矿山压力复习资料

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一、名词解释

1、变形围岩压力：巷道围岩变形而未脱落，对支架挤压而产生的力。 2、直接顶：直接位于煤层之上的一层或几层性质相近的岩层。 3、基本顶（老顶）：位于直接顶之上，对采场矿山压力直接造成影响的厚而坚硬的岩层。 4、沿空留巷：采煤工作面后沿采空区边缘维护原回采巷道。 5、沿空掘巷：完全沿采空区边缘或仅留很窄煤柱掘进巷道。 6、砌体梁：外表似梁，实质是拱的裂隙体梁结构。

7、支架工作阻力：支架的支柱受顶板压力作用而反应出来的力称为支柱的阻力，又称工作阻力。

8、冲击地压：井巷和周围岩体在其力学平衡状态破坏时由于弹性变形能的突然释放而产生的突然急剧、猛烈的动力现象。

9、采场覆岩移动破坏的分带：冒落带（直接顶或下位老顶破坏以后在采空区所形成的不规则的冒落带，冒落岩块间不能承受水平力）、裂隙带（冒落带以上，岩块间破裂以后整齐排列形成裂隙带）、弯曲下沉带（裂隙带以上，直至地表）。

10、充分采动：当采空区尺寸（长度和宽度）相当大时，地表最大下沉值达到该地质条件下应有的最大值，此时的采动称为充分采动。 11、非充分采动（P180）：如果采空区尺寸小于临界开采尺寸（刚达到充分采动状态的采空区尺寸），称为非充分采动。

12、支柱的撑力：支柱对顶板的主动作用力称为支柱的撑力。

13、支柱的阻力：支柱受顶板压力作用而反映出来的力称为支柱的阻力，又称工作阻力。 14、支承压力：在岩体内开掘巷道后，巷道围岩必然应力重新分布，一般将巷道两侧改变后的切向应力增高部分称为支承压力。 15、顶板破碎度（P123）：指支架前梁端部到煤壁间顶板破碎的程度，即以FA/F表示。式中FA为破碎的面积，F为整个梁端到工作面煤壁的面积。

16、老顶初次来压：当老顶悬露达到极限跨距时，老顶断裂形成三铰拱式的平衡，同时发生已破断的岩块回转失稳（变形失稳），有时可能伴随滑落失稳（顶板的台阶下沉），从而导致工作面顶板的急剧下沉。此时，工作面支架呈现受力普遍加大现象，即称为老顶的初次来压。 17、老顶初次来压步距：由开切眼到初次来压时工作面推进的距离称为老顶的初次来压步距。 18、老顶周期来压（P104）：由于裂隙带岩层周期性失稳而引起的顶板来压现象称为工作面顶板的周期来压。

19、老顶周期来压步距：两次周期来压之间工作面推进的距离，叫周期来压步距。 20、岩石蠕变（P18）：在应力不变的情况下，应变随时间的延长而增加的现象。（与塑性变形不同，塑性变形通常在应力超过弹性极限之后才出现，而蠕变只要应力的作用时间相当长，它在应力小于弹性极限时也能出现） 21、变形围岩压力（P215）：巷道围岩变形但未脱落时，对支架挤压而产生的力。 22、支承压力（P58）：在岩体内开掘巷道后，巷道围岩必然出现应力重新分布，一般将巷道两侧改变后的切向应力增高部分称为支承压力。 23、弹性变形能（P46）：岩体受外力作用产生弹性变形时，在岩体内部所储存的能量，称为弹性变形能。

24、岩石质量指标RQD（P37）：RQD是钻孔中直接获取的岩心总长度L，扣除破碎岩心和软弱夹泥的长度l后的长度，与钻孔总进尺H之比，即RQD=[(L-l)/H]*100%。 25、RMR（P37）：RMR是在考虑完整岩石强度、RQD值、节理间距和产状及地下水等因素影响

下，对岩体质量进行评定的方法。

二、推导自重应力公式（P41）。

解：(1) 假设岩体为半无限体，地面为水平面，在距离地表深度为H处，任取一单元体（如图2-1），在其上作用的应力为σx，σy，σz，形成岩体单元的自重应力状态。

单元体上所受的铅直应力σz等于单元体上覆岩层的重量， 即： σz＝γH······················（2-1） 在均匀岩体内，岩体的自重应力状态为： σz＝γH

σx＝σy＝λσz ··············(2-2) τxy＝0

3

γ—上覆岩层平均体积力，kN/m λ—侧压系数，常数

在岩体自重应力场内，铅直应力σz和水平应力σy，σx都是主应力。 (2) 假设岩体为各向同性的弹性体，由于单元体在水平方向上收到相邻岩体的位移约束，不可能产生横向变形。

