考研超级特训营全真模拟测试题及其答案解析.docx

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考研超级特训营全真模拟测试题及其答案解析

矿山压力与岩层控制全真模拟测试题

一、名词解释

1、岩体变形能；

2、莫尔库仑强度理论；

3、顶板破碎度；

4、RQD指标；

5、增载系数；

6、周期来压；

7、非充分采动；

8、支架的工作阻力；

9、关键层；

10、冲击矿压；

11、支承压力；

12、岩石残余碎胀系数；

13、岩体的变形能；

14、初次来压步距；

15、支架初撑力；

16、原岩应力；

17、巷道松动圈；

二、计算题

18、经测定，弹性波在某岩体中传播速度v=1750m/s，弹性波在该种岩石中传播速度v=2120m/s,岩石单向抗压强度Rc=220MPa，试求该岩体的准岩体强度Rcm及Rtm。

19、对某矿石灰岩进行抗剪强度测试，测试结果为：

当σn=4.8MPa时，τ=15.8MPa;当σn=8.2MPa时，τ=18MPa。

如果已知该岩石的单向抗压强度Rc=82.6MPa，求侧压力σ3=5MPa时，其三轴抗压强度是多少？

20、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500m处岩体的自重应力大小。

21、试推导出护巷煤柱上的载荷计算公式。

三、简答题

22、绘图解释岩石蠕变曲线及其应用。

23、绘图论述双向等压条件下圆形巷道周边的应力分布规律。

24、绘图说明采煤工作面前方支承压力分布的基本规律。

25、简述工作面推进过程中顶板来压过程。

26、试论述采场矿山压力估算的常用方法。

27、论述影响工作面矿山压力显现的主要因素。

28、试述锚杆支护常用的支护理论及适用条件。

29、绘图说明无煤柱护巷的基本原理。

30、试述近水平工作面推进过程中矿山压力显现的一般规律。

31、论述岩体的基本特征有哪些？

32、绘图说明结构面对岩体的强度影响。

33、论述影响岩体强度的主要因素有哪些？

34、绘图说明巷道支架支护时，“支架—围岩”相互作用原理。

35、阐述放顶煤工作面矿山压力显现的基本特征。

全真模拟预测题答案解析

一、名词解释

1、岩体变性能：

岩体在外力作用下，发生体积或形状的改变，而积蓄的能量。

2、莫尔库伦强度理论：

认为当压力不大时（一般

），可用斜直线强度曲线推导出其强度准则的表达式

3、顶板破碎度：

顶板破碎的面积与整个顶板的面积之比

（一般漏顶高度

10cm时考虑破碎）。

4、RQD指标：

岩芯长度大于10cm的所有岩芯长度之和

与钻孔中取出岩芯总长度L之比，即

，

5、增载系数：

老顶来压与平时压力强度的比值。

6、周期来压：

初次来压后，随着工作面推进，老顶岩层形成结构，继续推进，结构失稳，再推进，再形成结构，再失稳，周而复始，失稳时，工作面载荷增加，形成周期性的来压。

7、非充分采动：

采空区尺寸小于临界开采尺寸。

8、支架的工作阻力：

支架受顶板压力作用而反映出来的力。

9、关键层：

对采场上覆岩层局部或直至地表的全部岩层活动起控制作用的岩层。

10、冲击矿压：

煤岩中积存的能量大于破坏时所需能量，产生顶板大面积来压。

11、支承压力：

在岩层内开掘巷道后，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。

12、岩石残余碎胀系数：

岩石破碎后，在其自重和外加载荷作用下压实的体积与岩石破碎前处于整体状态下的体积之比。

13、岩体的变性能：

同1

14、初次来压步距：

由开切眼到初次来压时工作面推进的距离。

15、支架初撑力：

支架支设时，将活柱升起，对顶板产生的主动力。

16、原岩应力：

存在于地层中未受工程扰动的天然应力。

17、巷道松动圈：

巷道开凿后，由于地压的大小和岩石性质的不同，在巷道周围形成不同大小的破裂带，这个破裂带即为巷道松动圈。

二、计算题

18、解：

龟裂系数：

——弹性波在岩体中的传播速度

——弹性波在岩石中的传播速度

19、解：

由

得

所以

，

则

20、解：

侧压力系数

取

21、解：

一单位长度煤柱上的总载荷P为：

式中B——煤柱宽度，m；

D——采空区宽度，m；

H——巷道埋深，m；

——采空区上覆岩层垮落角；

——上覆岩层平均体积力，KN/m3

煤柱单位面积的平均载荷即平均应力：

三、简答题

22、答：

（课本18页图1—12岩石的典型蠕变曲线）

