礦山壓力與巖層控制復習資料

原巖應力：〔原始應力〕構(gòu)造應力是由于地殼構(gòu)造運動在巖體中引起的應力，巖體構(gòu)造應力可以分為現(xiàn)代構(gòu)造應力和地質(zhì)構(gòu)造剩余應力。極限平衡區(qū)2～3)σ14～5)σ1如煤、頁巖等，則在此壓力下就可能處于破壞狀態(tài)。隨著向巖體內(nèi)部進展，巖塊的抗壓強度漸漸增加，直R礦山壓力：在煤體采動過程中，煤巷、硐室和工作面四周的圍巖和煤體及其中支護體所受的力礦山壓力顯現(xiàn)：在礦山壓力作用下，會引起各種力學現(xiàn)象，如巖體的變形、破壞、塌落，支護物的變形、破壞、折損，以及在巖體中產(chǎn)生的動力現(xiàn)象。這些由于礦山壓力作用使巷道四周巖體和支護物產(chǎn)生的種種力學現(xiàn)象，統(tǒng)稱為礦山壓力顯現(xiàn)。礦山壓力掌握：全部減輕、調(diào)整、轉(zhuǎn)變和利用礦山壓力作用的各種方法叫礦山壓力掌握。原巖應力：存在于地層中未受工程擾動的自然應力稱為原巖應力，也稱為巖體初始應力、確定應力或地應力。支承壓力：在巖體內(nèi)開掘巷道后，巷道圍巖必定消滅應力重分布，一般將巷道兩側(cè)轉(zhuǎn)變后的切向應力增高局部稱為支承壓力。偽頂：煤層與直接頂之間有時存在厚度小于0.3～0.5m極易跨落的脆弱巖層。：通常把位于直接頂之上(有時直接位于煤層之上)對采場礦山壓力直接造成影響的厚而堅硬的巖層稱為老頂。一般是由砂巖、石灰?guī)r及砂礫巖等巖層組成。直接頂：一般把直接位于煤層上方的一層或幾層性質(zhì)相近的巖層稱為直接頂。直接頂初次垮落面積增大,當?shù)竭_其極限垮距時開頭垮落。直接頂?shù)牡谝淮未竺娣e垮落稱為直接頂初次垮落。頂板下沉量：一般指煤壁到采空區(qū)邊緣暴露的頂?shù)装逑鄬σ平俊＠享敵醮蝸韷海寒斃享攽衣兜竭_極限跨距時，老頂斷裂形成三鉸拱式的平衡，同時發(fā)生已破斷的巖塊回轉(zhuǎn)下沉。此時，工作面支架呈現(xiàn)受力普遍加大現(xiàn)象，即稱為老頂?shù)某醮蝸韷?。底板比壓：將支架底座對單位面積底板上所造成的壓力稱為底板載荷集度。周期來壓：隨著回采工作面的推動，在老頂初次來樂以后，裂隙帶巖層形成的構(gòu)造將始終經(jīng)受“穩(wěn)定一失穩(wěn)一再穩(wěn)定”的變化，這種變化將呈現(xiàn)周而復始的過程。出于構(gòu)造的失穩(wěn)導致了工作面頂板的來壓，這種來壓也將隨著工作面的推動而呈周期性消滅。因此，由于裂隙帶巖層周期性失穩(wěn)而引起的頂板來壓現(xiàn)象稱之為工作面頂板的周期來壓。關(guān)鍵層：將對采場上覆巖層局部或直至地表的全部巖層活動起掌握作用的巖層稱為關(guān)鍵層。沿空留巷：假設(shè)通過加強支護或承受其他有效方法，將相鄰區(qū)段巷道保存下來，供本區(qū)段工作面回采時使用的巷道，稱為沿空保存(煤體—無煤柱)巷道。沿空掘巷：巷道一側(cè)為煤體，另一側(cè)為采空區(qū)，假設(shè)采空區(qū)一側(cè)采動影響已經(jīng)穩(wěn)定后，沿采空區(qū)邊緣掘進的巷道稱為沿空掘進(煤體—無煤柱)巷道為錨桿對圍巖的約束力。軟巖：分為地質(zhì)軟巖和工程軟巖。