采動(dòng)圍巖應(yīng)力與控制

1、采動(dòng)圍巖應(yīng)力與控制1、簡(jiǎn)述礦山壓力及其控制發(fā)展簡(jiǎn)史與現(xiàn)狀。2、簡(jiǎn)述近水平工作面礦山壓力顯現(xiàn)的基本規(guī)律。答：近水平工作面推進(jìn)過程中的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律如下：首先開切眼，隨著工作面的推進(jìn)，直接頂冒落；工作面再推進(jìn)，直接頂大面積冒落， 老頂產(chǎn)生裂隙，并形成三鉸拱式平衡；工作面再推進(jìn)，老頂平衡失穩(wěn)，老頂垮落，對(duì)工 作面形成沖擊，這次沖擊叫初次來壓，此時(shí)工作面推進(jìn)的距離是初次垮落步距。初次來壓后，工作面再推進(jìn)，老頂又形成三鉸拱式平衡，再推進(jìn)三鉸拱式平衡失穩(wěn)， 老頂垮落；周而復(fù)始，老頂由穩(wěn)定一失穩(wěn)一穩(wěn)定一失穩(wěn)的過程就形成了周期來壓。兩次 來壓之間，工作面推進(jìn)的距離叫周期來壓步距。3、論述影響礦山壓力顯現(xiàn)的主要因

2、素。答：(1)采高與控頂距：采高越大，采出的窨越大，必然導(dǎo)致采場(chǎng)上覆巖層破壞越嚴(yán)重。 控頂距越大，礦壓顯現(xiàn)越嚴(yán)重。工作面推進(jìn)速度的影響：工作面推進(jìn)速度越慢，礦壓顯現(xiàn)越嚴(yán)重。開采深度的影響：隨著開采深度的增加，巷道圍巖的變形與支架上承受的壓力都 將增加，但開采深度對(duì)采場(chǎng)頂板壓力大小的影響并不突出。煤層傾角的影響：煤層傾角對(duì)回采工作面礦山壓力顯現(xiàn)的影響也是很大的。隨著 煤層傾角的增加，頂板下沉量將逐漸小。分層開采時(shí)的礦山壓力顯現(xiàn)：開采第一分層時(shí)，礦山壓力顯現(xiàn)規(guī)律與普通單一煤 層開采沒有任何區(qū)別。但當(dāng)回采以下各分層時(shí)，工作面頂板就變成了在第一分層回采時(shí)冒落 的巖塊。這樣，破碎的頂板必然給頂板管理工作

3、帶來新的困難。4、簡(jiǎn)述放頂煤工作面礦山壓力研究的主要內(nèi)容有哪些？以及其礦山壓力顯現(xiàn)的特點(diǎn)？答：放頂煤工作面也具有單一煤層采面的一般礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，如初次來壓、周期來壓等。但 由于一次采高增大，煤炭開采對(duì)直接頂巖層和老頂?shù)臄_動(dòng)范圍增大，加之直接頂力學(xué)特性的 變化，勢(shì)必引起采面礦壓顯現(xiàn)的新特點(diǎn)。支承壓力分布。綜放開采的支承壓力分布范圍大，峰值點(diǎn)前移。支承壓力集中系數(shù)與 單一煤層開采相比沒有顯著變化。綜放面制成壓力的分布同時(shí)受到煤層強(qiáng)度、煤層厚度等影 響。煤層愈軟，支承壓力分布范圍愈大，峰值點(diǎn)距煤壁愈遠(yuǎn)；煤層愈厚，支承壓力分布范圍 愈大，峰值點(diǎn)距煤壁愈遠(yuǎn)。放頂煤工作面支架載荷不大，說明離工作面不遠(yuǎn)的高

4、處就形成平衡結(jié)構(gòu)。支架受載并 不因采高加大而增加，僅和煤的強(qiáng)度有關(guān)，煤的強(qiáng)度大，則頂煤的完整性愈好，支架載荷稍 大。放頂煤工作面仍有周期來壓現(xiàn)象，但不明顯，初次來壓強(qiáng)度也不大。這是由于破斷巖板 離工作面較高的原因。放頂煤工作面的煤壁及端面頂板的維護(hù)顯得特別重要。因?yàn)槊喉斎菀灼扑?，尤其?dāng)煤 壁片幫、煤頂節(jié)理和裂隙比較發(fā)育、遇有局部斷層、褶曲構(gòu)造，老頂來壓時(shí)，加上放頂煤工 作面推進(jìn)速度較慢，容易產(chǎn)生端部冒頂。因此改善端部結(jié)構(gòu)，加大支架的實(shí)際端面初撐支護(hù) 強(qiáng)度十分重要。放頂煤工作面，端頭壓力和工作面兩端平巷壓力并不大，雖然由于一次采高增加引起 支承壓力增加，但由于是一次采全厚，故回采巷道的礦壓顯現(xiàn)較

