁上的支承压力增大,冲击地压,煤壁片帮及底鼓等现象加剧。但对回采工作面顶板下沉量及支架上所承受的载荷并没有显现的影响,这是因为回采工作面空间总是在上覆岩层大结构的保护之下的结果。
④煤层的倾角
由煤层倾角的变化,顶板岩层重量在垂直于岩层层面的分力也发生变化。煤层的倾角增大,垂直层面的分力减小,因而顶板压力减小,顶板的下沉量也减小。但煤层倾角的增大会使采空区内的冒落研石倾斜向下滑动,因而会引起上覆岩层移动规律的变化。
⑤分层开采
开采第一分层时,矿山压力显现与开采单一煤层时基本相同。开采下部分层时,工作面顶板为己冒落的破碎岩石,因而导致老顶来压步距减小,来压强度减弱;支架受载荷减小;顶板下沉量增大,顶板破碎且难于管理等现象。
九:答:目前对冲击矿压机理的认识可主要概括为:强度理论,能量理论和冲击倾向理论。
①强度理论:该理论认为岩体破坏的原因和规律,实际上是强度问题,即材料受载后,超过其强度极限时,必然要发生破坏。
强度准则:∑σi/R≧1(其中为∑σi各种应力总和;R为煤体与围岩系统强度)
②能量理论:矿体与围岩系统的力学平衡状态破坏后所释放的能量大于消耗能量时,就会发生冲击矿压。
能量准则:[α(dUe/dt)+β(dUs/dt)]/(dUp/dt)≧1(dUe/dt, dUs/dt分别表示围岩系统、煤体内的能量释放速度;α,β分别为能量释放的有效系数)
③冲击倾向理论:煤岩介质实际的冲击倾向度大于规定的极限值就会发生冲击矿压。冲击准则:K/K*≧ 1(K为煤岩的冲击倾向度指标;k*为实验室所确定的冲击倾向度界限值)。
十:答:(1)对水平工作面如图所示,
①巷道掘进阶段。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,但随着巷道掘出时间的延长,围岩变形速度逐渐衰减,趋向缓和。所以该阶段矿山压力显现弱,显现时间短。
②掘进影响稳定阶段。此阶段采动对其无影响,而且煤岩变形移动主要是由于本身的流变性所致,因此本阶段矿山压力显现基本上是平衡的。
③采动影响阶段。巷道受上区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下,巷道围岩应力再次重新分布,顶底板移近量增大,矿压显现非常强烈。在工作面后方附近由于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,变形速度减弱。
④采动影响稳定阶段。回采引起的应力重新分布趋向稳定后,巷道围岩的变形速度降低,但仍高于掘进影响稳定阶段的变形速度,围岩变形按流变规律缓慢增长。
⑤二次采动影响阶段。巷道本段回采工作面的回采影响时,由于上区段残余支承压力,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,引起围岩应力重新分布,塑性区扩大,应力的反复扰动,使围岩变形比受上一次采动影响更加剧烈。