礦山壓力理論

1、 研究生課程論文一、采場(chǎng)礦山壓力有哪些假說(shuō)，各假說(shuō)的主要觀點(diǎn)如何？可以解釋哪些現(xiàn)象？試論述各假說(shuō)間有何聯(lián)系與區(qū)別？你認(rèn)為往什么方向發(fā)展，才能取得較大的進(jìn)展?答：1.壓力拱假說(shuō) 壓力拱（也稱自然平衡拱)假說(shuō)，是最早的礦壓假說(shuō)，德國(guó)人哈克(W.Hack)和吉利策爾 (G.Gillitzer)于1928年提出。壓力拱假說(shuō)認(rèn)為：在回采工作空間上方，由于巖層自然平衡的結(jié)果而形成了一個(gè)壓力拱，拱的一個(gè)支撐點(diǎn)是在工作面前方的煤體內(nèi)，形成了前拱角，而另一個(gè)支撐點(diǎn)是在采空區(qū)的充填體上，形成了后拱角，隨著工作面的推進(jìn)，前后拱角也將向前移動(dòng)；開(kāi)掘在任何巖層中的巷道，由于重力作用，頂板巖層發(fā)生破壞變形,形成一穩(wěn)定的卸

2、載拱。拱承受拱面以上全部巖石的重量,并將全部載荷經(jīng)壓力拱的拱腳傳遞到巷道兩幫巖石而引起巷道兩幫鼓出以及底板隆起等圍巖變形，巷道支架所承受的載荷是拱面以下已經(jīng)破碎的有限斷面內(nèi)的巖石總重量。壓力拱假說(shuō)比較簡(jiǎn)明地闡述了采場(chǎng)圍巖卸載的原因，探討了圍巖平衡狀態(tài)及其范圍，對(duì)回采工作面前后支承壓力的形成及回采工作空間處于卸壓區(qū)做出了一些解釋。壓力拱在巷道中并不是唯一的表現(xiàn)形式，支架壓力取決于一系列的礦山地質(zhì)條件及技術(shù)條件，其中起主要作用的是巷道圍巖性質(zhì)，支架特性及結(jié)構(gòu)形式。在回采工作面，由于煤層頂?shù)装鍘r性不同，頂板管理方法,支架形式及特性以及回采工藝的差異,可能形成不同的復(fù)雜的力學(xué)結(jié)構(gòu)。 這遠(yuǎn)非壓力拱理論所

3、能概括與闡明的。壓力拱假說(shuō)認(rèn)為：支架壓力源于拱內(nèi)巖石的重量,與支架特性及采深無(wú)關(guān),這顯然與實(shí)際情況不符。對(duì)堅(jiān)硬的層狀巖石，無(wú)論在巷道還是在采場(chǎng)，都不可能形成拱，這對(duì)壓力拱假說(shuō)是不適合的。 我認(rèn)為此假說(shuō)以后在拱的特性、巖層變形、移動(dòng)和破壞的發(fā)展過(guò)程以及支架與圍巖的相互作用方面能取得較大的發(fā)展。2懸臂梁假說(shuō)懸臂梁假說(shuō)是由德國(guó)施撬克于1916年提出的，后得到英國(guó)的費(fèi)里德，前蘇聯(lián)的格爾曼等的支持。此假說(shuō)認(rèn)為:工作面和采空區(qū)上方的頂板可視為梁，它一端固定于巖體中，一端處于懸伸狀態(tài)，在懸臂梁彎曲下沉后，受到已垮落的巖石支撐，當(dāng)懸伸長(zhǎng)度很大時(shí)，發(fā)生有規(guī)律的周期性折斷，從而引起周期來(lái)壓，而我們知道地下巖體是一

4、種層狀的連續(xù)彈性介質(zhì),未受擾動(dòng)的巖體所受的力主要是垂直應(yīng)力則形成彼此相互作用的組合懸臂梁,這種巖梁在采場(chǎng)上下兩端的煤柱處也被固定著,因而形成了三面被固定的懸板,即所謂的懸臂梁假說(shuō)。由于采場(chǎng)上下兩端的鑲嵌作用在工作面較長(zhǎng)時(shí),對(duì)頂板活動(dòng)所起的作用是很小的,因此多視頂板為梁。巖梁在自重和上覆巖層的作用下，逐漸彎曲、下沉以至于斷裂與垮落，當(dāng)頂板巖層堅(jiān)硬時(shí)，懸伸在采空區(qū)上方的巖梁可能很長(zhǎng)，這時(shí)就必須采取人為的措施加以控制，以防止巖梁可能沿煤臂切斷造成推掌子事故。若梁由于彎曲下沉?xí)r被冒落的矸石或充填體支撐時(shí)，也可能僅產(chǎn)生彎曲下沉而不產(chǎn)生折斷。當(dāng)巖梁的懸伸長(zhǎng)度達(dá)到極限值時(shí)，將發(fā)生有規(guī)律的周期性折斷，此時(shí)將出