5、分層多次開采緩和。（5）支架前柱的工作阻力大于后柱工作阻力。5、簡(jiǎn)述莫爾一庫侖強(qiáng)度理論及適用條件。答：莫爾一庫倫理論認(rèn)為材料發(fā)生破壞是由于材料的某一面上剪應(yīng)力達(dá)到一定的限度，而這 個(gè)剪應(yīng)力與材料本身性質(zhì)和正應(yīng)力在破壞面上所造成的摩擦阻力有關(guān)。即材料發(fā)生破壞除了 取決于改點(diǎn)的剪應(yīng)力，還與改點(diǎn)正應(yīng)力相關(guān)。莫爾強(qiáng)度理論課表述為三部分：（1）表示材料 上一點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)的莫爾應(yīng)力圓；（2）強(qiáng)度曲線；（3）將莫爾應(yīng)力圓和強(qiáng)度曲線聯(lián)系起來，建 立莫爾強(qiáng)度準(zhǔn)則。莫爾一庫倫理論較全面地反映了巖石的強(qiáng)度特性。它實(shí)用于塑性巖石以及脆性巖石的剪 切破壞；能體現(xiàn)巖石的抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于抗拉強(qiáng)度的特性；能解釋巖石在三軸等壓壓縮

6、條件下 不破壞和三軸等拉條件下會(huì)破壞的現(xiàn)象。圖1莫爾一庫侖準(zhǔn)則強(qiáng)度曲線T = C + COt 甲NM sin 中=DMb - Q1 23c cot 中 + b 1 + b 22解得:2c sin q cot q +1 + sin q b1 一 sin q 1 一 sin q 3總之，莫爾強(qiáng)度理論較全面地反映了巖石的強(qiáng)度特性。它實(shí)用于塑性巖石以及脆性巖石 的剪切破壞；能體現(xiàn)巖石的抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于抗拉強(qiáng)度的特性；能解釋巖石在三軸等比壓縮條 件下不破壞（因強(qiáng)度曲線在受壓區(qū)不閉合）和三袖等拉條件下會(huì)破壞（因強(qiáng)度曲線在受拉區(qū)閉 合）的現(xiàn)象。莫爾認(rèn)為，固體材料的破壞是由于材料面上的剪應(yīng)力達(dá)到一定程度（即極限

7、剪應(yīng)力）， 剪應(yīng)力不僅與材料端面性質(zhì)有關(guān)，并與作用在端面上的主應(yīng)力有關(guān)。6、繪圖說明雙向等壓條件下圓形巷道圍巖內(nèi)的應(yīng)力分布，并加以解釋。答：1、在彈性條件下如圖2所示，根據(jù)彈性力學(xué)可以得到r2b =b (1 + 工)2b =b (1 - J)r 1 r 2在雙向等壓應(yīng)力場(chǎng)中，圓7L周邊全處于壓縮應(yīng)力狀態(tài)。應(yīng)力大小與彈性常數(shù)且與E、U無關(guān)。b a r的分布和角度無關(guān)，皆為主應(yīng)力，即切向和徑向平面均為主平面。 雙向等壓應(yīng)力場(chǎng)中孔局邊的切向應(yīng)力為最大應(yīng)力，其最大應(yīng)力集中系數(shù)尺=2,且與孔徑的 大小無關(guān)。當(dāng)b七=2yH超過孔周邊圍巖的彈性極限時(shí)，圍巖將進(jìn)人塑性狀態(tài)。其他各點(diǎn) 的應(yīng)力大小則與孔徑有關(guān)。在

8、雙向等壓應(yīng)力場(chǎng)中因孔周圍任意點(diǎn)的切問應(yīng)刀q與徑向應(yīng)力 久之和為常數(shù)，且等于2b 1。2、在塑性條件下如圖3所示，由于巷道的開挖，而引起巷道周邊的應(yīng)力重新分布，重新分布的力使圍巖 產(chǎn)生了塑性變形，形成了塑性圈。而徑向應(yīng)加，與彈性條件下的一致，但切向應(yīng)力b七由于 塑性變形而使其在巷道邊緣不為零，并在巷道邊緣到塑性圈是逐漸增大，過了塑性圈，規(guī)律 與彈性條件下一致。7、簡(jiǎn)述煤礦巷道常用的支護(hù)方式，簡(jiǎn)述錨桿支護(hù)的常用理論與前景。答：巷道支護(hù)分為巷內(nèi)支護(hù)和巷旁支護(hù)。（1）、巷內(nèi)支護(hù)形式有巷道內(nèi)基本支護(hù)和巷道內(nèi)加強(qiáng)支護(hù)兩類。其中，巷道內(nèi)基本支護(hù)形式 有：1）木材支架2）金屬支架3）錨桿巷道內(nèi)加強(qiáng)支護(hù)主要有：

