矿山压力与岩层控制模拟试题及答案

当岩块间的水平推力过大时，岩块在向下回转的过程中，其接触处的应力将超过岩块的抗压强度，从而使岩块破坏，“三铰拱”也因变形过大而破坏，致使裂隙体梁发生变形式稳。 当岩块间的水平推力过小时，岩块间产生的摩擦力也很小，不能承受岩块间的剪切力，则悬露岩块就要产生滑落失稳。

一、名词解释：（20分）

岩石的孔隙比——岩石中各种孔洞和裂隙体积的总和与岩石内固体部分实体积之比。 蠕变——固体材料在不变载荷的长期作用下，其变形随时间的增长而缓慢增加的现象称为蠕变。

原岩应力——天然存在于原岩而与任何认为原因无关的应力。 支承压力——在岩体内开掘巷道后，巷道两侧增加的切向应力。 直接顶——直接位于煤层上方的一层或几层性质相近的岩层。 初次来压步距——由开切眼到初次来压时工作面推进的距离。

砌体梁——工作面上下两区破断的岩块咬合形成的外表似梁，实质是拱的平衡结构。 原生裂隙——岩层在形成过程中由于温度、矿物结晶及沉积的作用二形成的弱面。 载荷集度——在回采工作面顶板悬顶距范围内，单位面积顶板对支架的载荷称为顶板的载荷集度。

碎胀性——岩石在破碎以后的体积比整体状态下增大的性质，称为岩石的碎胀性。

二、填空题：（10分）

1、采空区处理方法有煤柱支撑法， 缓慢下沉法 ， 采空区充填法 和全部垮落法。 2、节理裂隙分为 原生裂隙 ， 构造裂隙 ， 压裂裂隙 。

3、动压现象的一般成因和机理，可归纳为三种形式，即 冲击矿压 ， 顶板大面积来压 和煤与瓦斯突出。

4、顶板下沉量是指活柱下缩量、顶梁的压缩量及 支柱插入顶、底板量 的总和。 5、二次支护是指开掘巷道以后分先后二次（有时可三次或多次）对巷道进行支护。

三、简答题：（30分）

1、简述煤层开采后，上覆岩层的破坏方式。

答：当煤层开采以后，由于直接顶下部形成较大的空间，直接顶破断后，岩块呈不规则垮落，排列极不整齐，其松散系数较大。一般将具有这种破坏方式的岩层称为冒落带，冒落带以上的顶板岩层由于其下部自由空间较小，岩层断裂后，其向下移动时受到相互牵制，岩层只是断裂下沉而无翻转，通常将这个区域叫做裂隙带。再向上直至地表的岩层只有弯曲下沉而无断裂，这一带成为弯曲下沉带。

2、直接顶的稳定性对工作面的支护原理有何影响？

答：直接顶式回采工作空间直接维护的对象。直接顶的稳定性直接影响着工作面支护方式和支架架型的选择。对于不稳定的直接顶要求支架有较好的护顶功能，在煤层开采以后，不应使顶板的暴露面积过大，以免发生局部冒顶，采用单体支架要注意采取有效的勾顶措施，防止顶板从架间漏空，影响支架对顶板的支护；在采用液压自移支架时，应选用掩护性能较好的掩护式支架。直接顶的稳定性较好时，对勾顶要求并不严格，可以选用支撑式或支撑掩护式支架。

3、采区平道矿压显现沿走向要经历那几个阶段？

答：巷道掘进阶段，无采掘影响阶段，采动影响阶段，采动影响稳定阶段，二次采动影响阶段。

4、巷道卸压方法目前应用的有哪几种？ 答：（一）在巷道周围形成槽孔，常用以下两种方法：钻孔卸压和切槽卸压。（二）在巷旁形成卸压空间，主要方法有：1、宽面掘巷卸压，2、在巷旁留专门得卸压空间。（三）大面积区域性卸载。

5、冲击矿压防治措施的基本原理。 答：1、降低应力（能量）的集中程度；2、改变煤岩体的物理力学性能，以减弱积聚弹性能的能力和释放速率。

6、掘进工作面现场观测的目的是什么？ 答：其目的在于掌握井巷围岩破坏、变形过程、应力分布规律；分析井巷支架与围岩相互作用关系；为选择合理支护方式、确定合理护巷参数、为改进巷道支护提供科学依据。 7、周期来压的主要表现形式？