5、現(xiàn)明顯的周期性來(lái)壓。用懸臂梁理論可以解釋，在靠近工作面煤壁的地方，頂板下沉量最小，因而壓力最小，由工作面煤壁向采空區(qū)。頂板下沉量和壓力則逐漸增加。頂板下沉量和工作面支架載荷的最大值通常總是在沿采場(chǎng)傾斜方向的中部，這和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際是吻合。 懸臂梁假說(shuō)還可以解釋工作面前方煤體中存在支承壓力，能說(shuō)明煤層和頂板巖層的物理力學(xué)性質(zhì)對(duì)煤體中支承壓力分布范圍和應(yīng)力集中程度的影響以及解 釋老頂?shù)亩慰迓洮F(xiàn)象等。懸臂梁假說(shuō)在一定條件下能對(duì)許多礦山壓力現(xiàn)象進(jìn)行解釋并可以采用材料力學(xué)的方法進(jìn)行粗略的計(jì)算但不難看出，該假說(shuō)仍存在嚴(yán)重缺點(diǎn)，表現(xiàn)在：1)直接頂巖層由于地質(zhì)構(gòu)造和采動(dòng)的影響，通常被許多裂隙切割破壞喪失了連續(xù)性，

6、因此不能視其為彈性的連續(xù)巖梁 2)利用材料力學(xué)公式計(jì)算巖梁時(shí)，通常把問(wèn)題過(guò)于簡(jiǎn)化而使計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況相差甚遠(yuǎn)。與一些實(shí)際情況的對(duì)比表明，采場(chǎng)頂板實(shí)際下沉量比按懸臂梁或懸板公式計(jì)算出來(lái)的彎曲撓度要大幾倍。3)懸臂梁假說(shuō)同壓力拱假說(shuō)一樣，未能考慮頂板巖層與采場(chǎng)支架間的作用關(guān)系，只是孤立地研究巖梁的變形狀態(tài)，不可能反映出采場(chǎng)上覆巖層運(yùn)動(dòng)的真實(shí)規(guī) 律，從而降低了假說(shuō)的實(shí)用價(jià)值。 4)懸臂梁假說(shuō)不可能從數(shù)量上對(duì)礦山壓力進(jìn)行計(jì)算， 這是因?yàn)樵摷僬f(shuō)脫離了整個(gè)巖體而只研究了個(gè)別巖層的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。此假說(shuō)以后可以往開(kāi)采后上覆巖層活動(dòng)規(guī)律方面發(fā)展，會(huì)取得較大成就。3.鉸接巖塊假說(shuō) 該假說(shuō)認(rèn)為，工作面上覆巖層的破壞可

7、分為跨落帶和其上的規(guī)則移動(dòng)帶?？缏鋷Х稚舷聝刹糠郑虏靠缏鋾r(shí)，巖塊雜亂無(wú)章；上部垮落時(shí)，則呈規(guī)則的排列，但與規(guī)則移動(dòng)帶的差別在于無(wú)水平方向有規(guī)律的水平擠壓力的聯(lián)系。規(guī)則移動(dòng)帶的巖塊間可以相互鉸合而形成一條多環(huán)節(jié)的鉸鏈，并規(guī)則地在采空區(qū)上方下沉，還對(duì)支架和圍巖的相互作用做了分析“給定載荷狀態(tài)”和“給定變形狀態(tài)”。此假說(shuō)對(duì)支架和圍巖的相互作用作了較詳細(xì)的分析。假說(shuō)認(rèn)為，工作面支架存在兩種不同的工作狀態(tài)。當(dāng)規(guī)則移動(dòng)帶（相當(dāng)于老頂）下部巖層變形小而不發(fā)生折斷時(shí)，跨落帶巖層（相當(dāng)于直接頂）和老頂之間就可能發(fā)生離層，支架最多只承受直接頂折斷巖層的全部重量，這種情況稱為支架處于給定載荷狀態(tài)。當(dāng)直接頂受老頂影

8、響折斷時(shí)，支架所承受的載荷和變形取決于規(guī)則移動(dòng)帶下部巖塊的相互作用，載荷和變形將隨巖塊的下沉不斷增加，直到巖塊受已垮落巖石的支撐達(dá)到平衡為止，這種情況稱為支架的給定變形狀態(tài)。鉸接巖塊間的平衡關(guān)系為三角拱式的平衡。 鉸接巖塊假說(shuō)正確地闡明了工作面上覆巖層的分帶情況，并初步涉及巖層內(nèi)部的力學(xué)關(guān)系及其可能形成的結(jié)構(gòu)。 4.預(yù)成裂隙假說(shuō) 預(yù)成裂隙假說(shuō)認(rèn)為，由于開(kāi)采的影響，回采工作面上覆巖層的連續(xù)性遭到破壞，從而成為非連續(xù)體。在回采工作面周?chē)嬖谥鴳?yīng)力降低區(qū)、應(yīng)力增高區(qū)和采動(dòng)影響區(qū)。隨工作面的推進(jìn)，三個(gè)區(qū)域同時(shí)相應(yīng)地向前移動(dòng)。由于開(kāi)采后上覆巖層中存在各種裂隙，這些裂隙有可能是由于支承壓力作用而形成的，它