9、1）永久性加強(qiáng)支護(hù)，即在巷道內(nèi)安設(shè)支架以后不再拆除。2） 臨時(shí)性加強(qiáng)支護(hù)，臨時(shí)性加強(qiáng)支護(hù)一般采用便于拆裝和能及時(shí)承載的單體液壓支柱或金屬摩 擦支柱。（2）巷旁支護(hù)。根據(jù)巷旁支護(hù)的力學(xué)特性和支護(hù)帶的寬度，可以將巷旁支護(hù)分為如下：1）矸 石帶2）木垛3）密集支柱4）人工砌垛5）剛性澆注帶。常用理論：一、懸吊理論1952年路易斯阿帕內(nèi)科（LouisAPanek）等發(fā)表了懸吊理論，懸吊理論認(rèn)為錨桿支護(hù)的作用就是將巷道頂板較軟弱巖層懸吊在上部穩(wěn)固的巖層上。懸吊理論較直觀地揭示了錨桿的作用，但沒有考慮到圍巖的自承能力，將錨固體與原巖 體分開，與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際有一定出入，而且其只適用于巷道頂板，不適用幫、底。當(dāng)巷

10、道頂板軟 弱巖層較厚或圍巖破碎范圍較大時(shí)，懸吊理論就不適用。二、組合梁理論組合梁理論認(rèn)為巷道頂板中存在著若干分層的層狀頂板，可看作是由巷道兩幫作為支點(diǎn) 的一種梁，這種巖梁支承其上部的巖層載荷。圖1.6錨桿支護(hù)懸吊示意圖圖1.7錨桿支護(hù)組合梁示意圖圖1.8錨桿支護(hù)組合拱示意圖使用錨桿將各層“裝訂”成一個(gè)整體的組合梁，防止巖石沿層面滑動(dòng)，避免各巖層出現(xiàn) 離層現(xiàn)象。在上覆巖層荷載作用下，這種較厚的組合梁比單純的迭加梁，其最大彎曲應(yīng)變和 應(yīng)力將大大減小，撓度亦減小。而且各層間摩擦阻力愈大，整體強(qiáng)度愈大，補(bǔ)強(qiáng)效果愈好。三、壓縮拱理論壓縮拱理論是由蘭氏（Aang）和彭德Pender）通過光彈試驗(yàn)提出來的。

11、壓縮拱原 理認(rèn)為，在拱形巷道圍巖的破裂區(qū)中，安裝預(yù)應(yīng)力錨桿時(shí)，在桿體兩端將形成圓錐形分布的 壓應(yīng)力，如果沿巷道周邊布置的錨桿間距足夠小，各個(gè)錨桿的壓應(yīng)力維體相互交錯(cuò)，這樣使 巷道周圍的巖層形成一種連續(xù)的壓縮帶（拱）。四、最大水平應(yīng)力理論澳大利亞學(xué)者蓋爾（WJGale）在上 世紀(jì)90年代初提出了最大水平應(yīng)力理論。 該理論認(rèn)為：礦井巖層的最大水平應(yīng)力理 論，在最大水平應(yīng)力作用下，巷道頂?shù)装?巖層發(fā)生剪切破壞，因而會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)動(dòng)與松 動(dòng)引起層間膨脹，造成圍巖變形。錨桿所 起的作用是約束其沿軸向巖層膨脹和垂直 于軸向的巖層剪切錯(cuò)動(dòng)，因此要求具備有 強(qiáng)度大、剛度大、抗剪阻力大的高強(qiáng)錨桿 支護(hù)系統(tǒng)。我國(guó)學(xué)者對(duì)