地質(zhì)軟巖：指強度低，孔隙度大，膠結(jié)程度差，受構(gòu)造面切割及風化影響顯著或含有大量膨脹性粘土礦物的松、散、軟、弱巖層的總稱。工程軟巖：指在巷道工程力作用下，能產(chǎn)生顯著變形的工程巖體。巷道工程力是指作用在巷道工程巖體上的力總和，工程軟巖的定義提醒了軟巖的相對性質(zhì)。煤礦動壓現(xiàn)象：煤礦開采過程中，在高應力狀態(tài)下積聚有大量彈性能的煤或巖體，在肯定的條件下突然發(fā)生破壞、冒落或拋出，使能量突然釋放，呈現(xiàn)聲響、震驚以及氣浪等明顯的動力效應。這些現(xiàn)象統(tǒng)稱為煤礦動壓現(xiàn)象。沖擊礦壓：沖擊礦壓是聚積在礦井巷道和采場四周煤巖體中的能量突然釋放，在井巷發(fā)生爆炸性事故，產(chǎn)生的動力將煤巖拋向巷道，同時發(fā)出猛烈聲響，造成煤巖體振動和煤巖體破壞，支架與設(shè)備損壞，人員傷亡，局部巷道垮落破壞等。沖擊礦壓還會引發(fā)或可能引發(fā)其他礦井災難，尤其是瓦斯、煤塵爆炸、火災以及水災，下擾通風系統(tǒng)，嚴峻時造成地面震驚和建筑物破壞等。因此，沖擊礦壓是煤礦重大災難之一。沖擊能指數(shù)：在單軸壓縮狀態(tài)下，煤樣全“應力一應變”曲線峰值cEs的全過程，顯示了沖擊傾向的物理本質(zhì)。淺埋煤層：依據(jù)實測，淺埋煤層可分為兩種類型：典型的淺埋煤層，近淺埋煤層。典型的淺埋煤層：對于基巖比較薄、松散載荷層厚度比較大的淺埋煤層，其頂板破斷運動表現(xiàn)為整體切落形式，易于消滅頂板臺階下沉。其特征可以概括為埋藏淺、基載比小、老頂為單一關(guān)鍵層構(gòu)造的煤層。近淺埋煤層：對于基巖厚度較大、松散載荷層厚度較小的淺埋煤層，其礦壓顯現(xiàn)規(guī)律介于一般工作面與淺埋煤層工作面之間，頂板構(gòu)造呈現(xiàn)兩組關(guān)鍵層，存在稍微的臺階下沉現(xiàn)象初次垮落步距：當直接頂垮落高度到達1m落〔初次放頂。直接頂初次垮落時自開切眼到支架后排放頂線的距離根本頂?shù)某醮蝸韷翰骄啵夯夭晒ぷ髅骈_采后的初次斷裂，使工作面支架承受較大的靜載荷或沖擊載荷，這種礦山壓力顯現(xiàn)叫做根本頂初次來壓。根本頂初次來壓時，由開切眼到工作面煤壁的距離根本頂周期來壓步距：由于根本頂周期性斷裂引起的礦山壓力顯現(xiàn)叫做根本頂周期來壓。相鄰兩次根本頂周期來壓的平均距離即根本頂周期折斷的平均值三帶：垮落帶、裂隙帶、彎曲下沉帶、三區(qū)：煤柱支撐區(qū)、離層區(qū)、重壓實區(qū)上三帶：冒落帶、裂隙帶、彎曲下沉帶下三帶：底板破壞帶、完整巖層帶、承壓水導高帶橫三區(qū)：煤柱支撐區(qū)、離層區(qū)、重壓實區(qū)回采工作面支護包括：支架支護和“大構(gòu)造”保護。采空區(qū)處理方法：刀柱法，頂板緩慢下沉法，全部充填或局部充填法，全部垮落法。直接頂初次垮落的標志是：直接頂垮落高度超過1~1.5m，范圍超過全工作面長度的一半。支柱的工作特性：急增阻式——支柱開頭支設(shè)時，有一個微小的人為的初撐力P’0，當支柱在頂板壓力作用下，活柱開頭下縮時便形成了始動阻力P0，而后隨著活柱下縮，工作阻力呈直線型急劇增加。這種支柱可縮量較小。微增阻式——同急增阻式一樣，只具備有較小的初撐力與始動阻力。