9、可能是平行于正應(yīng)力的張開(kāi)裂隙，也可能是與正壓力成一定交角的剪切裂隙，從而使掩體發(fā)生很大的類(lèi)似塑性體的變形，因而可將其視為假塑性體。這種被各種裂隙破壞了的假塑性體處于一種彼此被擠緊的狀態(tài)時(shí)，可以類(lèi)似梁的平衡；在自重及上覆巖層的作用下，將發(fā)生明顯的假塑性彎曲；當(dāng)下部巖層的下沉量大于上部巖層時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生離層。 此假說(shuō)還認(rèn)為，為了有效地控制頂板，應(yīng)保證支架具有足夠的初撐力和工作阻力，并應(yīng)及時(shí)支撐住頂板巖層，使各巖層及巖塊之間保持?jǐn)D緊狀態(tài)，借助于彼此之間的摩擦阻力，阻止巖層破斷巖塊之間的相對(duì)滑移、張裂與離層。該假說(shuō)應(yīng)該往巖塊之間的平衡、支架受力關(guān)系的方向發(fā)展，才會(huì)取得較大的進(jìn)展。5. 砌體梁假說(shuō) 砌體梁

10、假說(shuō)是中國(guó)礦業(yè)大學(xué)錢(qián)鳴高教授在前蘇聯(lián)學(xué)者庫(kù)茲涅佐夫教授的鉸接巖塊假說(shuō)的基礎(chǔ)上根據(jù)相似模型實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，運(yùn)用結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法得到了采場(chǎng)上覆巖層的平衡和失穩(wěn) 條件，從而提出了“砌體梁”假說(shuō)。砌體梁假說(shuō)認(rèn)為，在老頂巖梁達(dá)到斷裂步距之后，隨著工作面的繼續(xù)推進(jìn)，巖梁將會(huì)折斷，但斷裂后的巖塊由于排列整齊在相互回轉(zhuǎn) 時(shí)能形成擠壓，由于巖塊間的水平力以及相互間形成的摩擦力的作用，在一定條件下能夠形成外 表似梁實(shí)則為半拱的結(jié)。這種平衡結(jié)構(gòu)形如砌體，故稱之為砌體梁。 經(jīng)過(guò)采動(dòng)此上覆巖層中的堅(jiān)硬巖層都巳根據(jù)巖層移動(dòng)特點(diǎn)，可將上覆巖層按堅(jiān)硬巖層分成若干個(gè)巖層組，而每一個(gè)巖層組的底板則為堅(jiān)硬巖層。由測(cè)定可知斷裂成為巖塊

11、，巖塊間相互咬臺(tái)則可能形成圖示的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)為“煤壁已冒落矸石”及“煤壁支架已冒落矸石”兩種支撐體系所支撐。采場(chǎng)上覆巖層可沿走向分為三個(gè)區(qū)，A煤壁支撐影響區(qū)：B離層區(qū)或支架影響區(qū)；C已冒落矸石的支撐區(qū)。 該假說(shuō)在前人研究成果及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的基礎(chǔ)上，對(duì)開(kāi)采層采場(chǎng)上覆巖層進(jìn)行了分析認(rèn)為： 1)在劃分的巖層組中，每組中的軟巖層或斷裂的巖層可視為堅(jiān)硬巖層上的載荷，或者傳遞垂直力的媒介。 2)由于開(kāi)采的影響，堅(jiān)硬巖層已經(jīng)斷裂成為排列較整齊的巖塊。由于離層，在離層區(qū)域內(nèi)，上下巖層組之間沒(méi)有垂直力的傳遞。在水平方向由于有水平推力，形成了鉸接關(guān)系。鉸接點(diǎn)的位置取決于巖層移動(dòng)曲線的形狀，若曲線下凹，則鉸接點(diǎn)位于斷裂

12、面的下部，反之則在上部，離層區(qū)視為無(wú)支撐區(qū)。3)由于層間不能阻擋水平錯(cuò)動(dòng)，因而視軟巖層或碎裂巖層為支承鏈桿，即只能傳遞垂直力，不能阻止水平力。4)當(dāng)巖塊恢復(fù)到水平位置時(shí)，破碎巖塊間的剪切力為零，故以后的巖塊可以用一水平直桿代之。5)最上巖層組的堅(jiān)硬巖層，由于其上只是軟巖層及沖積層；因此可視為均布載荷作用于最上組的堅(jiān)硬巖層上，而下面的巖層組則不然。6)最上的堅(jiān)硬巖層，隨著回采工作面的推進(jìn)。由于載荷條件一致，因而該巖層斷裂后各巖塊可視為等長(zhǎng)。但下面各組巖層由于相互作用，破碎后的長(zhǎng)度未必相等。6. 傳遞巖梁假說(shuō)傳遞巖梁假說(shuō)于1978年由山東科技大學(xué)宋振騏教授根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)資料提出的。該假說(shuō)首先與眾不同