12、錨桿支護(hù)機(jī)理的新認(rèn)識(shí)國(guó)內(nèi)在對(duì)公認(rèn)的三大傳統(tǒng)的錨桿支護(hù) 理論基礎(chǔ)上，對(duì)錨桿作用機(jī)理這個(gè)實(shí)質(zhì)問 題，又做了大量的深入研究與探討，進(jìn)一步揭示了錨桿支護(hù)的實(shí)質(zhì)，促進(jìn)了錨桿支護(hù)理論研 究的發(fā)展，擴(kuò)大了錨桿支護(hù)技術(shù)應(yīng)用的范圍。一、侯朝炯、勾攀峰教授提出的巷道圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論。二、陸士良教授等對(duì)錨桿錨固力的內(nèi)涵及作用進(jìn)行了深入研究，認(rèn)為錨桿對(duì)圍巖的錨固 作用是通過錨固力來實(shí)現(xiàn)的，而錨固力是依賴圍巖變形而產(chǎn)生和發(fā)展的。三、林崇德博士對(duì)煤巷錨桿加固作用機(jī)理的研究認(rèn)為：錨桿加固對(duì)于提高圍巖自身的最 大承載能力沒有明顯效果，但在圍巖產(chǎn)生塑造破壞后，對(duì)提高圍巖的殘余強(qiáng)度及承載能力有 顯著作用。四、董方庭教授提出的松動(dòng)

13、圈理論認(rèn)為：巷道支護(hù)的主要對(duì)象是圍巖松動(dòng)圈產(chǎn)生、發(fā)展 過程中的碎漲變形力，錨桿受拉由松動(dòng)圈的發(fā)生、發(fā)展引起，因此開巷后是否需要支護(hù)和支 護(hù)強(qiáng)度由松動(dòng)圈大小決定。8、論述煤礦開采過程中可能造成的頂板災(zāi)害、預(yù)防頂板事故的重要性及其控制技術(shù)。答：一般來說，頂板事故分為采區(qū)頂板事故和巷道頂板事故。1、采區(qū)頂板事故又分為大型冒頂和局部冒頂。其中，大型冒頂又分為：1）周期來壓時(shí)壓垮式冒頂，造成原因式工作阻力步夠，初撐力低；2）厚并難冒頂板大面積冒頂，原因是由于頂板難冒，形成大面積的懸頂，當(dāng)頂板壓力 大于極限應(yīng)力時(shí)就產(chǎn)生大面積冒頂；3）大面積垮落，是由于大面積的漏頂而產(chǎn)生；4）復(fù)合頂板，由于下軟上硬頂板，使

14、頂板容易產(chǎn)生離層。局部冒頂分為：1）工作面兩端冒落，成因使空頂面積大；2）端面冒落，頂板破碎，支撐不夠，產(chǎn)生片幫引起的；3）放頂線，在放頂線產(chǎn)生游離的巖塊；4）地質(zhì)破碎帶，原因使地質(zhì)條件差。2、巷道頂板事故分為巷道掘進(jìn)頭冒頂、巷道交叉口冒頂。前者使因?yàn)橹ёo(hù)不及時(shí)， 后者使因?yàn)槁╉數(shù)拿娣e大。頂板事故是煤礦不容忽視的重要災(zāi)害事故之一，它不同于瓦斯煤塵爆炸，群死群傷 的重特大惡性事故通常比較少見，而零散事故卻頻繁發(fā)生，凡是有人工作的地點(diǎn)，都有 可能發(fā)生這類事故，分布范圍也特別廣泛。也正因?yàn)橐淮嗡劳鋈藬?shù)難以構(gòu)成群死群傷的 惡果，往往人們的重視程度不夠，管理不細(xì)，忽視其累計(jì)的惡果，加強(qiáng)頂板管理、減少 或

15、杜絕頂板事故發(fā)生仍是降低百萬噸死亡率，扭轉(zhuǎn)煤礦安全生產(chǎn)形勢(shì)的重點(diǎn)工作之一?？刂拼胧?、論述礦山壓力與圍巖控制研究的主要內(nèi)容。答：包括礦山巖石和巖體的基本性質(zhì)；礦山巖體的原巖應(yīng)力；采場(chǎng)頂板活動(dòng)規(guī)律；采場(chǎng) 礦壓顯現(xiàn)規(guī)律；采場(chǎng)頂板支護(hù)方法；采場(chǎng)巖層移動(dòng)與控制；巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律；巷道維 護(hù)原理和支護(hù)技術(shù)；厚煤層及淺埋煤層開采巖層控制；煤礦動(dòng)壓現(xiàn)象及控制等。10、什么是原巖應(yīng)力？其分布的規(guī)律是？研究原巖應(yīng)力分布對(duì)采礦工程的意義有哪些？ 答：原巖應(yīng)力一一巖石中自然條件下存在的應(yīng)力，包括自重應(yīng)力和構(gòu)造應(yīng)力。分布規(guī)律：（1）實(shí)測(cè)鉛直應(yīng)力基本上等于上覆巖層重量：對(duì)全世界有關(guān)實(shí)測(cè)鉛直應(yīng)力的統(tǒng)計(jì)資料表 明，在深度