但它隨著活柱的下縮，工作阻力先有一個急劇增長過程。當?shù)竭_初工作阻力P1后，隨著支柱的連續(xù)下縮，工作阻力的增長變得極為緩慢，始終到支柱的最大可縮量，也即是支柱的最大工作阻力時為止。此類支柱具有較大的可縮量。恒阻式——當支柱安設(shè)后，隨著活柱下縮，很快到達額定工作阻力，以后盡管活柱連續(xù)下縮，支柱的工作阻力保持不變。從支柱工作阻力適應頂板壓力的特點進展分析，明顯，恒阻性能的支柱較為有利，急增式性能比較差。但恒阻式支柱的構(gòu)造比較簡單，本錢較高。急增阻式的構(gòu)造簡潔，本錢較低。巖石的孔隙度指巖石中各種孔洞、裂隙體積的總和與巖石總體積之比，也稱孔隙率處于松散狀態(tài)下的體積與巖石裂開前處于整體狀態(tài)下的體積之比.巖石單軸加壓條件下的應力-應變?nèi)糖€可表征巖石試件的單軸抗壓變形特性?！?〕全程應力-應變曲線的劃分模量較小，且不是一個常數(shù)。B0.6

max時，巖石內(nèi)C0.95max時，巖石裂開速度加快，巖石的應力-應變曲線連續(xù)向左上方延長，巖石的體積膨脹加速，變形也隨應力增長快速，直到D點破壞。相應于D點的應力值稱之為巖石的強度極限〔max，或峰值強度。⑤DD〔剛性壓力機DED1、支承壓力與礦山壓力的區(qū)分有哪些？后的切向應力增高局部。2、煤柱下方底板巖層中應力分布特點及其實際意義？內(nèi)鉛直應力相等的點連起來則形成卵形的壓力泡。應力分布問題。3、支承壓力的有利因素與不利因素有哪些？有利：壓酥煤體，便于落煤，節(jié)約能耗引起巷道圍巖變形嚴峻，維護量大擔憂全；高應力易引起沖擊地壓。4、試述減壓區(qū)的形成及其實際意義在巷道或采場四周巖體中垂直應力小于原巖應力的區(qū)域稱為減壓區(qū)。當在巖體內(nèi)開掘了巷道或回采工作巖體或工作面前煤壁必定要發(fā)生破壞。從而使圍巖的支承力降低，集中的支承壓力就要向巖體內(nèi)部轉(zhuǎn)移。R為止。這樣就在巷道成采揚四周的巖體中形成了減壓區(qū)。較小的支架就可能較好地維護這些開采空間，從而降低支架的支護費用。5、簡述巖石裂開后的碎脹特征及其在掌握頂板壓力中的作用？巖石裂開后，雜亂積存，巖石的總體力學特征類似與散體。由于巖層裂開后體積將產(chǎn)生膨脹，因此直接頂垮落后，積存的高度要大于直接頂原來的厚度。影響碎脹系數(shù)Kp的重要因素是巖石裂開后塊度的大小及其排時直接頂就不在可能形成放頂是可能發(fā)生的離層狀態(tài)。但是老頂破斷巖層形成的變形失穩(wěn)與滑落失穩(wěn)將對直接頂?shù)姆€(wěn)定性產(chǎn)生影響。6、分析采場上覆巖層構(gòu)造失穩(wěn)條件上覆巖層的巖體構(gòu)造主要由堅硬巖層組成，軟巖層只作為載荷，堅硬巖層斷裂成巖按后排列鱉齊并相互咬的水平推力，且不行過大。2〕巖塊的下沉量SlhSlho。3〕巖按悶的斷裂角θ要小于巖塊間的摩擦角ψ4〕Q易過大。7、怎樣理解長壁工作面頂板在初次來壓前的“拱”或“梁”式構(gòu)造易冒落，可能形成大面積懸露，這時懸露在采空區(qū)上部的堅硬巖層是一端由工作面前煤壁支撐，另一端由采空區(qū)煤柱支撐的板，由于工作面傾斜的長度遠大于堅硬巖層走向的跨踞，因此，可以將懸露的堅硬巖層由于斷裂巖塊的向下轉(zhuǎn)動而在巖塊之間產(chǎn)生強大的水平壓力，從而形成“三鉸拱”式平衡，此三鉸拱可以層的重量，使回采工作面支架受載大大減小，因而，大大節(jié)約了工作面支架材料消耗。