根据广义胡克定律，单元体各个方向上的应变为： εz＝[σz－μ（σx＋σy）]/E

εx＝[σx－μ（σy＋σz）]/E ······（2-3） εy＝[σy－μ（σx＋σz）]/E

由于εx＝0，εy＝0，σx＝σy，σz与σx、σy之间的关系为： σx＝σy＝σz＝γH ·········（2-4） 为此 λ＝μ/（1-μ）···························· （2-5）

三、简答题。

1、放顶煤开采矿山压力显现基本规律。

放顶煤工作面具有单一煤层采面的一般矿压显现规律，如初次来压、周期来压、其自身又有新的特点。

①支承压力分布范围大。与单一煤层开采相比，在顶板以及煤层条件、力学性质相同的情况下，综放开采支承压力分布范围大，峰值点前移。而支承压力集中系数没有显著变化。这也说明了离工作面不远的高处就形成了平衡结构。 ②工作面支架载荷不大。工作面支架的受载并不因采高加大而增加，仅和煤的强度有关，煤的强度大，顶煤的完整性愈好，则支架载荷稍大。另外，放顶煤工作面仍有周期来压现象，但不明显，初次来压强度不大。

③容易产生端部冒顶。这是由于煤顶容易破碎，放顶煤工作面推进速度较慢所致。所以放顶煤工作面的煤壁及端面顶板的维护特别重要。

④放顶煤工作面端头压力和工作面两端平巷压力并不大。由于是一次采全厚，所以回采巷道的矿压显现较分层多次开采缓和。

⑤支架前柱工作阻力大于后柱工作阻力。同时，支架受冒落煤矸冲击造成的动载荷影响明显。

⑥下分层综放开采是的矿山压力显现仍具有一般开采的矿压规律，但矿山压力显现程度有所减弱。

2、试述锚杆支护常用的支护理论及适用条件。

①悬吊理论：该理论认为锚杆支护的作用是将巷道顶板较软弱岩层悬吊在上部稳定的岩层上，从而增强较软弱岩层的稳定性。

适用于浅部围岩松软破碎，顶板出现松动破裂区的巷道。 ②组合梁理论：该理论认为锚杆的作用一方面提供锚固力增加各岩层的摩擦力，阻止岩层面继续滑动，避免出现离层现象；另一方面锚杆杆体可增加岩层间的抗剪刚度，阻止岩层间的水平错动，从而将巷道顶板锚固范围内的几个薄岩层锁成一个较厚的岩层。

适用于顶板岩层中存在若干分层的巷道。

③组合拱（压缩拱）理论：认为在拱形巷道围岩的破裂区中安装应力锚杆，从杆体两端起形成圆锥形的压应力区，如果锚杆间距足够小，各个锚杆形成的压应力圆锥体相互交错，即压缩拱。压缩拱内岩石径向、切向均受压，处于三向应力状态，围岩强度得到提升，支承能力相应增大。

适用于拱形巷道。 ④最大水平应力理论：该理论认为矿井岩层的水平应力通常大于铅直应力，巷道顶底板稳定性主要受水平应力影响。锚杆的作用是沿锚杆轴向约束岩层膨胀和垂直锚杆轴向方向约束岩层剪切运动。

适用于开挖引起应力重新分布后，其水平应力大于铅直应力，巷道顶底板稳定性主要受水平应力的影响、围岩层状特征比较突出的回采巷道。

⑤围岩强度强化理论:认为巷道锚杆支护的实质是锚杆和锚固区的岩体相互作用形成统一的承载结构；可改善被锚固岩体的力学性能；可强化围岩强度，提高峰值强度和残余强度；可改变围岩应力状态，从而增加围压，提高围岩承载能力，从而有利于保持巷道的稳定性。

适用于软岩煤巷围岩。 3、支架与围岩相互作用的特点。

①支架与围岩是相互作用的一对力。

②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，不仅如此，支架受力大小还与围岩的性质即支架与围岩形成的总特性有关。

③支架结构及尺寸对顶板压力的影响。实际生产中证明，在支架架型选择合适时，可以用最小的工作阻力维护好顶板。 4、媒壁前方支承压力分布特点。

（1）采煤工作面前后方支承压力分布（画图）

a：应力增高区；b：应力降低区；c：应力稳定区 （2）采煤工作面前后方支承压力分布的特点

①采煤工作面前方煤壁一端支承着工作面上方裂隙带及其上覆岩层的大部分重量，即工作面前方支承压力远比工作面后方大。 ②由于采煤工作面的推进，煤壁和采空区冒落带是向前移动的，因此工作面前后方支承压力是移动支承压力。

③由于裂缝带形成了以煤壁和采空区冒落带为前后支承点的半拱式平衡，所以采煤工作面处于减压力范围。

④采煤工作面前方形成的支承压力，最大值发生在工作面中部前方，峰值可达原岩应力的2~4倍，即应力集中系数K值的变化范围为2.0~4.0。前方支承压力的峰值位置可深入煤体内2~10m，其影响范围可达采煤工作面前方90~100m。

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