16、為252700 m范圍內(nèi)，鉛直應(yīng)力e呈線性增長(zhǎng)，大致相當(dāng)于按平均體積力y等于27kN / m3計(jì)算出來的重力YH,但是，在世界多數(shù)地區(qū)并不存在真正的鉛直應(yīng)力，即沒有 一個(gè)主應(yīng)力的方向完全與地表垂直。在絕大多數(shù)測(cè)點(diǎn)都發(fā)現(xiàn)確有一個(gè)主應(yīng)力接近鉛直方向， 其偏差不大于20。水平應(yīng)力普遍大于鉛直應(yīng)力這說明在淺層地殼中平均水平地應(yīng)力也普遍大于鉛直應(yīng) 力，鉛直應(yīng)力在多數(shù)情況下為最小主應(yīng)力，在少數(shù)情況下為中間主應(yīng)力，只有個(gè)別情況下為最大主應(yīng)力。平均水平應(yīng)力與鉛直應(yīng)力的比值隨深度增加而減小平均水平應(yīng)力與鉛直應(yīng)力久的比值入是表征地區(qū)原巖應(yīng)力場(chǎng)特征的指標(biāo)，識(shí)但陋深度增加而 減小。但在不同地區(qū)，變化的速度不相同。表示

17、比值的變化范圍， 胃+ 03W艾V晉+。,5最大水平應(yīng)力和最小水平主應(yīng)力一般相差較大意義：由于原巖應(yīng)力場(chǎng)是分析開采空間周圍應(yīng)力重新分布的基礎(chǔ)，研究巖體的原巖應(yīng)力狀態(tài)， 就能夠?yàn)榉治鲩_挖巖體過程中巖體內(nèi)部應(yīng)力變化，合理設(shè)計(jì)巷硐支護(hù)提供依據(jù)，對(duì)了解巷道 變形的機(jī)理是十分有益和非常必要的。11、論述頂板壓力估算的常用方法答：1、經(jīng)驗(yàn)估算法P = (4 8)M -y式中：M采高；Y直接頂體積力。2、從老頂形成結(jié)構(gòu)的平衡關(guān)系估算從老頂結(jié)構(gòu)的滑落失穩(wěn)估算頂板壓力f=Q婦廣 2(Hhytan叩一們，kN式中：GA.b 巖塊A與B的重量及其載荷，kN；、相當(dāng)于B巖塊(懸露的巖塊)的長(zhǎng)度，m；Q：相當(dāng)于B巖塊的

18、重量及載荷，kN；H老頂巖層厚度，m；&B巖塊的下沉量，m；0、中一一巖塊的破斷角與內(nèi)摩擦角，()。由老頂破斷巖塊結(jié)構(gòu)的變形失穩(wěn)估算頂板壓力PEih 0 hi式中：實(shí)測(cè)所得回采工作面頂板下沉量； %要求控制的回采工作面頂板下沉量；K。一頂板下沉量為 ho時(shí)，老頂巖梁在控頂距范圍內(nèi)的作用力。K = mE LE0Kt - L式中：mE為老頂巖梁厚度；Ye為老頂巖梁的體積力；Le為老頂巖梁的跨度；L為控頂距； kt為支架承擔(dān)巖梁重量的系數(shù)。3、威爾遜估算法估算頂板壓力時(shí)只考慮直接頂?shù)男螤钆c載荷，因?yàn)檩d荷作用力的位置與支架可能形成 的最大反力的作用位置不一定一致，所以引入由于支架與圍巖相互平衡而產(chǎn)生的

19、附加力的概 念。P = Q + Q13P - lp = Q1 -1 + Q3 - r式中：Q1、Q3、P直接頂載荷、附加力、頂板壓力；lP、l、r直接頂載荷、附加力、頂板壓力的力臂。12、防治煤礦開采引起地表沉降的主要措施有哪些？答：對(duì)開采沉陷的控制，即通過合理選擇采礦方法和工藝、合理布置開采工作面、采取 井下充填法、覆巖離層帶空間充填等措施，來減少地表下沉，控制地表下沉速度和范圍， 達(dá)到保護(hù)地表和地面建、構(gòu)筑物與耕地的目的。（1）全部充填開采。在煤炭采出后頂板尚未冒落之前，用固體材料對(duì)采空區(qū)進(jìn)行 密實(shí)充填，使頂板巖層僅產(chǎn)生少量下沉，以減少地表的下沉和變形，達(dá)到保護(hù)地面建、 構(gòu)筑物或農(nóng)田的目的