13、地建立了直接頂與老頂兩個(gè)基本概念。直接頂：在采空區(qū)已經(jīng)冒落的巖層總和，由于它們不能長(zhǎng)久地保持向煤壁前方傳遞力的聯(lián)系，因此其作用力必須由支架全部承擔(dān)。老頂：由鄰近采場(chǎng)的一部分傳遞巖梁組成，該部分巖梁的運(yùn)動(dòng)對(duì)采場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)有明顯的影響。老頂巖梁的結(jié)構(gòu)采用了“傳遞巖梁”的概念，它包括下列含義：(1)該巖梁是由同時(shí)運(yùn)動(dòng)(或近似于同時(shí)運(yùn)動(dòng))因而對(duì)礦壓顯現(xiàn)同時(shí)有明顯影響的巖層組合而成。(2)該巖梁在采場(chǎng)推進(jìn)過(guò)程中，無(wú)論是在相對(duì)穩(wěn)定階段，還是進(jìn)入顯著運(yùn)動(dòng)的階段，都能在工作面推進(jìn)方向上始終保持傳遞力的聯(lián)系，從而能將其作用力傳遞至煤壁前方和采空區(qū)已冒落的矸石之上。由于采場(chǎng)不斷推進(jìn)，采場(chǎng)礦山壓力及其顯現(xiàn)總是在不斷發(fā)

14、展變化之中。因此宋振騏教授建議研究的重點(diǎn)不僅是某一時(shí)刻瞬間值的大小，而是礦壓的發(fā)展變化規(guī)律及其與上覆巖層運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。解決了這個(gè)問(wèn)題，則能通過(guò)礦壓顯現(xiàn)推測(cè)上覆巖層的運(yùn)動(dòng)，預(yù)測(cè)采場(chǎng)來(lái)壓的時(shí)刻和強(qiáng)度，解決開(kāi)采設(shè)計(jì)，生產(chǎn)管理等問(wèn)題。該假說(shuō)尚存在一些不足之處：(1)假說(shuō)中提出的巖體結(jié)構(gòu)模型的屬性比較籠統(tǒng)，不夠明確，是否具有普遍性尚待進(jìn)一步證實(shí)。(2)假說(shuō)中有許多地方是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)到的現(xiàn)象去推測(cè)，需要進(jìn)一步研究。7.臺(tái)階下沉假說(shuō)臺(tái)階下沉假說(shuō)是由前蘇聯(lián)學(xué)者秦巴列維奇提出的，研究對(duì)象只是埋藏較淺的水平及緩傾斜薄及中厚煤層的礦壓?jiǎn)栴}。它與預(yù)成裂隙假說(shuō)有許多共同特點(diǎn)。假說(shuō)從巷道周?chē)嬖诘蛻?yīng)力區(qū)出發(fā)，認(rèn)為在采場(chǎng)頂板

15、內(nèi)也存在著三角形的低應(yīng)力區(qū)，且工作面推進(jìn)，其范圍也不斷地?cái)U(kuò)大，如圖所示：當(dāng)工作面不斷推進(jìn)時(shí)，由于三角棱柱體還來(lái)不及形成，因此在任一時(shí)刻其高度b總小于計(jì)算值，但為簡(jiǎn)化可以認(rèn)為這三棱柱的高度低于計(jì)算值，即式中，頂板巖石的內(nèi)摩擦角； a工作面煤壁至開(kāi)切眼的距離。隨著工作面的不斷推進(jìn)，低應(yīng)力區(qū)將通達(dá)地表，采空區(qū)上方的懸露巖體m由于受到裂隙切割將與兩側(cè)巖體失去聯(lián)系。臺(tái)階下沉假說(shuō)缺乏充分的依據(jù)。巖層運(yùn)動(dòng)的幾何形狀過(guò)分絕對(duì)化，也未能考慮到支架與圍巖以及下沉條帶間的相互作用。8. 鍥形假說(shuō) 前蘇聯(lián)學(xué)者魯賓涅依特總結(jié)了前人有關(guān)走向長(zhǎng)壁開(kāi)采回采工作面的各種礦壓假說(shuō)，吸取了其中某些較合理的部分，于1955年提出楔形

16、假說(shuō)，其實(shí)質(zhì)如下：從采空區(qū)起，采場(chǎng)頂板巖層可以分為三個(gè)區(qū)域，即完全破壞區(qū)，半破壞區(qū)和未破壞區(qū)。如圖所示：由于工作面前方支承壓力作用，煤體將產(chǎn)生一預(yù)先下沉值。巖層在高應(yīng)力的作用下則呈半破壞狀態(tài)而失去了抗拉能力，但仍未喪失連續(xù)性，且有抗壓能力，半破壞區(qū)的巖石由極限平衡狀態(tài)向彈性狀態(tài)過(guò)渡。再深入巖體則是未破壞的彈性狀態(tài)區(qū)。 魯賓涅依特的理論在很多方面與實(shí)際不符，許多假說(shuō)與計(jì)算明顯地缺乏可信的基礎(chǔ)。9. 松散介質(zhì)假說(shuō) 荷蘭學(xué)者伊爾切松和佐利登拉特提出的松散介質(zhì)假說(shuō)，要點(diǎn)如下：將巖體看作松散體，其力學(xué)性質(zhì)基本上可用內(nèi)摩擦角表示。根據(jù)含煤地層的巖石由于古代構(gòu)造力作用的結(jié)果，已被許多裂隙切割破壞了。 假說(shuō)認(rèn)

