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河南理工大学
河南理工大学《矿山压力及其控制》试卷（A卷）
一、解释下列概念。
（30分）
1、矿山压力;2、岩石的强度理论;3、工作阻力;4、充分采动;5、增载系数;6、周期来压;7、RQD指标;8、强度理论;9、岩石
蠕变;10、岩体变形能。
二、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。
（5分）
三、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。
（15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、见表1和图1所示，试按固支梁计算第一层老顶初次破断的极限跨距，其中:
。
（15分）
表1各岩层的参数表
岩层
岩性
体积力i/KN.m-3
层厚hi/m
弹性模量Ei/MPa
抗拉强度Rt/MPa
1
中砂岩
28
4.0
2.5104
7
2
泥岩
25
2.7
1.1104
2
3
砂质泥岩
26
2.0
1.5104
2.5
4
中砂岩
25
5.5
2.3104
7
六、假设老顶破断后如图2所示，
且已知B岩块重量R=2700KN，破
断角=5，岩块A与B间的摩擦
角=35，求出防止B岩块滑落所
需的最小水平力T是多少。
（5分）
七、试述采动影响巷道围岩变形规律（10分）。
八、试论述冲击矿压发生的三个准则（10分）。
《矿山压力及其控制》试卷（A）
一、解释下列概念（30分）
1、矿山压力―由于煤的地下开采，而对井巷、硐室及回采工作面以及其中的支护物的作用。
2、岩石的强度理论—研究岩石在复杂应力状态下破坏机理和破坏条件的理论，主要有莫尔—库仑强度理论和格里菲斯强度理论。
3、工作阻力―支架支设后，由于顶板下沉作用在支架上反映出来的力。
4、充分采动—煤层开采引起地表下沉盆地由尖底边为平底时的采动。
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―工作面推进过程中，老顶周期性破断和失稳而对工作面产生的周期性压力。
7、RQD―钻孔岩芯长度大于10cm的累计长度与钻孔长度比值的百分比。
8、强度理论―研究材料各种复杂应力状态下破坏的机理、破坏条件与建立相应的破坏判据。
9、岩石蠕变―应力不变的条件下，岩石应变随时间增大而增大的现象。
10、岩体变形能―岩体在外力作用下，产生变形而积蓄在岩体内的能量。
二、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。
（5分）
三、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（15分）。
1、在弹性条件下
根据弹性力学可以得到
即在巷道边缘切向应力
是所加应力的2倍，径向应力是零。
随着距离的增大，切向应力和径向应力都逐渐接近原岩应力
。
2、在塑性条件下
如图3所示，由于巷道的开挖，而引起巷道周边的应力重新分布，重新分布的力使围岩产生了塑性变形，形成了塑性圈。
而径向应力
与弹性条件下的一致，但切向应力
由于塑性变形而使其在巷道边缘不为零，并在巷道边缘到塑性圈是逐渐增大，过了塑性圈，规律与弹性条件下一致。
四、绘图说明采煤工作面前方支承压力分布基本规律（10分）。
解答：
采煤工作面前方支承压力一般按其大小进行分区。
根据切向应力的大小，可分为A稳压区（
）、B增压区（
）和C减压区（
）。
按煤体性质分为D极限平衡区和E弹性区。
五、见表和图所示，试按固支梁计算第一层老顶初次破断的极限跨距，其中:
。
（15分）
各岩层的参数表
岩层
岩性
体积力i/KN.m-3
层厚hi/m
弹性模量Ei/MPa
抗拉强度Rt/MPa
1
中砂岩
28
4.0
2.5104
7
2
泥岩
25
2.7
1.1104
2
3
砂质泥岩
26
2.0
1.5104
2.5
4
中砂岩
25
5.5
2.3104
7
六、假设老顶破断后如图所示，
且已知B岩块重量R=2700KN，破
断角=5，岩块A与B间的摩擦
角=35，求出防止B岩块滑落所
需的最小水平力T是多少。
（5分）
七、试述采区巷道矿山压力显现的基本规律（10分）。
巷道掘进阶段（
）：
由于巷道的掘进，顶底板移近量瞬时产生，但由于巷道掘进时对小部分岩体进行扰动，所以矿山压力显现弱，并很快接近平衡。
无采动影响阶段（
）：
由于此阶段采动对其步影响，主要是围岩由于流变而产生的移动，此阶段基本上是平衡的。
采动影响阶段（
）：
由于采动的影响，顶底板移近量增大，此阶段矿山压力显现最强烈，一般超前工作面10—20米到40—50米不等，峰值区一般在5—2米内；此阶段在工作面采动影响下，容易产生顶板破坏，支架支护困难，是巷道支护最困难的阶段。
