矿山压力与岩层控制模拟试题及答案Word文件下载.docx
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，求页岩的内聚力
和内摩擦角
。
五、论述题：
（4题任选3题，每题10分，共30分）
1、画出岩体的应力应变全程曲线，并简述该过程。
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？
3、叙述采区巷道变形与破坏的影响因素。
4、简述减压区的形成及其实际意义？
矿山压力泊松比流变原岩应力直接顶
周期来压砌体梁原生裂隙载荷集度碎胀性
1、根据破断的程度，回采工作面上覆岩层可分为和。
2、直接顶的完整程度取决于，。
3、节理裂隙分为，，。
4、蠕变变形曲线可分为和两类。
5、工作面顶板下沉量与采高及控顶距的大小成关系。
1、影响岩石强度的因素有哪些？
2、什么是原岩应力状态？
3、简述煤层开采后，上覆岩层的破坏方式。
4、直接顶的稳定性对工作面的支护原理有何影响？
5、采区平道矿压显现沿走向要经历那几个阶段？
8、巷道卸压方法目前应用的有哪几种？
四、计算题：
（每题5分，共10分）
1、某回采工作面顶板的最大控顶距为
，根据实测得到在最大控顶距处的顶板下沉量为
，若将最大控顶距缩小到
，在最大控顶距处的顶板下沉量是多少？
2、有一缓斜煤层，其顶板由四岩层组成，各岩层的数据如下表，如采用刀柱法处理采空区，刀柱间的距离应该是多少？
岩层数据表
岩层
容重
层厚
弹性模量
抗拉强度
1
22.6
4.0
2
24.5
2.7
3
25.5
2.0
4
3.5
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？
2、叙述采区巷道变形与破坏的影响因素。
3、岩石结构与岩石构造得异同是什么？
4、试说明矿山压力和矿山压力显现的关系。
岩石的孔隙性泊松比蠕变构造应力回采工作面
周期来压砌体梁构造裂隙载荷集度碎胀性
1、采空区处理方法有煤柱支撑法，，和全部垮落法。
2、节理裂隙分为，，压裂裂隙。
3、岩石的破坏机理有和两种。
4、适合于岩石的两种强度理论是和。
5、减轻采区巷道受压的重要措施包括：
使巷道处于低压区，，。
1、岩石的孔隙性、孔隙度和孔隙比有什么不同？
2、简述有关回采工作面上覆岩层结构的假说。
3、老顶的稳定性对工作面的支护原理有何影响？
6、支架选型的基本原则是什么？
7、回采工作面矿压现场观测的目的是什么？
8、周期来压的主要表现形式？
2、某工作面使用单体液压支架，每根支柱的额定工作阻力为
/根，顶板的最大控顶距为
，支柱为四排控顶，柱距为
，求单体液压支架对顶板能够提供的最大支护强度是多少？
3、试分析采场上覆岩层所形成的裂隙体梁的失稳条件。
矿山压力岩石的孔隙比流变自重应力支承压力
老顶周期来压砌体梁压裂裂隙载荷集度
3、蠕变变形曲线可分为和两类。
4、采区巷道的主要支护形式有基本支护，加强支护，和。
5、无煤柱护巷的基本方式有和。
1、对原岩应力状态有哪几种假说？
2、影响岩石强度的因素有哪些？
5、简述采区巷道支护的主要形式。
6、什么叫煤矿动压现象？
7、分层开采时，下分层与上分层相比矿压显现有什么特点？
8、衡量矿山压力显现程度的指标有哪些？
1、有一缓斜煤层，其顶板由四岩层组成，各岩层的数据如下表，如采用刀柱法处理采空区，刀柱间的距离应该是多少？
2、有某石灰岩做抗剪强度试验，当
时，
；
当
而该岩石在做三向抗压强度试验时，当侧压
，求侧压力
时其三向抗压强度是多少？
2、岩石结构与岩石构造得异同是什么？
3、简述减压区的形成及其实际意义？
4、试分析采场上覆岩层所形成的裂隙体梁的失稳条件。
岩石的孔隙比蠕变原岩应力支承压力直接顶
初次来压步距砌体梁原生裂隙载荷集度碎胀性
1、采空区处理方法有煤柱支撑法，，和。
2、节理裂隙分为，，。
3、动压现象的一般成因和机理，可归纳为三种形式，即，和煤与瓦斯突出。
4、顶板下沉量是指活柱下缩量、顶梁的压缩量及的总和。
5、二次支护是指。
1、简述煤层开采后，上覆岩层的破坏方式。
2、直接顶的稳定性对工作面的支护原理有何影响？
3、采区平道矿压显现沿走向要经历那几个阶段？
4、巷道卸压方法目前应用的有哪几种？
5、冲击矿压防治措施的基本原理。
6、掘进工作面现场观测的目的是什么？
7、周期来压的主要表现形式？