17、為煤及巖體如同松散介質(zhì)受載向自由空間移動(dòng)樣也向采空區(qū)移動(dòng)，個(gè)別巖塊可能很大，但仍能按松散體的應(yīng)力分布規(guī)律取得平衡，因此可用松散靜力學(xué)方法研究它。前面所介紹的一些主要的礦壓假說(shuō)都是從經(jīng)驗(yàn)事實(shí)、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)以及數(shù)學(xué)力學(xué)的一般原理出發(fā)，在假定巖體基本屬性的前提下，采用某些分析手段來(lái)闡述采場(chǎng)礦壓的基本問(wèn)題，每種假說(shuō)都有其合理成分，有些觀點(diǎn)是基本普遍公認(rèn)可以肯定的，如： 1) 采場(chǎng)支架所受載荷僅是上覆巖層的重量中的一小部分。根據(jù)支架與圍巖的作用關(guān)系，支架可能處于給定載荷或給定變形工作狀態(tài)； 2) 煤層(礦體)開(kāi)采后，在采場(chǎng)周?chē)膸r(煤)體中將產(chǎn)生應(yīng)力重新分布、變形乃至破壞，應(yīng)力重新分布的結(jié)果是在鄰近采場(chǎng)的巖

18、體內(nèi)形成卸壓區(qū)，而在工作面前后方及兩側(cè)煤體 (或冒落矸石、充填物)上形成應(yīng)力升高區(qū)，遠(yuǎn)離采場(chǎng)則為未受采動(dòng)影響的原巖應(yīng)力區(qū)； 3) 盡管對(duì)開(kāi)采層上覆巖層的認(rèn)識(shí)千差萬(wàn)別，但有一點(diǎn)是共同的，那就是都承認(rèn)在采場(chǎng)上方巖層中存在某種力的結(jié)構(gòu)(拱、梁，板等)，這種結(jié)構(gòu)承擔(dān)著上覆巖層的重量，使工作面支架僅承受少部分上覆巖層的重量，并且這種結(jié)構(gòu)的平衡與失穩(wěn)會(huì)給采場(chǎng)帶來(lái)嚴(yán)重影響。他們的聯(lián)系是所有的假說(shuō)都是拱內(nèi)有梁，梁中有拱；區(qū)別是各自有各自的觀點(diǎn)和可以的解釋現(xiàn)象。二、巷道礦山壓力有哪些理論，各種理論的主要觀點(diǎn)如何？可以解釋哪些現(xiàn)象？試論述各理論間有何聯(lián)系與區(qū)別？你認(rèn)為往什么方向發(fā)展，才能取得較大的進(jìn)展。答：巷道礦

19、壓理論包括采動(dòng)影響巷道礦壓理論、錨桿支護(hù)技術(shù)、圍巖注漿加固及充填技術(shù)和巷道底鼓控制技術(shù)等。1.組合梁理論機(jī)理：將錨固范圍內(nèi)的巖層擠緊，增加各巖層間的摩擦力，防止巖石沿層面滑動(dòng)，避免各巖層出現(xiàn)離層現(xiàn)象，提高其自撐能力。將巷道頂板錨固范圍內(nèi)的幾個(gè)薄巖層鎖緊成一個(gè)較厚的巖層（組合梁）。在上覆巖層載荷的作用下，這種組合厚巖層內(nèi)的最大彎曲應(yīng)變和應(yīng)力都將大大減小，組合梁的撓度亦減小。其局限：(1)組合梁有效組合厚度很難確定。(2)沒(méi)有考慮水平應(yīng)力對(duì)組合梁強(qiáng)度、穩(wěn)定性及錨桿載荷的作用。其實(shí)，在水平應(yīng)力較大的巷道中，水平應(yīng)力是頂板破壞、失穩(wěn)的主要原因。(3)只適用于層狀項(xiàng)板而且儀考慮了錨桿對(duì)離層及滑動(dòng)的約束作

20、用，沒(méi)有涉及錨桿對(duì)巖體強(qiáng)度、變形模量及應(yīng)力分布的影響。適用條件：層狀地層和頂板在相當(dāng)距離內(nèi)不存在穩(wěn)定巖層，懸吊作用處于次要地位。2.懸吊理論的機(jī)理：將巷道頂板較軟弱巖層懸吊在上部穩(wěn)定巖層上，以避免較軟弱巖層的破壞、失穩(wěn)和塌落，錨桿所受的拉力來(lái)自被懸吊的巖層重量。缺點(diǎn)：（1）沒(méi)有考慮圍巖的自承能力，而且將被錨固體與原巖體分開(kāi)。 （2）懸吊理論僅考慮了錨桿的被動(dòng)抗拉作用，沒(méi)有涉及其抗剪能力及對(duì)破碎巖層整體強(qiáng)度的改變。理論計(jì)算的載荷與實(shí)際出入較大。適用條件：錨桿可以錨固到頂板堅(jiān)硬穩(wěn)定巖層3.組合拱理論機(jī)理：在破裂區(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錨桿群，只要