它可以划分为：

（1）O—A段：

瞬间变形阶段。

在加载瞬间，试件立即产生一瞬间弹性应变，此段所经时间极短，可以认为与时间无关。

（2）A—B段：

第一阶段蠕变。

此段应变不断增加，但增长速率却随时间降低，曲线呈下凹型。

（3）B—C段：

第二阶段蠕变。

此段时间延续最长，应变随时间呈近似的等速增长。

（4）C—D段：

第三阶段蠕变。

当应变到达C点后加速增长，曲线呈上凹型，当应变达到某个数值D点时试件破坏。

23、答：

（课本194页图7—1圆形巷道围岩弹性变形应力分布）

巷道开掘后原岩应力重新分布，巷道围岩内出现应力集中，围岩应力小于岩体强度，围岩处于弹性状态。

（课本194页图7—2圆形巷道围岩塑性变形区及应力分布）

围岩应力大于岩体强度，巷道围岩会产生塑性变形，从巷道周边向围岩深处扩展到一定范围，出现塑性变形区，在塑性区围岩强度明显削弱，低于原始应力，再向围岩深部即为处于稳定状态的原始应力区。

24、答：

（课本109页图4—15工作面前后支承压力分布）

回采工作面前的支承压力状态可以分为a增压区，b减压区，c稳压区，在工作面前方支承压力的峰值到煤壁为极限平衡区，向煤体内则为弹性区。

25、答：

工作面自开切眼向前推进，老顶形成三铰拱式平衡，随着工作面继续推进，老顶结构破坏，引起支架压力急剧上升，即为顶板来压过程。

26、答：

（1）经验估算法：

即顶板压力相当于采高4—8倍岩柱的重量。

（2）很多学者认为，老顶的位移量与对支架形成的载荷呈双曲线关系，即

，得

。

（3）威尔逊估算法：

估算顶板压力只考虑直接顶的形状与载荷，鉴于载荷作用力的位置与支架可能形成的最大反力的作用位置不一定一致，从而引出支架—围岩平衡产生附加力的概念。

27、答：

影响采场矿山压力显现的主要因素是围岩性质。

采深、采高、倾角及推进速度对工作面矿山压力显现产生主要的影响。

一、采高与控顶距。

在一定地质条件下，采高是影响上覆岩层破坏状况的最重要因素之一。

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。

二、工作面推进速度的影响。

随着回采工作面推进速度加快，顶板下沉速度也明显加快。

三、开采深度的影响。

随着采深增加，支承压力必然增加，从而导致煤壁片帮及地板鼓起的几率增加，由此也可能导致支架载荷增加。

四、煤层倾角的影响。

煤层倾角对回采工作面矿山压力显现的影响也是很大的，随着煤层倾角增加，顶板下沉量将逐渐变小。

五、分层开采时的矿山压力显现。

当厚煤层用倾斜分层开采时，可采用全部垮落法自上而下逐分层回采。

开采第一分层时，矿山压力显现规律与普通单一煤层开采没有任何区别。

但当回采以下各分层时，工作面顶板就变成了在第一分层回采时冒落的岩块。

这样，破碎的顶板必然给顶板管理工作带来新的困难。

对分层开采中的矿山压力显现规律，应根据具体条件进行分析。

28、答：

锚杆支护理论：

（1）悬吊理论。

锚杆支护的作用是将巷道顶板较软弱岩层悬吊在上部稳定岩层上，增强较软弱岩层的稳定性。

（2）组合梁理论。

如果顶板岩层中存在若干分层，锚杆的作用一方面提供锚固力增加各岩层间的摩擦力，阻止岩层沿层面继续滑动，避免出现离层现象：

另一方面锚杆杆体可增加岩层间的抗剪强度，阻止岩层间的水平错动，从而将巷道顶板锚固范围内的几个薄岩层锁成一个较厚的岩层。

（3）组合拱理论。

在拱形巷道围岩的破裂区中安装预应力锚杆，从杆体两端起形成圆锥形分布的压应力区，如果锚杆间距足够小，各个锚杆形成的压应力圆锥体相互交错，在岩体中形成一个均匀的压缩带，即压缩拱。

压缩拱内岩石径向、切向均受压，处于三向应力状态，围岩强度得到提高，支承能力相应增大。

（4）最大水平应力理论。

矿井岩层的水平应力通常大于铅直应力，巷道顶底板的稳定性主要受水平应力的影响。

（5）围岩强度强化理论。

围岩强度强化理论是针对软岩煤巷围岩特点提出的。

29、答：

无煤柱护巷就是把巷道布置在减压区内，有两个好处：

（1）好掘进处于低压区；

（2）破碎（静压）。

30、答：

（课本195页图7—3）

1——工作面前方超前支承压力

2、3——工作面倾斜、仰斜方向残余支承压力

4——工作面后方采空区支承压力

31、答：

岩体的基本性质：

（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石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，因而从总体上说岩体属于非连续介质。