8、工作面支架必须具备的特性是什么？
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/m3，泊松比为μ=0.2。
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？
（20）
矿山压力——由于在地下煤岩中进行采掘活动而在井巷、硐室及回采工作面周围煤、岩体中和其中的支护物上所引起的力，就叫做矿山压力。
岩石的孔隙度——岩石中各种孔洞、裂隙体积的总和与岩石总体积之比。
泊松比——岩石受单向压缩载荷时，试件在轴向缩短的同时产生横向膨胀，其横向应变与轴向应变的比值称为泊松比。
流变——有些材料在开始出现塑性变形以后，常在应力不变或应力增加很小的情况下继续产生变形，这种变形叫做流变。
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。
回采工作面——在煤层或矿床的开采过程中，直接进行采煤或采有用矿物的工作空间。
初次来压——由于老顶第一次失稳而产生的工作面顶板来压。
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。
（10分）
1、减压区，增压区，稳压区。
2、冒落带和裂隙带。
3、缓慢下沉法，采空区充填法。
4、岩层本身的力学性质，直接顶岩层内由各种原因造成的层理和裂隙的发育程度。
5、支柱对顶板的主动作用力。
（30分）
答：
1、弹性假说，认为岩体处于弹性状态，其受力与变形的关系符合虎克定律，在垂直应力作用下将在岩体中引起水平应力的作用。
2、静水应力状态假说，认为在地下深处的岩体由于长期的地质作用喝岩石的蠕变作用而使岩体中的测向应力和垂直应力趋于相等。
岩石的孔隙性是指岩石中孔隙和裂隙的发育程度，表征它的指标有两种：
孔隙度和孔隙比。
可见孔隙度和孔隙比是反映孔隙性的指标。
孔隙度n是岩石中各种孔隙、裂隙体积的总和与岩石总体积之比；
孔隙比e是岩石中各种孔隙、裂隙体积的总和与岩石内固体部分实体积之比。
显然，孔隙度n和孔隙比e存在以下关系：
1、A区域，即煤壁支撑影响区，这个区域在煤壁前方30~40m的范围内。
该区域内岩层有较明显的水平移动，而垂直移动甚小，有时岩层还可能出现上升现象。
2、B区域，也称为离层区。
这个区域是在回采工作面推过以后的采空区上方。
这个区的岩层移动特点是：
破断岩层的垂直位移急剧增大，其下部岩层的垂直移动速度大于上部岩层的垂直移动速度，因而下部岩层和上部岩层发生离层。
3、C区域，称为重新压实区。
这个区域内裂隙带的岩层重新受到已冒落矸石的支撑垂直移动减缓，其下部岩层的垂直移动速度小于上部岩层，因而使岩层时出现的层间空隙又重新闭合。
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。
采高与控顶距，工作面推进速度，开采深度，煤层倾角。
支架围岩是相互作用的一对力，支架受力的大小及其在回采工作面分布的规律与支架性能有关，支架结构及尺寸对顶板压力有一定影响。
1、基本支护，一般包括木支护和金属支护，2、加强支护，主要为了抵抗采动影响所造成的矿山压力，3、巷旁支护，在沿空巷道靠采空区一侧专门设置的人工建筑物，4、巷道围岩加固，包括锚杆加固和化学加固。
煤矿开采过程中，在高应力状态下积聚有大量弹性能的煤或岩体，在一定的条件下突然发生破坏、冒落或抛出，使能量突然释放，呈现声响、震动以及气浪等明显的动力效应，这些现象统称为煤矿动压现象。
四、计算题（10）
1、答：
8*1.4=10.2m，8+2.5=10.5m
不能充满采空区。
2、答：
（1）求每块试件破坏面上的剪应力和正应力：
据
可得：
（2）求岩石的内聚力和内摩擦角
根据
当
时，得：
得：
五、分析题：
答：
岩石的应力应变全程曲线，又称全应力—应变曲线，是在刚性实验机上得到的、反映岩石加载后变形和破坏全过程的实验曲线，如图1-1，它与在一般普通的材料实验机上得到的曲线不同，可以分为以下阶段：
1、OA段，为岩石的压密阶段，由于岩石内部各种裂隙受压闭合而形成；
2、AB段，接近于直线，为线弹性阶段，B点为弹性极限；
3、BC段，为塑性阶段，在这个阶段岩石内部有微破裂发生，又称为破裂发展阶段，岩石到C点发生破坏，C点即为强度极限；