20、。（2）條帶開采。按一定的采留比，在被開采的煤層中采出一條，保留一條。由于條帶開采僅是部分地采出地下煤炭資源，保留了一部分煤炭以煤柱形支撐上覆巖 層。從而減少覆巖移動(dòng)，控制地表的移動(dòng)和變形，實(shí)現(xiàn)對(duì)地面建、構(gòu)筑物的保護(hù)。（3）覆巖離層帶充填。根據(jù)采空區(qū)上方覆巖移動(dòng)形成三帶的巖移特性，在煤炭采 出后一定時(shí)間間隔內(nèi)，用鉆孔往離層帶空間高壓注漿，充填，加固離層帶空間，將采動(dòng) 的砌體梁結(jié)構(gòu)加固為穩(wěn)定性較好的連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，使離層帶的下沉空間不再向地表傳遞， 以減少或減緩地表下沉，保護(hù)地面建、構(gòu)筑物或農(nóng)田。（4）限厚開采。根據(jù)礦區(qū)地形、水文地質(zhì)條件和建、構(gòu)筑物抗變形能力，以不產(chǎn) 生地表積水和滿足建筑物所要求的

21、保護(hù)等級(jí)為依據(jù)，確定可開采的煤層厚度，開采是僅 回采這一厚度的煤，其余各煤層均不開采，以實(shí)現(xiàn)減少下沉保護(hù)地面建、構(gòu)筑物及土地 的目的。（5）協(xié)調(diào)開采。厚煤層分層開采時(shí)，合理設(shè)計(jì)各工作面的開采間距，相互位置與 開采順序，使開采一個(gè)煤層（工作面）所產(chǎn)生的地表變形和開采另一個(gè)煤層（工作面） 所產(chǎn)生的地表變形相互抵消或抵消一部分，以減少采動(dòng)引起的地表變形，保護(hù)地面建、 構(gòu)筑物。13、簡(jiǎn)述沖擊礦壓發(fā)生的機(jī)理與防治措施。答：機(jī)理：目前對(duì)沖擊礦壓機(jī)理的認(rèn)識(shí)可主要概括為：強(qiáng)度理論、能量理論和沖擊傾向 理論。強(qiáng)度理論。煤巖體破壞的原因和規(guī)律，實(shí)際上是強(qiáng)度問題，即材料受載后，超過其 強(qiáng)度極限時(shí)，必然要發(fā)生破壞。能

22、量理論。礦體與圍巖系統(tǒng)的力學(xué)平衡狀態(tài)破壞后所釋放的能量大于消耗能量時(shí)， 就會(huì)發(fā)生沖擊礦壓。它闡明了礦體與圍巖的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系，煤、巖體急劇破壞形式的原 因等問題。沖擊傾向理論。煤巖介質(zhì)產(chǎn)生沖擊破壞的能力稱為沖擊傾向。上述三種理論提出了發(fā)生沖擊地壓的三個(gè)準(zhǔn)則，即強(qiáng)度準(zhǔn)則、能量準(zhǔn)則和沖擊傾向 度準(zhǔn)則。3個(gè)準(zhǔn)則同時(shí)成立，才是產(chǎn)生沖擊地壓的充分和必要條件主要影響因素：分三類，即自然因素、開采技術(shù)條件和組織管理措施。自然地質(zhì)因素中，最基本的因素是原巖應(yīng)力，主要由巖體的重力和構(gòu)造殘余應(yīng)力組 成。地質(zhì)條件對(duì)沖擊礦壓的影響主要包括：（1）開采深度（2）煤巖力學(xué)特征（3）頂板 巖層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（4）地質(zhì)動(dòng)力因素開采技

23、術(shù)對(duì)沖擊礦壓的影響：（1）開采設(shè)計(jì)和開采順序（2）上覆煤層工作面停采線 和煤柱的影響（3）采空區(qū)的影響（4）開采區(qū)域的影響防治措施：1.合理的開拓布置和開采方式（1）開采煤層群時(shí)，開拓布置應(yīng)有利于解放層開采。（2）劃分采區(qū)是，應(yīng)保證合理的開采順序，最大限度地避免形成煤柱等應(yīng)力 集中區(qū)。（3）采區(qū)或盤區(qū)的采面應(yīng)朝一個(gè)方向推進(jìn)，避免相向開采，以免應(yīng)力疊加。（4）在地質(zhì)構(gòu)造等特殊部位，應(yīng)采取能避免或減緩應(yīng)力集中和疊加的開采程 序。（5）有沖擊危險(xiǎn)的煤層的開拓或準(zhǔn)備巷道、永久硐室、主要上（下）山、主 要遛煤巷和回風(fēng)巷應(yīng)布置在底板巖層或無沖擊危險(xiǎn)煤層中，以利于維護(hù) 和減小沖擊危險(xiǎn)。（6）開采有沖擊危險(xiǎn)的