21、鋪桿間距足夠小，各個(gè)錯(cuò)桿形成的壓應(yīng)力圓錐體將相互交錯(cuò)，就能在巖體中形成一個(gè)均勻的壓縮帶，即承壓拱，這個(gè)承壓拱可以承受其上部破碎巖石施加的徑向荷載。在承壓拱內(nèi)的巖石徑向及切向均受壓，處于三向應(yīng)力狀態(tài)，其圍巖強(qiáng)度得到提高，支撐能力也相應(yīng)加大。缺點(diǎn)：一般不能作為準(zhǔn)確的定量設(shè)計(jì)。適用條件：頂板無(wú)穩(wěn)定巖層4.最大水平應(yīng)力理論機(jī)理：礦井巖層的水平應(yīng)力通常大于垂直應(yīng)力，水平應(yīng)力具有明顯的方向性。在最大水平應(yīng)力作用下，頂?shù)装鍘r層易于發(fā)生剪切破壞，出現(xiàn)錯(cuò)動(dòng)與松動(dòng)而膨脹造成圍巖變形，錨桿的作用即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)。缺點(diǎn)：直觀性較差。5.全長(zhǎng)錨固中性點(diǎn)理論機(jī)理：全長(zhǎng)錨固中性點(diǎn)理論由東北

22、大學(xué)王明恕教授等提出了，該理論認(rèn)為在靠近巖石壁面部分（錨桿尾部），錨桿阻止圍巖向壁面變形，剪力指向壁面。在圍巖深處（錨桿頭部），圍巖阻止錨桿向壁面方向移動(dòng)，錨桿上的剪力指向相背的分界點(diǎn)，稱為中性點(diǎn)。該點(diǎn)處剪應(yīng)力為零，軸向拉應(yīng)力為最大。由中性點(diǎn)向錨桿兩端剪應(yīng)力逐漸增大，軸向拉應(yīng)力逐漸減少。6.聯(lián)合支護(hù)理論機(jī)理：馮豫、陸家梁、鄭雨天、朱效嘉教授等提出的聯(lián)合支護(hù)技術(shù)是在新奧法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，其觀點(diǎn)可以概括為：對(duì)于巷道支護(hù)，一昧強(qiáng)調(diào)支護(hù)剛度是不行的，特別是對(duì)于松軟巖土圍巖要先柔后剛，先抗后讓，柔讓適度，穩(wěn)定支護(hù)。由此發(fā)展起來(lái)的支護(hù)形式有錨噴網(wǎng)技術(shù)、錨噴網(wǎng)架技術(shù)、錨帶網(wǎng)架技術(shù)、錨帶噴架等聯(lián)合支護(hù)技術(shù)

23、。7.錨噴一弧板支護(hù)理論機(jī)理：孫鈞、鄭雨天和朱效嘉等提出的錨噴-弧板支護(hù)理論是對(duì)聯(lián)合支護(hù)理論的發(fā)展。該理論的要點(diǎn)是：對(duì)軟巖總是強(qiáng)調(diào)放壓是不行的，放壓到一定程度后，要堅(jiān)決頂住，即采用高標(biāo)號(hào)、高強(qiáng)度鋼筋混凝土弧板作為聯(lián)合支護(hù)理論先柔后剛的剛性支護(hù)形式，堅(jiān)決限制和頂住圍巖向中空位移。8.松動(dòng)圈理論機(jī)理：松動(dòng)圈理論是由中國(guó)礦業(yè)大學(xué)董方庭教授提出的，其主要內(nèi)容是：凡是堅(jiān)硬圍巖的裸露巷道，其圍巖松動(dòng)圈都接近于零，此時(shí)巷道圍巖的彈塑性變形雖然存在，但并不需要支護(hù)。松動(dòng)圈越大，收斂變形越大，支護(hù)難度就越大。因此，支護(hù)的目的在于防止圍巖松動(dòng)圈發(fā)展過(guò)程中的有害變形。根據(jù)圍巖松動(dòng)圈支護(hù)理論，錨噴支護(hù)的機(jī)理和支護(hù)參數(shù)

24、應(yīng)以松動(dòng)圈的大小來(lái)確定。發(fā)展方向是向以解決深井軟巖巷道大變形、大地壓、難支護(hù)等問(wèn)題的方向發(fā)展。三、試從“梁”和“拱”兩大體系的思路，論述砌體梁理論、關(guān)鍵層理論和傳遞巖梁理論。這些理論有無(wú)實(shí)質(zhì)性的區(qū)別？若有，區(qū)別在哪里？若無(wú)，請(qǐng)?jiān)敿?xì)說(shuō)明。答：砌體梁理論-采場(chǎng)上覆巖層可分為“縱三帶”和“橫三區(qū)”，砌體梁結(jié)構(gòu)為梁-拱式結(jié)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)特征為分組一致下沉,且受支配層制約，力的傳遞關(guān)系為垂直力傳向水平力，結(jié)構(gòu)特征為半拱式結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵塊，平衡條件為S-R平衡,滑落失穩(wěn)顯現(xiàn)為臺(tái)階,回轉(zhuǎn)失穩(wěn)顯現(xiàn)為頂板下沉量增大)。 關(guān)鍵層理論-關(guān)鍵層是指對(duì)采場(chǎng)上覆巖層局部或直至地表的全部巖層活動(dòng)起主要控制作用的巖層.支承特征為關(guān)鍵層