32、答：

（课本35页图1—31）

存在结构面是岩体区别于岩石的最重要特征之一，且因结构面的存在，而使岩体的强度显著低于岩块强度，因此岩体更容易变形和失稳。

通常，结构面对岩体强度的影响主要表现为造成岩体强度的各向异性和岩体强度的降低。

（1）单向压缩下结构面产状。

层状岩体在单向压缩下，加载方向与层理面呈不同角度，极限强度会随夹角不同而有规律的变化，并且平行于层理加载的抗压强度和抗剪强度小于垂直于层理方向加载时的相应强度，抗拉强度则大于垂直于层理的抗拉强度。

（2）三轴压力下结构面产状。

当岩体中存在一组结构面时，其强度随结构面与主应力之间夹角的不同而不同，但如果岩体中存在多组倾角不同的结构面，由于各组结构面影响范围的交叉重叠，反而使岩体强度各向异性的程度减弱。

33、答：

影响岩体强度的因素：

（1）结构面产状。

存在结构面是岩体区别于岩石的最重要特征之一，且因结构面的存在，而使岩体的强度显著低于岩块强度，因此岩体更容易变形和失稳。

通常，结构面对岩体强度的影响主要表现为造成岩体强度的各向异性和岩体强度的降低。

a，单向压缩下结构面产状。

层状岩体在单向压缩下，加载方向与层理面呈不同角度，极限强度会随夹角不同而有规律的变化，并且平行于层理加载的抗压强度和抗剪强度小于垂直于层理方向加载时的相应强度，抗拉强度则大于垂直于层理的抗拉强度。

b，三轴压力下结构面产状。

当岩体中存在一组结构面时，其强度随结构面与主应力之间夹角的不同而不同，但如果岩体中存在多组倾角不同的结构面，由于各组结构面影响范围的交叉重叠，反而使岩体强度各向异性的程度减弱。

（2）结构面密度。

结构面密度对岩体强度的影响主要有两个方面：

相同条件下，岩体内结构面数量越多，密度越大，变形也越大，但强度越低；岩体强度不会因结构面密度的增大而无限降低，而是存在一个临界值，大于此值时，结构面密度对岩体变形和强度的影响就很小。

（3）试件尺寸。

岩体强度随试件尺寸的增大而减小，但不同岩体的强度因试件尺寸增大而减小的规律却不同，其影响因素较多。

通常，试件尺寸对岩体强度影响的大小主要取决于岩体结构特征或破坏程度，并与结构面产状、密度以及结构面蜕化程度和结构体特征有很大关系。

（4）环境围压。

环境围压对岩体变形和强度都产生很大的影响，即a，围压的大小影响岩体的破坏方式。

b，岩体抗剪强度随围压的增大而增大，但不呈直线关系，在低围压情况下增大得快，高围压增大得慢。

C，围压增大，岩体的变形模量也明显提高。

d，岩体中结构面的力学效应应随围压的增大而减小，当围压达到某一临界值时，岩体中结构面效应完全消失，此时岩体从脆性破坏变为延性破坏。

（5）孔隙水压。

由于孔隙水压的存在，使岩体中固体颗粒或骨架所承受的压力随之减小，岩体强度也就相应的降低。

34、答：

“支架——围岩”相互作用原理：

现有的各种巷道支架，在“支架——围岩”力学平衡系统中，只能承担极其有限的一小部分载荷，支架在围岩内部应力平衡关系中所起的作用是微小的，更不能企图依靠支架去改变上覆岩层的运动状态。

然而支架的这个微小的支撑力又是极其重要和必不可少的，支架的工作阻力，尤其是初撑力在一定程度上能相当有效地抑制直接顶板离层，控制围岩塑性区的再发展和围岩的持续变形，保持围岩的稳定。

因此，巷道支架系统必须具有适当的强度和一定的可缩性，才能有效地控制和适应围岩的变形。

35、答：

工作面矿压显现的基本规律：

（1）支承压力分布。

综放面支承压力的分布同时受到煤层强度、煤层厚度等影响。

a，煤层愈软，支承压力分布范围愈大，峰值点距煤壁愈远。

b，煤层愈厚，支承压力分布范围愈大，峰值点距煤壁愈远。

c，如果顶煤中存在一层较厚的强度较大夹矸层，夹矸层除了影响到顶煤冒落状态外，还会影响到支承压力分布，使其显现出较硬煤层的支承压力分布特征。

（2）工作面支架载荷不大，支架载荷并不因采高加大而增加，仅和煤的强度有关，煤的强度大，则顶煤的完整性愈好，支架载荷稍大。

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）放顶煤工作面的煤壁及端面顶板的维护显得特别重要。

（4）放顶煤工作面，端头压力和工作面两端平巷压力并不大。

（5）支架前柱的工作阻力大于后柱工作阻力。

（6）下分层综放时的矿压显现规律。

下分层综放开采时的矿压显现仍然具有一般开采的矿压规律，但矿山压力显现程度有所减弱。