8、試分析老頂在到達極限跨距時,是以剪切斷裂為主還是以彎曲斷裂為主2，在一般狀況下，由于彎矩形成的極限跨距要比剪切應力形成的極限跨距小。9、老頂初次來壓：當老頂懸露到達極限跨距時，老頂斷裂形成三鉸拱式的平衡，同時發(fā)生已破斷的巖塊回轉(zhuǎn)失穩(wěn)〔變形失穩(wěn)。有時可能伴隨滑落失穩(wěn)〔頂板的臺階下沉工作面支架呈現(xiàn)受力普遍加大現(xiàn)象。即稱為老頂?shù)某醮蝸韷?。特點1〔2、由于煤壁前方強大的支承壓力，可能導致直接頂在煤壁前方形成剪切破壞，從而形成預生裂隙，這對回采工作空間的治理明顯是不利的〔3〔42~3〔5、頂板消滅斷裂聲，煤壁嚴峻片幫，隨后產(chǎn)生裂隙。10、試分析直接頂、老頂?shù)母黜椫笜嗽诘V山壓力顯現(xiàn)中所起的作用mm/h3.4.頂板裂開狀況:常常以單位面切落，或稱大面積冒頂.指工作面由于頂板來壓導致頂板沿工作面切落，其它還有煤壁片幫，支柱插入底板，底板臌起等。11、直接頂與老頂?shù)姆€(wěn)定性對工作面支護原理有何影響直接頂是回采工作空間直接維護的對象，直接頂?shù)姆€(wěn)定性直接影響著工作面支護方式和支架架型的選擇。對于不穩(wěn)定的直接頂要求支架有較好的護頂性能，在煤層開采以后，不應使頂板的暴露面積過大，以免發(fā)生局部冒頂，承受單體支架要留意實行有效的勾頂措施，防止頂板從架間漏空，影響支架對頂板的支護；在承受液壓支架時，應選用掩護性能好的掩護支架。直接頂?shù)姆€(wěn)定性能好時，對勾頂要求并不嚴格，可選要求支架具有較大的支護強度，才能保證工作面安全。在承受垮落法處理采空區(qū)的狀況下，對于周期來壓比較猛烈的頂板，其下沉量將會增大，所以，要求支架應有較大的可縮性。12、在采場的上覆巖層的構(gòu)造分析中,對采場支架應有什么要求要求質(zhì)量牢靠，性能穩(wěn)定，不會頻繁的出故障，到底在井下修理是很困難的；再就是保證通風面積了。13當煤層較厚時，常將煤層沿層面劃分為假設(shè)干個中等厚度的分層，分別布置工作面進展回采。承受垮落法管理頂板時，回采挨次是從上向下回采。在回采第一分層時，起礦壓力顯現(xiàn)和回采單一分層一樣。但在回采34.煤壁上的支撐壓力削減，煤壁片幫減弱。14、分析采場支架工作阻力與頂板下沉量的“P-△L”曲線關(guān)系P－△L支架工作阻力增加對頂板下沉量影響較小，但低于此值則提高支架工作阻力將削減頂板下沉量。③支架的工作阻力并不能轉(zhuǎn)變上覆巖層“大構(gòu)造”的總體活動規(guī)律。④回采工作面支架應具備以下兩個根本特性：一是必需具備肯定的可縮量；二是必需具備有良好的支撐性能，即肯定的工作阻力。因而在支架選型與支護設(shè)計中，最主要是確定支架的最大可縮量與最大工作阻力。15、怎樣理解支架的合理工作阻力P—△工作空間，又要適應上覆巖層大構(gòu)造的運動規(guī)律。所以，應有一個合理的工作阻力。16、試分析開采深度對采場礦山壓力及其顯現(xiàn)的影響。開采深度直接意影響著原巖應力大小，同時也影響著開采后巷道和工作面四周巖層內(nèi)中支承壓力的值。