25、破壞前以板 (或簡(jiǎn)化為梁 )的結(jié)構(gòu)形式 ,作為全部巖層或?qū)硬繋r層的承載主體 ,斷裂后若滿足巖塊結(jié)構(gòu)的S-R穩(wěn)定，則成為砌體梁結(jié)構(gòu) ,繼續(xù)成為承載主體；關(guān)鍵層破斷后將成為砌體梁結(jié)構(gòu),主關(guān)鍵層與亞關(guān)鍵層之間、亞關(guān)鍵層與亞關(guān)鍵層之間的變形不協(xié)調(diào)或不整合將形成巖層移動(dòng)中的離層和各種裂隙分布。 傳遞巖梁理論-一組同時(shí)運(yùn)動(dòng)的巖層看作一個(gè)整體,傳遞力的巖梁；老頂是由對(duì)采場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)有明顯影響的一組或幾組“巖梁”組成，對(duì)于老頂中的每一巖梁,由于裂斷巖塊之間的相互咬合,始終能向煤壁前方和采空區(qū)矸石上傳遞作用力；巖梁運(yùn)動(dòng)時(shí)的作用力無(wú)需由支架全部承擔(dān)，支架承擔(dān)作用力的大小,由對(duì)其運(yùn)動(dòng)的控制要求決定；內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)由運(yùn)動(dòng)巖梁

26、決定，以塑性區(qū)存在為前提，改變支架工作阻力可以改變內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)的大小和分布；外應(yīng)力場(chǎng)由上覆巖層決定,穩(wěn)定與否取決于基本頂?shù)倪\(yùn)動(dòng)狀態(tài)和工作面的推進(jìn)；支架對(duì)直接頂?shù)淖饔檬墙o定荷載；支架對(duì)基本頂?shù)淖饔檬墙o定變形和限定變形。這些理論無(wú)實(shí)質(zhì)性的區(qū)別，都是采用梁假說(shuō)，均認(rèn)為巖梁可以傳遞水平力，考慮成層性,假定分組一致下沉。四、綠色開(kāi)采關(guān)鍵技術(shù)有哪些？試論述礦壓理論對(duì)指導(dǎo)綠色開(kāi)采關(guān)鍵技術(shù)的作用。答：煤礦綠色開(kāi)采以及相應(yīng)的綠色開(kāi)采技術(shù),在基本概念上是要從廣義資源的角度上來(lái)認(rèn)識(shí)和對(duì)待煤、瓦斯、水等一切可以利用的各種資源。基本出發(fā)點(diǎn)是防止或盡可能減輕開(kāi)采煤炭對(duì)環(huán)境和其他資源的不良影響。目標(biāo)是取得最佳的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效

27、益。根據(jù)煤礦中土地、地下水、瓦斯以及矸石排放等,綠色開(kāi)采主要包括以下內(nèi)容:水資源保護(hù)“保水開(kāi)采”；瓦斯抽放“煤與瓦斯共采”;土地與建筑物保護(hù)“充填開(kāi)采”；排放矸石占用土地污染環(huán)境“煤炭地下氣化”等。關(guān)鍵技術(shù)：1.保水開(kāi)采：通過(guò)對(duì)開(kāi)采方法、巖層控制技術(shù)以及開(kāi)采與巖層水流動(dòng)相互關(guān)系的研究，解決因煤炭開(kāi)采造成的水資源流失和土壤沙漠化問(wèn)題，研究地下水因開(kāi)采而形成的滲透、流動(dòng)規(guī)律。2.充填開(kāi)采方法：初步建成高性能、低成本膏體充填新材料制備及充填工藝系統(tǒng)。主要解決的問(wèn)題是實(shí)現(xiàn)建筑物、水體等特殊條件下的煤炭資源高采出率開(kāi)采以及地表不沉陷，地下水不流失等。3.矸石井下處理技術(shù)：如矸石井下處理系統(tǒng)及物流可控技術(shù)

28、，矸石不出井的巷道布置、開(kāi)采技術(shù)及系統(tǒng)可靠性，與綠色開(kāi)采相關(guān)的技術(shù)及理論，如充填及降沉技術(shù)及理論等。主要解決矸石在地面堆積而引起的相關(guān)環(huán)境問(wèn)題等。4.煤與瓦斯共采：關(guān)鍵層理論-關(guān)鍵層運(yùn)動(dòng)對(duì)上鄰近層瓦斯動(dòng)態(tài)涌出與下解放層開(kāi)采最大卸壓高度的影響；“O形圈”在卸壓瓦斯抽放中的作用機(jī)理；巖層運(yùn)動(dòng)對(duì)瓦斯抽放鉆孔的破壞及其防護(hù)對(duì)策、瓦斯的綜合利用等。減少礦井有害氣體的排出，最大限度地在開(kāi)采煤炭的同時(shí)將瓦斯采出。5.深部及復(fù)雜地質(zhì)條件下開(kāi)采：深部及復(fù)雜地質(zhì)條件下的巷道圍巖綜合控制新理論，新技術(shù)，特別是煤巷錨桿支護(hù)理論與技術(shù)的突破；建立“地應(yīng)力測(cè)試等地質(zhì)力學(xué)評(píng)估數(shù)值計(jì)算分析設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)測(cè)及信息反饋”巖層控制

