復(fù)習(xí)與思考題山科.ppt

,礦山壓力與巖層控制,復(fù)習(xí)與思考題,一、概念題,1、初撐力 支架架設(shè)或單體支柱升起時(shí)，最初形成的對(duì)頂板的主動(dòng)支撐力。 2、支架（支柱）性能（特性） 支架（支柱）的支撐力與支架可縮量之間的關(guān)系，常用R-曲線(xiàn)表示。 3、支架（支柱）實(shí)際支撐能力 支架（單體支柱）在井下具體地質(zhì)技術(shù)條件下實(shí)際發(fā)揮的承載能力。 4、控頂距 從煤壁到最后一排支柱或放頂柱的距離。隨支柱和回柱工序的進(jìn)行，控頂距隨之變化。,復(fù)習(xí)與思考題,5、沿空留巷 工作面回采后沿采空區(qū)邊緣維護(hù)的為下一個(gè)工作面使用的原回采巷道。上工作面回采后，采用一定的技術(shù)手段將上一區(qū)段的運(yùn)輸（下）順槽重新支護(hù)留給下一個(gè)工作面的回風(fēng)（上）順槽使用。 6、沿空掘（送）巷 沿已采（上）工作面的采空區(qū)邊緣或僅留很窄的小煤柱掘進(jìn)的區(qū)段平巷。利用采空區(qū)邊緣處于支承壓力降低區(qū)的特點(diǎn)，沿著基本頂已垮落穩(wěn)定的采空區(qū)邊緣或僅留很窄的小煤柱掘巷。 7、巷道圍巖松動(dòng)圈 巷道開(kāi)挖引起圍巖內(nèi)部應(yīng)力的重新分布，破壞了原來(lái)的應(yīng)力平衡狀態(tài)，并產(chǎn)生應(yīng)力集中。若圍巖集中應(yīng)力大于下降后的圍巖強(qiáng)度，則圍巖將發(fā)生破壞，這種破壞逐漸向深部擴(kuò)展，直至達(dá)到新的三向應(yīng)力平衡狀態(tài)，此時(shí)圍巖中出現(xiàn)的松弛破裂帶稱(chēng)為圍巖松動(dòng)圈。,復(fù)習(xí)與思考題,8、錨桿支護(hù) 是指以錨桿作為巷道支護(hù)主要形式的支護(hù)。除錨桿外，還包括錨桿同其它構(gòu)件的各種組合支護(hù)。 9、沖擊地壓 由礦山采動(dòng)（采掘工作面）誘發(fā)高強(qiáng)度煤（巖）體變形能的瞬間釋放，在相應(yīng)采動(dòng)空間引起強(qiáng)烈圍巖震動(dòng)和擠出的動(dòng)力現(xiàn)象。 10、礦柱支護(hù)采礦法 是根據(jù)礦體傾角的大小，將井田劃分成礦塊或盤(pán)區(qū)，在礦塊或盤(pán)區(qū)內(nèi)交替布置礦房和礦柱，回采礦房時(shí)，留下規(guī)則的連續(xù)或間斷礦柱支撐頂板的采礦方法。,復(fù)習(xí)與思考題,二、簡(jiǎn)答題,1、回采工作面頂板處理方式有哪些？ 采煤工作面頂板處理方式的選擇，既要考慮地表和巖層的保護(hù)要求，又要考慮對(duì)工作面礦壓顯現(xiàn)有明顯影響的上覆巖層范圍及其組成巖層的變形能力、運(yùn)動(dòng)方式和對(duì)工作面可能造成的威脅程度。 通常的頂板處理方法有：煤柱支撐法（如房柱、刀柱等）、緩慢下沉法、自然垮落法、厚層堅(jiān)硬頂板特殊處理法和充填法。,復(fù)習(xí)與思考題,2、簡(jiǎn)述綜采支架的基本類(lèi)型、特點(diǎn)及其適用條件？ 綜采支架的基本類(lèi)型有支撐式、支撐掩護(hù)式、掩護(hù)支撐式、純掩護(hù)式。 支撐式：具有較大的支撐能力，靠立柱和頂梁直接支撐頂板維護(hù)工作空間，頂板巖層在頂梁后部切斷冒落。這種支架一般適用于穩(wěn)定和堅(jiān)硬的頂板。 支撐掩護(hù)式：對(duì)頂板兼有支撐和掩護(hù)兩種作用，支撐部分大于掩護(hù)部分。適合于較穩(wěn)定的頂板條件。 掩護(hù)支撐式：支架頂梁較短，支撐能力較弱，頂梁上支撐力集中在靠煤壁附近，主要靠掩護(hù)作用維護(hù)工作空間。