所以，開采深度對礦山壓力具有確定的影響。開采深度愈大，采場的礦山壓力也愈大。但對礦山壓力顯現(xiàn)的影響則不盡一樣。1開采深度對巷道礦山壓力顯現(xiàn)的影響可能比較明顯，如隨著開采深度的增加，巷道圍還有煤壁的片幫，底板的鼓起。2而有的礦山壓力顯現(xiàn)和開采深度并無明顯關(guān)系。如頂板的下沉和支架上所承受的載荷并不隨開采深度的增加而正比例的增大。由于頂板的下沉直承受裂隙帶的巖層形成的大構(gòu)造和支架特性影響，并和煤層的采高，老頂及直接頂?shù)牧W性質(zhì)及它們的厚度因素有關(guān)。支架上所承受的載荷主要取決于頂板下沉特點和支架自身的性能，一般不隨開采深度的增加而增大。17、簡述巖層掌握的關(guān)鍵層理論及其在巖層掌握中的意義。、巖層掌握的關(guān)鍵層理論包括：關(guān)鍵層定義，即對采場上覆巖層局部或直至地表的全部巖層活動掌握載特征。、關(guān)鍵層理論在巖層掌握爭論的意義為：關(guān)鍵層理論的提出實現(xiàn)了礦山壓力，巖層移動與地表沉陷定了根底，為煤礦綠色開采技術(shù)爭論供給了的理論平臺。18、簡述開采后引起的上覆巖層的破壞方式及其分區(qū)。開采后引起上覆巖層的破壞方式：1、巖層移動曲線符合負指數(shù)函數(shù)關(guān)系曲線；2、煤層上方的巖層在開采的影響下，一般在回采工作面前方30~40m3、回采工作面推動鉆孔4~8m4、當已斷裂的巖層重受到已冒落矸石支撐時，變形曲線又趨于緩和。AB；C簡述掌握巖層移動的技術(shù)。、局部開采〔條帶開采和房柱式開采；2．留設(shè)保護煤柱；充填法掌握巖層移動；3、調(diào)整開采工藝及參數(shù)掌握巖層移動，如限厚開采、協(xié)調(diào)開采、上行開采等。簡述巖層采動裂隙分布規(guī)律1.離層裂隙：隨著巖層下沉在層與層之間消滅的沿層面裂隙，使煤層膨脹變形而使瓦斯卸壓是瓦斯使沿離2.豎向破斷裂隙：隨著巖層下沉破斷形成的穿層裂隙。溝通了上下巖層的瓦斯與水的通道。21較小的支承壓力，稱為采空區(qū)支承壓力。綜合上述幾個力構(gòu)成回采工作面四周支承壓力分布狀態(tài)。22、分析綜放工作面回采巷道礦壓顯現(xiàn)特點手抄沿空留巷礦壓顯現(xiàn)根本特征？與沿空掘巷礦壓顯現(xiàn)的主要區(qū)分？沿空留巷礦壓顯現(xiàn)的根本特征是沿空留巷頂板規(guī)律下沉，即回采工作面推動引起的上覆巖層運動，其進展與沿空掘巷礦壓顯現(xiàn)的主要區(qū)分包括：120~40m起始沉降期；2、煤層開采后，垮落帶巖層冒落，規(guī)章移動帶及上覆巖層急劇下降，在工作面前方10~20m0~60m8060m100m15%左右，稱巖層沉降衰減期；4、如直接頂板冒落能填滿采空區(qū)，使老頂處于平衡狀態(tài)，采動期間沿空留10%~20%，根本屬于“給定變形3°~6°?？缦锘夭尚秹旱母驹?？z，巷道與上部問采煤層煤柱(體)邊緣的水平距離x。25、試述巷道“支架-圍巖”相互工作原理及其實際應用。支架的工作阻力。