4、CD段，岩石的破坏是一个渐进的发展过程，即岩石在C点达到强度极限以后仍有一定的承载能力，在低于强度极限的压力下应变继续扩大，直到压力降到某一较小值，岩石在D点达到完全破坏。
这一段卸载曲线称为后破坏曲线或峰后特性曲线。
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，
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。
（一）自然因素
1、围岩性质及其构造特性，2、巷道埋藏深度，3、煤层倾角、4、地质构造因素、5、水的影响、6、时间因素的影响。
（二）巷道断面形状和大小
1、回采工作状况，如巷道是处于一侧还是二侧受采动影响，是受一次还是多次采动影响，2、巷道的保护方法，3、巷道断面的形状与大小，巷道掘进方法、掘进与回采工作面在时间、空间上的相互关系及巷道本身采用的支架类型、支护方式、支护参数等等。
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。
（20分）
直接顶——直接位于煤层上方的一层或几层性质相近的岩层。
周期来压——由于裂隙带岩层周期性失稳而引起的顶板来压现象。
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。
1、冒落带，裂隙带。
2、岩层本身的力学性质，直接顶岩层内由各种原因造成的层理和裂隙的发育程度。
3、原生裂隙，构造裂隙，压裂裂隙。
4、稳定蠕变，不稳定蠕变。
5、正比。
岩石性质，岩石的构造特征，试件的几何尺寸，岩石所处的物理状态，加载速度，岩石的受载状态等。
天然存在于原岩内而与任何人为原因无关的应力状态，称为原岩应力状态。
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。
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。
（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。
在一般情况下，回采工作面的顶板下沉量可用公式
进行计算。
由于在同一个工作面只改变了控顶距
，而顶板条件、煤层采高均相同，即
和
相同。
所以，在两种情况下顶板下沉量和工作面顶板的控顶距
成正比，即：
，得：
代入数据可得最大控顶距为3
的顶板下沉量：
首先计算作用在第一岩层上的载荷集度
值。
第一岩层本身的载荷集度
为：
第二岩层对第一岩层的作用时，有：
，代入数据得：
第三岩层对第一层的作用时，有：
第四岩层对第一层的作用时，有：
由此可以看出第四层对第一层岩层的载荷已经没有影响，计算第一岩层的载荷只计算到
即可，此时，
由于顶板岩层多数为脆性破坏，取安全系数
，则刀柱间的距离应为安全跨距，为：
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。
岩石的结构是指决定岩石组织的各种特征的总和，如颗粒的大小、形状、连结特征、胶结物类型、存在孔隙情况等；
而岩石的构造是指组成岩石的矿物颗粒之间、以及它与其它组成部分之间的排列方式和填充方式，如岩石可属于整体构造，多孔状构造和层状构造等。
煤矿中遇到的岩石绝大多数是沉积岩，有较明显的层理，属层状构造。
层状构造的特点是，岩石颗粒互相交替，表现出层次叠置现象（层理）。
9、试说明矿山压力和矿山压力显现的关系。
矿山压力和矿山压力显现是两个不同的概念，两者具有因果关系。
后者是由前者引起的，没有前者就没有后者。
有些矿山压力显现的大小直接由矿山压力引起，如：
巷道围岩的变形和破坏，煤壁的压酥和片帮等都随矿山压力的增大而变的更加强烈；
而有的矿山压力显现虽然也是由矿山压力引起的，但它们还要受其他因素的影响。
如：
工作面顶板下沉，支架上所承受的载荷等，它们并不随矿山压力的增大而成正比的增大。
顶板下沉受工作面上覆岩层运动规律的制约，它和煤层的采高及工作面的控顶距成正比。
支架上所承受载荷的大小与支架本身的特性及顶板下沉量的大小有关。
从以上分析可以看出，矿山压力大，矿山压力显现不一定强烈。
岩石的孔隙性——岩石中孔洞和裂隙的发育程度。
泊松比——岩石受单向压缩载荷时，试件在轴向缩短的同时产生横向膨胀，其横向应变与轴向应变的比值
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