適用于松軟頂板條件。 純掩護(hù)式：特點(diǎn)是沒(méi)有頂梁部分，支架對(duì)頂板只起掩護(hù)作用，通過(guò)掩護(hù)梁把工作空間與采空區(qū)嚴(yán)密地分隔開(kāi)。一般用在松軟破碎頂板或假頂條件下。,復(fù)習(xí)與思考題,3、工作面支架對(duì)基本頂有哪幾種工作方案？簡(jiǎn)述各自對(duì)頂板的控 制要求。 采場(chǎng)支架對(duì)基本頂有兩種工作方案：“給定變形”工作方案和“限定變形”工作方案。 “給定變形”工作方案對(duì)頂板的要求：巖梁運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定時(shí)的位態(tài)由巖梁的強(qiáng)度及兩端支承情況決定。在巖梁由端部斷裂到沉降至最終位態(tài)的整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，支架只能在一定范圍內(nèi)降低巖梁的運(yùn)動(dòng)速度，但不能對(duì)巖梁運(yùn)動(dòng)的最終位態(tài)起到限制作用。 “限定變形”工作方案對(duì)頂板的要求：采場(chǎng)支架對(duì)巖梁運(yùn)動(dòng)進(jìn)行必要的限制，即在支架阻力的作用下，巖梁不能沉降至最低位態(tài)（無(wú)阻礙最終沉降位態(tài)）。巖梁運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定時(shí)的位態(tài)（巖梁運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定時(shí)采場(chǎng)的頂板下沉量）由采場(chǎng)支架的阻抗力所限定。,復(fù)習(xí)與思考題,4、請(qǐng)給出位態(tài)方程的表達(dá)式，并解釋其含義。 位態(tài)方程的表達(dá)式：,A 直接頂?shù)淖饔昧Γ?控頂末排最大頂板下沉量； 要控制的頂板下沉量；K 位態(tài)常數(shù)，由巖梁參數(shù)和控頂距決定。,其中，,復(fù)習(xí)與思考題,位態(tài)方程主要有以下三方面的含義： （1）支架在“限定變形”狀態(tài)下工作時(shí)，支架工作阻力與取得平衡的基本頂巖梁位態(tài)之間存在著相應(yīng)的力學(xué)平衡關(guān)系，理論上可以建立兩者之間的力學(xué)方程。 （2）因直接頂在采空區(qū)內(nèi)已經(jīng)垮落，頂板控制設(shè)計(jì)必須按直接頂沿煤壁處切斷的最危險(xiǎn)狀態(tài)考慮，因此，支架必須承擔(dān)起全部直接頂?shù)淖饔昧ΑＮ粦B(tài)方程表明，任何小于直接頂作用力的支護(hù)強(qiáng)度都是不安全的（即“非法”的）。 （3）闡述了支架-圍巖之間的雙曲線(xiàn)關(guān)系，即需要控制的頂板位態(tài)越高（ 越?。?，需要的支護(hù)強(qiáng)度越大；反之，需要控制的頂板位態(tài)越低（ 越大），需要的支護(hù)強(qiáng)度越小。當(dāng)需要控制的頂板位態(tài) = 時(shí)，即為“給定變形”工作方案。,復(fù)習(xí)與思考題,在頂煤較厚、煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜的情況下，很可能出現(xiàn)支架上方未冒頂煤與采空區(qū)已冒大塊頂煤之間的拱式平衡結(jié)構(gòu)，且這個(gè)結(jié)構(gòu)人為不易破壞 。簡(jiǎn)稱(chēng)其為“煤-煤”結(jié)構(gòu)。 