24、煤層，應(yīng)采用不留煤柱垮落法管理頂板的長(zhǎng)壁開采法。（7）頂板管理采用全部垮落法，工作面支架采用具有整體性和防護(hù)能力的可 縮性支架。2.開采解放層開采解放層是防治沖擊礦壓的有效和帶有根本性的區(qū)域性防范措施。（二）沖擊危險(xiǎn)的解危措施：1、卸壓爆破。2、煤層注水。3、鉆孔卸壓。4、定向裂縫。14、簡(jiǎn)述“砌體梁”理論。采場(chǎng)上覆巖層的“砌體梁”結(jié)構(gòu)模型如圖（P70） （a）表示回采工作面前后巖體 形態(tài)，其中，1為垮落帶，11為裂縫帶，111為彎曲下沉帶，A為煤壁支承區(qū)，B為 離層區(qū)，C為重新壓實(shí)區(qū)；（b）為根據(jù)觀測(cè)的巖層形態(tài)而推測(cè)的巖體結(jié)構(gòu)形態(tài)；（c） 為此機(jī)構(gòu)中任一組（i）結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)。圖中Q表示巖塊

25、自重及其載荷，表示支 承力，R0-i等則表示巖塊見的鉛直作用力，T為水平推力。鑒于此結(jié)構(gòu)是似砌體一樣 排列而組成的，因而稱之為“砌體梁”。此假說具體地鬼畜了破斷巖塊的咬合方式及平衡條件，同時(shí)還討論了老頂破斷 時(shí)在巖體中引起的擾動(dòng)；很好地解釋了采場(chǎng)礦山壓力顯現(xiàn)規(guī)律，為采場(chǎng)礦山壓力的 控制及支護(hù)設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。15、影響巖體強(qiáng)度的主要因素。答：影響巖體強(qiáng)度的因素有：結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀：它是指結(jié)構(gòu)面與作用力之間的方位關(guān)系對(duì)物體強(qiáng)度所產(chǎn)生的影響。存 在結(jié)構(gòu)面是巖體區(qū)別于巖石的最重要特征之一，且因結(jié)構(gòu)面的存在.使巖體的強(qiáng)度顯著于巖 塊強(qiáng)度，因此巖體更易于變形和失穩(wěn)。通常。結(jié)構(gòu)面對(duì)巖體強(qiáng)度的影響主要表現(xiàn)為造成

26、巖體 強(qiáng)度的各向異性和巖體強(qiáng)度的降低。單向壓縮下結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀。實(shí)驗(yàn)表明.層狀巖體在單向 壓縮下，加載方向與層理面呈不同角度，極限強(qiáng)度會(huì)隨夾角不同而有規(guī)律地變化.并且平行 于層理加載的抗壓強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度小于垂直于層理方向加載時(shí)的相應(yīng)強(qiáng)度。抗拉強(qiáng)度則大干 垂直于層理的抗拉強(qiáng)度。三軸壓力下結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀。巖體在三軸壓力下，結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀對(duì)巖體 強(qiáng)度的影響比單軸壓力下復(fù)雜。當(dāng)巖體中存在一組結(jié)構(gòu)面時(shí)，其強(qiáng)度隨結(jié)構(gòu)面與主應(yīng)力之間 夾角的不同而不同，即造成總體強(qiáng)度明顯的各向異性。但如果巖體中存在多組傾角不同的結(jié) 構(gòu)面，由于各組結(jié)構(gòu)面影響范圍的交叉重疊，反而會(huì)使者體強(qiáng)度各向異性的程度減弱。結(jié)構(gòu)面密度.結(jié)構(gòu)面密度是指單位

27、巖體內(nèi)發(fā)育的結(jié)構(gòu)因數(shù)量。通常，結(jié)構(gòu)面密度對(duì)巖 體強(qiáng)度的影響主要有兩方面；相同條件下，巖體內(nèi)結(jié)構(gòu)面數(shù)量越多。密度越大，變形也越大， 但強(qiáng)度越低；巖體強(qiáng)度不會(huì)因結(jié)構(gòu)面密度的增大而無限降低.而是存在一個(gè)臨界值，大于此 佰時(shí).結(jié)構(gòu)面密度對(duì)巖體變形和強(qiáng)度的影響就很小。試件尺才。各種巖體變形實(shí)驗(yàn)表明，巖體強(qiáng)度隨試件尺寸的增大而減小.但不同巖體 的強(qiáng)度因試件尺小增大而減小的規(guī)律卻不同，其影響因素較多。通常，試件尺寸對(duì)巖體強(qiáng)度 影響的大小主要取決于巖體結(jié)構(gòu)特征或破壞程度，并與結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀、密度以及結(jié)構(gòu)面蛻化程 度和結(jié)構(gòu)體特征有很大關(guān)系。環(huán)境圍壓。巖體工程實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)表明，環(huán)境圍壓對(duì)巖體(尤其是節(jié)理化巖體)變形和強(qiáng)