尤其是初撐力在肯定程度上能相當有效地抑制直接頂板離層，掌握圍巖塑性區(qū)的再進展和圍巖的持續(xù)變形，保持圍巖的穩(wěn)定，而地下工程中圍巖不僅是施載體，在肯定條件下還是一種自然承載用圍巖的這種自然的自承力和承載力，人為的支護制造條件，促進圍巖形成自穩(wěn)和承載構(gòu)造，巷道支護圍巖供給支護阻力，掌握圍巖塑性區(qū)的持續(xù)進展，減小圍巖移近量?！爸Ъ?圍巖”相互作用原理的實際應〔1〔2〔3、強調(diào)主動支護。26.簡述軟巖巷道變形力學機制從理論上分析軟巖巷道圍巖變形力學機制，可分為三種形式，即物化膨脹類型(也稱低強度軟巖)、應力擴和伊利石等強親水粘土礦物，這幾類礦物由于其晶體構(gòu)造特別，能將水分子吸附在晶層外表和晶層內(nèi)。既具有礦物顆粒內(nèi)局部子膨脹，又具有礦物顆粒之間的水膜加厚的膠體膨脹。同時通過毛細作用吸水，使巖伸破壞和剪切面而導制的體積膨脹。變形機制與力源有關(guān)，軟巖在構(gòu)造應力、地下水、重力、工程偏應力作用下。巖體產(chǎn)生破壞變形，微裂活動快速加劇，形成拉伸破壞和剪切面，體積擴脹。工程偏應力即本書中的礦山壓力是應力擴容變形中不行無視的力源。(3組合特征有關(guān)。構(gòu)造面的成圍類型．構(gòu)造四的結(jié)合特征，構(gòu)造面的力學性質(zhì)，構(gòu)造面相對十閑空的空間分F27、簡述綜放工作面礦壓顯現(xiàn)的根本規(guī)律1.與單一煤層開采相比，在頂板及煤層條件、力學性質(zhì)一樣的條件下綜放開采的支撐力分布范圍大，峰值點前移。2.工作面支架載荷不大，周期來壓不明顯，初次來呀強度不大。3.工作面煤壁及端面頂板維護重要。4.工作面端頭壓力和兩端平巷壓力不大。5.支架前柱工作阻力大于后柱28、綜放開采支架的合理工作阻力是如何確定的估算法實測統(tǒng)計法29.簡述煤沖擊傾向性的描述指標指標與方法。我國現(xiàn)行煤層沖擊傾向性指標主要有彈性能指數(shù)、沖擊能指數(shù)、動態(tài)破壞時間和單軸抗壓強度。物理意義彈性能指數(shù)是煤層積存彈性能與塑性變形能之比。表示煤巖變形彈性能的大小反映出吸取施加能量的力量；沖擊能指數(shù)為峰值前積蓄的變形能與峰值后剩余變形能之比,表示煤巖破壞過程中剩余能量的大小,從能量方面提醒煤巖的沖擊傾向性;而動態(tài)破壞時間表示煤巖破壞經(jīng)受的時間,從時間方面表達煤巖的沖擊傾向性的內(nèi)在規(guī)律。單軸抗壓強度是無圍壓巖樣在縱向壓力作用下消滅壓縮破壞時單位面積上所承受的載荷,從強度方面提醒煤巖沖擊傾向性。本質(zhì)上,煤層沖擊傾向性應當受到時間與能量的雙重影響30、簡述沖擊礦壓防治措施的根本原理和主要方法？依據(jù)沖擊礦壓的成因和機理，發(fā)生沖擊礦壓必需具備兩個方面的條件：一是高應力或集中高能量，這種狀況可能是由于巖體自重在開采條件下形成的應力集中，也可能是內(nèi)于構(gòu)造應力的積聚，二是煤巖本身具有沖擊傾向性。其防治措施也就應從兩個方面考慮：一是降低應力(或能量)的集中程度；二是轉(zhuǎn)變煤、巖體的物理力學性質(zhì)，以降低其沖擊的傾向性。防治沖擊礦壓的主要措施有：1．降低應力集中程度：(1)開采解放層。在煤層群條件下，首先開采沒有沖應力集中程度就可能降低。(2)推行無煤往開采，采空區(qū)盡量少留煤??；盡量承受跨上山采煤。從而消退應力在煤往上集中疊加的可能性；(3)