容易形成“煤-煤”結(jié)構(gòu)的條件： 頂煤中存在較厚、較硬的夾矸，大塊夾矸形成“煤煤”結(jié)構(gòu)的基底巖層； 上部頂煤堅(jiān)硬，呈大塊狀垮落，或煤中含有粘土成分，呈團(tuán)塊狀垮落。 容易形成“煤-煤”結(jié)構(gòu)的厚煤層采場(chǎng)條件，最好不采用放頂煤開(kāi)采。若采用放頂煤開(kāi)采，應(yīng)在開(kāi)采前采用松動(dòng)爆破或者采用注水軟化的方法對(duì)頂煤進(jìn)行預(yù)處理。,5、按工作面布置方式分類(lèi)，放頂煤采煤法分哪幾類(lèi)？ 放頂煤采煤法可分為四種不同的類(lèi)型：整層放頂煤采煤法；預(yù)采頂分層放頂煤采煤法；預(yù)采中間分層放頂煤采煤法；水平分段放頂煤采煤法。,6、何為放頂煤采場(chǎng)中的“煤-煤”結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)述其形成條件。,復(fù)習(xí)與思考題,7、何為預(yù)采頂分層放頂煤采煤法？簡(jiǎn)述其適用條件。 首先沿煤層頂板在煤層中布置一個(gè)普通長(zhǎng)壁采煤工作面（即頂分層開(kāi)采），然后再沿底板布置放頂煤工作面進(jìn)行回采，將底分層上部的頂煤放出，這種采煤法叫預(yù)采頂分層放頂煤采煤法。 預(yù)采頂分層放頂煤采煤法主要適用于三個(gè)方面的地質(zhì)技術(shù)條件：一是直接頂堅(jiān)硬或厚度較薄，不能隨采隨冒，需要采取人工措施處理頂板，預(yù)采頂分層可以預(yù)裂直接頂，降低其強(qiáng)度和整體性，使其變得容易冒落；二是防止在底部放頂煤時(shí)發(fā)生混矸，在預(yù)采頂分層時(shí)鋪設(shè)隔離網(wǎng)，形成網(wǎng)下放煤；三是當(dāng)煤層中瓦斯含量較大或有突出危險(xiǎn)時(shí)，預(yù)采頂分層可起到預(yù)先釋放瓦斯，或進(jìn)行瓦斯抽放工作。,8、簡(jiǎn)述沿空留巷從掘進(jìn)到報(bào)廢整個(gè)服務(wù)期間的變形過(guò)程（變形組成）。 沿空留巷要經(jīng)歷如圖所示的頂板活動(dòng)和支承壓力作用的全過(guò)程，在整個(gè)服務(wù)期間其圍巖變形過(guò)程可分為七個(gè)階段：,復(fù)習(xí)與思考題,（1）實(shí)體煤中掘巷影響引起的圍巖變形； （2）掘巷影響穩(wěn)定后至上工作面回采影響前的圍巖流變變形。 （3）上工作面超前支承壓力作用影響引起的圍巖變形。 （4）上工作面基本頂巖梁斷裂后回轉(zhuǎn)下沉顯著運(yùn)動(dòng)引起很大的巷道圍巖變形。 （5）基本頂顯著運(yùn)動(dòng)觸矸后，進(jìn)一步壓實(shí)矸石的過(guò)程中引起的的圍巖變形。,（6）上工作面回采引起的頂板活動(dòng)趨向穩(wěn)定至下工作面回采影響前的圍巖流變變形。 （7）受本工作面超前支承壓力作用影響引起的巷道圍巖變形。,復(fù)習(xí)與思考題,（1）在煤體內(nèi)開(kāi)掘巷道后，破壞了原始應(yīng)力狀態(tài)，巷道圍巖出現(xiàn)應(yīng)力集中，在圍巖塑性破壞發(fā)展過(guò)程中，巷道圍巖產(chǎn)生顯著變形。 （2）掘巷引起的應(yīng)力重新分布趨向穩(wěn)定后，由于煤層一般具有流變性質(zhì)，巷道圍巖仍保持定變形速度。 （3）在上區(qū)段工作面超前支承壓力作用下，圍巖塑性區(qū)進(jìn)一步擴(kuò)大，圍巖變形增長(zhǎng)較快。 （4）在工作面后方巖梁斷裂前彎曲下沉及巖梁斷裂后顯著運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，老頂巖梁運(yùn)動(dòng)迫使巷道頂扳快速下沉，將造成很大的下沉量。 （5）在老頂觸矸后，隨著采空區(qū)矸石壓實(shí)，巷道圍巖移近速度逐漸趨于穩(wěn)定。 （6）回采引起的頂板活動(dòng)和應(yīng)力分布趨向穩(wěn)定后，巷道圍巖保持一定的流變速度。 （7）受下區(qū)段工作面回采影響時(shí)，由于支承壓力疊加使煤柱塑性區(qū)顯著增大，引起巷道圍巖變形。,復(fù)習(xí)與思考題,9、簡(jiǎn)述基本頂觸矸后的內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)送巷的變形過(guò)程（變形組成）。,基本頂觸矸后在內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)中送巷，巷道主要受到上工作面基本頂在采空區(qū)內(nèi)的矸石進(jìn)一步壓縮和下區(qū)段工作面回采超前支承壓力作用的影響。其主要經(jīng)歷以下四個(gè)方面的變形過(guò)程（變形組成）： （1）掘巷影響引起的圍巖變形； （2）基本頂顯著運(yùn)動(dòng)觸矸后，進(jìn)一步壓實(shí)矸石過(guò)程引起的圍巖變形； （3）巷道復(fù)用時(shí)，本工作面超前支承壓力作用影響引起的圍巖變形； （4）掘巷影響穩(wěn)定至工作面回采影響前的圍巖流變變形。,復(fù)習(xí)與思考題,10、簡(jiǎn)析沿空送巷的合理掘巷時(shí)間。 如圖所示，沿空送巷如在基本頂回轉(zhuǎn)下沉劇烈運(yùn)動(dòng)前掘出，則巷道將由于基本頂回轉(zhuǎn)來(lái)壓而產(chǎn)生很大的頂板下沉；在基本頂巖梁回轉(zhuǎn)下沉觸矸后掘巷，則不受頂板顯著運(yùn)動(dòng)的影響。 所以沿空送巷的合理掘巷時(shí)間應(yīng)在基本頂回轉(zhuǎn)下沉觸矸后掘巷。,復(fù)習(xí)與思考題,11、如何預(yù)計(jì)沿空留巷受上工作面基本頂彎曲沉降顯著運(yùn)動(dòng)引起的變形量。 如圖所示，沿空留巷受上工作面基本頂彎曲沉降顯著運(yùn)動(dòng)引起的變形量u2： C巷道中線(xiàn)與巖梁端部斷裂線(xiàn)間的水平距離，m； L巖梁懸跨度（端部裂斷線(xiàn)到觸矸點(diǎn)間的水平距離），m； KA直接頂碎脹系數(shù)，一般1.301.35。,復(fù)習(xí)與思考題,三、論述題,1、下圖表示在煤體邊緣處于彈性狀態(tài)的條件下， 工作面煤體上的支承壓力分布，試分析在此條件 下巷道開(kāi)掘的位置和時(shí)間如何選擇？,煤體邊緣處于彈性狀態(tài)條件下，老頂在煤體邊緣裂斷，由老頂回轉(zhuǎn)下沉造成的頂板下沉量??；煤體邊緣處于彈性變形狀態(tài)，由煤體變形引起的巷道頂板下沉量小、幫壓小；支承壓力高峰在煤體邊緣，巷道底臌量小。因此，在無(wú)內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)條件下的沿空留巷其維護(hù)一般是比較容易的，特別是在有相適應(yīng)的支護(hù)手段時(shí)，應(yīng)積極采用沿空留巷。 因?yàn)槊后w邊緣處于彈性變形狀態(tài)，故沿空送巷引起的圍巖變形較小。當(dāng)受本工作面回采影響時(shí)，如果煤體邊緣由于疊加支承壓力的作用進(jìn)入塑性破壞狀態(tài)，巷道圍巖變形量會(huì)急劇增加。但支承壓力高峰要向煤,復(fù)習(xí)與思考題,體內(nèi)部轉(zhuǎn)移，留小煤柱送巷2的的巷道將處于疊加支承壓力峰值區(qū)內(nèi)的巷道將處于疊加支承壓力峰值區(qū)內(nèi)，勢(shì)必受到疊加支承壓力高峰影響，巷道圍巖同樣會(huì)進(jìn)入塑性破壞狀態(tài)（兩幫煤體處于單向受壓狀態(tài)）、而且小煤柱可能失去穩(wěn)定性，因此 留小煤柱送巷2 的圍巖變形也會(huì)急劇增加。