28、 度都產(chǎn)生很大的影響，即圍壓的大小影響巖體的破壞方式。高圍壓時(shí)形成穿切巖石材料的 共扼剪切面破壞，低圍壓時(shí)，沿結(jié)構(gòu)面滑動(dòng)或松脹解體，形成軸向劈裂破壞。巖體抗剪強(qiáng) 度隨圍壓的增大而增大.但不呈直線關(guān)系，在低圍壓情況下增大得快，高圍壓增大得慢。 圍壓增大，巖體的變形模量也明顯提高。巖體中結(jié)構(gòu)面的力學(xué)效應(yīng)隨圍壓的增大而減小， 當(dāng)圍壓達(dá)到某一臨界值時(shí)，巖體中結(jié)構(gòu)面效應(yīng)完全消失.此時(shí)巖體從脆性破壞變?yōu)檠有云茐??？紫端畨骸５叵滤畬?duì)巖體強(qiáng)度的影響是多方面的，有的是因?yàn)樗c巖體中的礦物發(fā)生 物理化學(xué)反應(yīng)，致使巖體的強(qiáng)度降低或消失；在冰寒地帶，主要是由于反復(fù)凍脹作用而使巖 體結(jié)構(gòu)破壞。但總體來說，孔隙水壓(即存

29、在于巖體孔隙及裂隙中的水壓力)與巖體的強(qiáng)度有 密切關(guān)系。這是因?yàn)橛捎诳紫端畨旱拇嬖?，使巖體中固體顆?；蚬羌芩惺艿膲毫﹄S之減小。 巖體強(qiáng)度也就相應(yīng)地降低。16、假設(shè)巖體為各向同性均質(zhì)連續(xù)的彈性體，巖體泊松比為0.2，試估算埋深600M處巖體 的自重應(yīng)力的大小。P40答：設(shè)上覆巖層的平均體積力為Y，kN/m3;假定巖體為均勻連續(xù)介質(zhì)，應(yīng)用連續(xù)介質(zhì)力學(xué)原 理計(jì)算巖體自重應(yīng)力。設(shè)巖體為半無限體，地而為水平面，在距地表深度為H處，任意取一 單元體(圖21)，其上作用的應(yīng)力為oz，ox，oy形成巖體單元的自重應(yīng)力狀態(tài)。單元體上所受的鉛直應(yīng)力久等于單元體上覆巖層的重量。=rH式中 Y上覆巖層的平均體積力，

30、kN/m3H單元體距離地表的深度加,m 在均質(zhì)巖體內(nèi)，巖體的自重應(yīng)力狀態(tài)為蘇二 Cy AG JZs= c,其中 H=600, r.二 士,又已知 u =0.2所以入=0.25代入得+衛(wèi)=Y&00-二一=150 YT L Ky 一 l17、繪圖說明巷道支架支護(hù)時(shí)，“支架一圍巖”相互作用原理.牲誼周泣位侈*答：合理的“支架一圍巖”相互作用關(guān)系是充分利用圍巖的天然的自承力和承載力。人為的 支護(hù)作用是在圍巖強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)、受力環(huán)境、位移與力的邊界條件等方面創(chuàng)造條件，促進(jìn)圍巖 形成自穩(wěn)和承載結(jié)構(gòu)。巷道支護(hù)對(duì)圍巖提供支護(hù)阻力，控制圍巖塑性區(qū)的持續(xù)發(fā)展，減小圍 巖移近量。根據(jù)巷道周邊彈塑性位移量的計(jì)算式，巷道周邊位移量與支護(hù)阻力的關(guān)系曲線如 圖中I所示。曲線上c點(diǎn)左側(cè)為彈型性階段，巷道周邊位移值到達(dá)c點(diǎn)以后圍巖松動(dòng)破裂開 始脫落，對(duì)支架產(chǎn)生松動(dòng)壓力，文護(hù)阻力增加ii、m分別為可縮性支架、剛性支架工作特 性曲線，ii與I的交點(diǎn)b，m與I的交點(diǎn)a，分別為支架的工作點(diǎn)。為了利用圍巖的自承力，就要容許圍巖產(chǎn)