采动影响稳定阶段（
）：
由于采动对其影响已经过去，巷道接近稳定；一般在工作面后40—60米，有时从100—120米开始。
二次采动影响阶段（
）：
与一次采动影响基本相似，但矿压显现更加强烈。
八、试论述冲击矿压发生的三个准则（10分）。
（写出公式，不写出公式的扣2分）
（1）强度理论
（2）能量理论
（3）冲击倾向理论
河南理工大学《矿山压力及其控制》试卷（B卷）
一、解释下列概念（30分）
1、矿山压力;2、原岩应力;3、工作阻力;4、顶板;
5、增载系数;6、周期来压步距;7、冲击矿压;8、支架初撑力;
9、关键层;10、岩石碎胀系数。
二、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—库仑强度准则（15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，试估算埋深500m处岩体的自重应力大小。
（5分）
四、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）
五、绘图说明采煤工作面前方支承压力分布的基本规律（10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、试述影响工作面矿山压力显现的主要因素（5分）
八、无煤柱护巷的基本原理是什么？
（10分）
《矿山压力及其控制》试卷（B）参考答案
一、解释下列概念（30分）
1、矿山压力――由于煤的地下开采，而对井巷、硐室及回采工作面以及其中的支护物的作用。
2、原岩应力――岩石中自然条件下存在的应力，包括自重应力和构造应力。
3、工作阻力――支架支设后，由于顶板下沉作用在支架上反映出来的力。
4、顶板——位于煤层之上的岩层。
5、增载系数――来压时的工作阻力与平时工作阻力之比。
6、周期来步距――工作面推进过程中，老顶两次相邻周期性来压的工作面推进距离。
7、冲击矿压――冲击矿压是聚集在矿井巷道和采场周围岩体中的能量突然释放，在井巷发生爆炸性事故，产生的动力将煤岩抛向巷道，同时发出强烈声响，造成煤岩体振动和煤岩体破坏，支架与设备损坏，人员伤亡，部分巷道垮落破坏的力学现象。
8、支架初撑力――支架支设时，支架对顶板的主动力。
9、关键层―在对采场上覆岩层的整体或局部活动起关键作用的坚硬岩层。
10、岩石碎胀系数―岩石破碎后，破碎后的体积与破坏前的体积之比。
二、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—库仑强度准则（15分）。
解答：
如图1所示，
图1莫尔－库仑准则强度曲线
则
解得：
莫尔认为，固体材料的破坏是由于材料面上的剪应力达到一定程度（即极限剪应力），剪应力不仅与材料端面性质有关，并与作用在端面上的主应力有关。
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，试估算埋深500m处岩体的自重应力大小。
（5分）
四、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）
1、在弹性条件下
根据弹性力学可以得到
即在巷道边缘切向应力
是所加应力的2倍，径向应力是零。
随着距离的增大，切向应力和径向应力都逐渐接近原岩应力
。
2、在塑性条件下
如图3所示，由于巷道的开挖，而引起巷道周边的应力重新分布，重新分布的力使围岩产生了塑性变形，形成了塑性圈。
而径向应力
与弹性条件下的一致，但切向应力
由于塑性变形而使其在巷道边缘不为零，并在巷道边缘到塑性圈是逐渐增大，过了塑性圈，规律与弹性条件下一致。
五、绘图说明采煤工作面前方支承压力分布的基本规律（10分）。
解答：
采煤工作面前方支承压力一般按其大小进行分区。
根据切向应力的大小，可分为A稳压区（
）、B增压区（
）和C减压区（
）。
按煤体性质分为D极限平衡区和E弹性区。
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）。
解答：
近水平工作面推进过程中的矿压显现规律如下：
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，此时工作面推进的距离是初次垮落步距。
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－失稳－稳定－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。
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