如果疊加支承壓力峰值不足以使煤體邊緣發(fā)生塑性破壞，則沿空送巷1的變形量不大，不必在位置2送巷。 巷道位置3在原始應(yīng)力區(qū)中，只受超前支承壓力作用，巷道圍巖變形量最小。但煤柱損失大，且給下部煤層開(kāi)采帶來(lái)不利影響，尤其是深部開(kāi)采和開(kāi)采有沖擊傾向性煤層更加不利。 沿空送巷如在老頂觸矸前掘出，則巷道將由于老頂回轉(zhuǎn)來(lái)壓而產(chǎn)生很大的頂板下沉；在老頂巖梁觸矸石后掘巷，則不受頂板顯著運(yùn)動(dòng)的影響。,復(fù)習(xí)與思考題,2、工作面?zhèn)认蛎后w邊緣處于塑性狀態(tài)下，繪圖說(shuō)明有哪幾種沿空掘（送）巷位置，并分析其優(yōu)缺點(diǎn)。,煤體邊緣處于塑性破壞狀態(tài)，支承壓力分布出現(xiàn)了內(nèi)外應(yīng) 力場(chǎng)，在此條件下，對(duì)于合 理的送巷位置與時(shí)間分析如下。：,由圖所示，煤體邊緣處于塑性狀態(tài)下有四種可能的送巷位置：在內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)中的沿空送巷(位置1)和小煤柱送巷(位置2)、在外應(yīng)力場(chǎng)中的煤柱護(hù)巷(位置3)以及原始應(yīng)力區(qū)的大煤柱送巷(位置4) 。,工作面?zhèn)认蛎后w邊緣 處于塑性狀態(tài)下的應(yīng)力分布 （內(nèi)、外應(yīng)力場(chǎng)）見(jiàn)示意圖。,復(fù)習(xí)與思考題,由于內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)中的煤體己發(fā)生塑性破壞，處于卸壓狀態(tài)，因此內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)中掘巷不會(huì)引起支承壓力分布和煤體力學(xué)狀態(tài)的明顯變化。從頂板活動(dòng)和支承壓力分布發(fā)展過(guò)程來(lái)看，老頂巖梁觸矸后（內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)穩(wěn)定后）的沿空送巷1，不僅可以避免由于老頂顯著運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生很大的巷道頂板下沉，而且在覆巖穩(wěn)定和支承壓力疊加過(guò)程中內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)中的應(yīng)力上升較少，巷道受采動(dòng)影響較小，因此條件具備時(shí)應(yīng)積極采用沿空送巷。 老頂巖梁觸矸后在內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)中的小煤柱送巷2，同樣避免了由于老頂顯著運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的很大的巷道頂板下沉，圍巖變形較小。特別是當(dāng)工作面需要擋矸、防漏風(fēng)和防水時(shí)，一般采用在內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)中的小煤柱送巷2。,復(fù)習(xí)與思考題,在外應(yīng)力場(chǎng)中的煤柱護(hù)巷3送巷后，巷道兩幫煤體由三向受壓狀態(tài)變成單向受壓狀態(tài)，在支承壓力峰值區(qū)的作用下，巷道兩幫煤體必然要發(fā)生塑性破壞，送巷后即產(chǎn)生較大的圍巖變形。尤