29、體系；沖擊礦壓的機(jī)理、預(yù)測(cè)及控制技術(shù)；深部高應(yīng)力條件下的采場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)規(guī)律及上覆巖層的移動(dòng)規(guī)律等。6.煤炭地下氣化：如“長(zhǎng)通道、大斷面、兩階段”技術(shù)理論，聚能點(diǎn)火理論，滲流燃燒理論，地下氣化爐測(cè)控原理等。解決燃燒環(huán)境下的上覆巖層應(yīng)力、破斷、位移與滲流問(wèn)題，礦壓作用下的煤層燃燒控制技術(shù)與優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定產(chǎn)氣新工藝。礦壓理論對(duì)指導(dǎo)綠色開(kāi)采關(guān)鍵技術(shù)的作用主要表現(xiàn)在關(guān)鍵層理論對(duì)指導(dǎo)綠色開(kāi)采關(guān)鍵技術(shù)的作用。具體如下： 關(guān)鍵層理論主要觀點(diǎn)：關(guān)鍵層理論將使采場(chǎng)礦壓、巖層移動(dòng)和地表沉陷等方面的研究有機(jī)地統(tǒng)一成一個(gè)整體；判斷某一巖層是否為關(guān)鍵層 ,需同時(shí)滿足關(guān)鍵層的剛度判別條件和強(qiáng)度判別條件；當(dāng)出現(xiàn)與地表沉陷相對(duì)應(yīng)的多層

30、巖層同步協(xié)調(diào)變形和破壞時(shí) ,其最下部堅(jiān)硬巖層為主關(guān)鍵層 ,只是巖體內(nèi)部數(shù)層巖層協(xié)調(diào)變形與破斷 ,并不影響至地表時(shí) ,其下部堅(jiān)硬巖層為亞關(guān)鍵層；關(guān)鍵層在破斷前為彈性地基梁 (或板 ) ,用此模型可較為準(zhǔn)確地計(jì)算出采場(chǎng)來(lái)壓步距和巖層移動(dòng)的周期性變化規(guī)律 .關(guān)鍵層破斷后將成為砌體梁結(jié)構(gòu)；主關(guān)鍵層與亞關(guān)鍵層之間、亞關(guān)鍵層與亞關(guān)鍵層之間的變形不協(xié)調(diào)或不整合將形成巖層移動(dòng)中的離層和各種裂隙分布。 關(guān)鍵層理論的運(yùn)用之一-采場(chǎng)上覆巖層移動(dòng)控制技術(shù)：留煤柱；充填法，采空區(qū)充；覆巖離層區(qū)注漿；主關(guān)鍵層下部將是離層注漿的最佳層位。 關(guān)鍵層理論的運(yùn)用之二-瓦斯抽采：運(yùn)用關(guān)鍵層破斷移動(dòng)規(guī)律，建立了卸壓瓦斯抽放“O”形圈

31、理論，它是指導(dǎo)卸壓瓦斯抽放鉆孔布置的理論依據(jù)；理論與實(shí)測(cè)研究證明 ,覆巖遠(yuǎn)距離煤層能充分卸壓 ,其卸壓煤層氣可通過(guò)“O”形圈大面積抽放出來(lái)。試驗(yàn)研究表明,鄰近開(kāi)采煤層的下部關(guān)鍵層的破斷運(yùn)動(dòng)對(duì)“導(dǎo)氣”裂隙發(fā)育的動(dòng)態(tài)過(guò)程起控制作用,鄰近層卸壓瓦斯的涌出受控于“導(dǎo)氣”裂隙發(fā)育的動(dòng)態(tài)過(guò)程；根據(jù)“導(dǎo)氣”裂隙發(fā)育規(guī)律，上部鄰近層卸壓瓦斯走向高抽巷布置應(yīng)遵循如下原則：高抽巷沿傾向位置，在初采期應(yīng)位于采空區(qū)中部，而在正?；夭善陂g，應(yīng)位于“O”形圈內(nèi)。5.展望深部開(kāi)采采場(chǎng)與巷道礦山壓力理論的研究方向和發(fā)展趨勢(shì)。答：國(guó)內(nèi)外眾多科研工作者和工程技術(shù)人員圍繞地下開(kāi)采圍巖應(yīng)力分布、支承壓力計(jì)算、采動(dòng)裂隙演化特征等礦山壓力理論方面開(kāi)展了許多研究, 取得了一系列成果, 對(duì)推動(dòng)煤礦安全高效開(kāi)采起到積極重要作用。但地下開(kāi)采是圍巖應(yīng)力場(chǎng)、破壞場(chǎng)、變形場(chǎng)和裂隙場(chǎng)不斷演化的過(guò)程, 采場(chǎng)礦山壓力客