答：顶板下沉速度急剧增加，顶板的下沉量变大；支柱所受的载荷普遍增加；有时还能引起煤壁片帮、支柱折损、顶板发生台阶下沉等。 8、工作面支架必须具备的特性是什么？

答：一是必须具备一定的可缩性，二是必须具有良好的支护性能。

四、计算题：（10分）

1、试计算只考虑自重应力的情况下，赋存在600m深处原岩体内一点的应力值，设上部岩层的平均容重为24.5kN/m，泊松比为μ=0.2。

解：垂直应力：σ1=γH=14.7MPa

侧向应力：σ2σ3=（γH）μ/（1-μ）=3.7MPa

00045,55,655cm10cm2、某矿取页岩岩样3块，作成直径，长的标准试件3块，分别做的

12kN、9.65kN，求页岩的内聚力C和内摩抗剪强度试验，施加的最大载荷相应为17.6kN、擦角?。

3

答：（1）求每块试件破坏面上的剪应力和正应力：

据

???0?45据

sin?A可得：

?6340kPa;?550?5010kPa;?650?4460kPa cos?A可得：

?6790kPa;?550?3510kPa;?650?2080kPa

????0??45（2）求岩石的内聚力和内摩擦角 根据C????tg? 当

?45?6340kPa,?45?6790kPa时，得：

00C?6340?6790tg?

??5010kPa,?550?3510kPa时，得： 当550C?5010?3510tg? ?tg??0.405,得：??220

C?3590kPa 五、分析题：（30分）

1、什么是围岩的极限平衡？极限平衡区范围的大小与哪些因素有关？ 答：在地下岩体中开掘巷道后，巷道周围岩体就由原来的三轴受力状态变为双轴或单轴受力状态。一般巷道周边的岩块是处于单轴压缩状态，巷道周边岩块在垂直应力的作用下，就会发生破坏，随着向岩体内部发展，岩块由单轴受压或双轴受压逐渐变为三轴受压状态，其抗压强度也逐渐增加。在某一半径为R的范围内岩块的应力圆和其强度包络线相切，这一范围内的岩块受力状态叫做极限平衡状态。岩体处于极限平衡状态的区域叫极限平衡区。极限平衡区的大小主要与巷道距地表的深度、巷道尺寸及围岩的力学性质等因素有关。 2、莫尔强度理论和格里菲斯强度理论提出的基本思想是什么？它们本质上有什么区别？

答：莫尔强度理论认为，材料破坏主要使由于破坏面上的剪应力达到一定限度，但此剪应力还与破坏面上由于正应力造成的摩擦阻力有关。也就是说，材料某一点发生破坏，不仅取决于该点的剪应力，同时取决于正应力，即沿某一面剪断时剪应力与正应力存在着一定的

函数关系，??f(?)。

格离菲斯强度理论认为，任何材料内部都存在各种细微的裂缝，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。如果主应力为拉应力，则在裂缝端部产生几倍于主应力的拉应力；如果主应力为压应力，在裂缝端部也产生拉应力。当裂缝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。

莫尔强度理论的实质是剪切破坏理论，而格里菲斯强度理论的实质是脆性拉断破坏理论，这就是它们实质上的区别。

3、液压支架可分为哪几类？各适用于什么条件？各有什么优缺点？ 答：（一）支撑式支架，一般适用于顶板比较完整、顶板压力大、周期来压较剧烈的工作面；（二）支撑掩护式支架，一般适用于顶板比较破碎，顶板压力较大的工作面；（三）掩护式支架，适用于顶板破碎，顶板压力较小的工作面。 4、简述减压区的形成及其实际意义？ 答：当在岩体内开掘了巷道或者回采工作面后，巷道或回采工作面周围岩体中必然要产生应力重新分布，在巷道两侧形成2~3倍原始应力的集中应力，再工作面前方煤壁上形成4~5倍以上原始英里的集中应力。在这样大的垂直应力作用下巷道周围岩体或工作面前煤壁必然产生破坏。从而使围岩的支撑粒降低，集中的支承压力就要向岩体内部转移。由于深部岩体处于三向应力状态，其强度逐渐增加，直到某一半径处岩体的强度等于或大于集中应力时为止。这样就在巷道或采场周围的岩体中形成了减压区。 由于巷道或采场周围岩体中存在减压区，使巷道或采场内支架免受高应力的作用，因此，采用支撑能力较小的支架就可能较好的维护这些开采空间，从而降低支架的支护费用。

http://61.150.69.30/ec/C168/Course/Index.htm