礦壓習(xí)題集及總結(jié)課件

1、1什么是礦山壓力和礦山壓力顯現(xiàn)？答：地下巖體被采動(dòng)以前，在其自重的作用下形成的原巖應(yīng)力是處于平衡狀態(tài)的。當(dāng)在煤、巖體內(nèi)開掘巷道或進(jìn)行回采工作時(shí)，就會(huì)破壞原來的應(yīng)力平衡狀態(tài)，引起巖體內(nèi)的應(yīng)力重新分布。這種由于礦山開采活動(dòng)的影響，在巷硐周圍巖體中形成的和作用于巷硐支護(hù)物上的力定義為礦山壓力。由于礦山壓力的作用在巷道、回采工作面引起的一系列力學(xué)現(xiàn)象，如圍巖的變形或擠入巷道，巖體破壞、移動(dòng)或冒落，煤體被壓碎、片幫或突然拋出，支架的變形或破壞，充填物產(chǎn)生壓實(shí)，巖層和地表的移動(dòng)或塌陷等，這些由于礦山壓力作用使巷硐周圍巖體和支護(hù)物產(chǎn)生的種種力學(xué)現(xiàn)象，統(tǒng)稱為礦山壓力顯現(xiàn)，簡(jiǎn)稱為礦壓顯現(xiàn)。第二章礦山巖體的原巖應(yīng)

2、力及其重新分布一、內(nèi)容提要1巖體內(nèi)原巖應(yīng)力的概念巖體內(nèi)形成原巖應(yīng)力的主要原因有兩種，由于巖體自重而引起的自重應(yīng)力和由于地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)而引起的構(gòu)造應(yīng)力。自重應(yīng)力是形成巖體垂直應(yīng)力和水平應(yīng)力的根本原因。構(gòu)造應(yīng)力主要是指水平應(yīng)力。在礦山地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單地區(qū)的巖體可能只有自重應(yīng)力，在地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜地區(qū)的巖體中可能同時(shí)有自重應(yīng)力和構(gòu)造應(yīng)力存在。二、習(xí)題1什么叫原巖應(yīng)力狀態(tài)，對(duì)原巖應(yīng)力狀態(tài)有幾種假說？答：地殼中沒有受到人類工程活動(dòng)影響的巖體叫做原巖。原巖的原始應(yīng)力狀態(tài)。原巖所處的應(yīng)力狀態(tài)叫做原巖的原始應(yīng)力狀態(tài)。關(guān)于原巖的應(yīng)力狀態(tài)有兩種假說：（1）彈性假說，認(rèn)為巖體處于彈性狀態(tài)，其受力與變形的關(guān)系附合虎克定律，在垂

3、直應(yīng)力作用下將在巖體中引起水平應(yīng)力的作用，其側(cè)壓系數(shù)l0.250.43。（2）靜水應(yīng)力狀態(tài)假說，認(rèn)為在地下深處的巖體由于長(zhǎng)期的地質(zhì)作用和巖石的拐變作向應(yīng)力和垂直應(yīng)力趨于相等，即側(cè)壓系數(shù)l=1。第三章回采工作面上覆巖層活動(dòng)規(guī)律及其分析一、內(nèi)容提要1老項(xiàng)巖層的梁式平衡回采工作面自開切眼向前推進(jìn)一段距離以后，直接頂開始垮落，老頂懸露于采空區(qū)之上而未折斷，類似于一端由工作面前煤壁支撐，另一端由邊界煤柱支撐的兩端固定的梁。這時(shí)，開采空間上覆巖層處于平衡狀態(tài)，通常將這種狀態(tài)稱為老頂?shù)牧菏狡胶狻?老頂巖層斷裂時(shí)的極限跨距隨著回采工作面的推進(jìn)，當(dāng)老頂巖梁達(dá)到一定跨距時(shí)，老頂巖梁因其中的應(yīng)力超過巖梁的強(qiáng)度極限而

4、發(fā)生斷裂。通常將老頂巖梁要斷裂時(shí)的跨距稱為老頂巖梁的極限跨距。其數(shù)值可按以下公式計(jì)算：（1）當(dāng)回采空間周圍均未采動(dòng)時(shí)，可按固定梁計(jì)算：（2）當(dāng)回采空間周圍均已采空或用刀桂法管理頂板時(shí)，其極限跨距可按簡(jiǎn)支梁計(jì)算，=3裂陳體梁的平衡老頂巖層達(dá)到極限跨距以后，老頂巖層就要斷裂形成所謂裂涼體。但斷裂后的巖塊由于向下回轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生相互擠壓和摩擦而不發(fā)生垮落。這時(shí)，斷裂巖塊間形成三鉸拱式平衡。通常將這種平衡稱為裂隙體梁的平衡。裂隙體梁的平衡條件可用下式表示：()qj- 式中R兩巖塊之間的剪力；T巖塊之間的水平擠壓力；j巖塊間的摩擦角；q一一巖塊間的斷裂角。5有關(guān)巖體“結(jié)構(gòu)”的礦山壓力假說”（1）壓力拱假說。該

5、假說認(rèn)為在回采工作空間上方由于巖層自然平衡而形成一個(gè)“壓力拱”，前后拱腳之間形成一個(gè)減壓區(qū)，回采工作面支架只承受壓力拱內(nèi)巖石重量的作用。（2）懸梁假說。該假說認(rèn)為頂板在初次垮落以后，可將其看作是一個(gè)懸臂梁，隨著工作面的推進(jìn)，懸臂梁發(fā)生周期性拆斷；因而造成回采工作面的局期來壓。（3）預(yù)成裂隙假說。該假說認(rèn)為，煤層開采后，由于支承壓力的作用頂板的連續(xù)性被破壞，形成成組出現(xiàn)的礦壓裂隙在工作面周圍形成應(yīng)力降低、應(yīng)力升高和采動(dòng)影響區(qū)，三個(gè)區(qū)域隨著工作面的推進(jìn)同時(shí)向前移動(dòng)。這時(shí)，可將其視為“假塑性體，被各種裂隙破壞了的假塑性體彼此壓緊形成預(yù)應(yīng)力梁，此梁在自重和上覆巖層的作用下發(fā)生彎曲、下沉、滑移以至垮落。

6、為了控制頂板，支架應(yīng)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。（4）鉸接巖塊假說。該假說認(rèn)為，很據(jù)直接頂分層厚度和煤層采高的關(guān)系不同，可將開采空間上方的頂板巖層分為冒落帶和裂隙帶。裂隙帶內(nèi)巖塊可以互相咬合形成三鉸拱式平衡，使采場(chǎng)免受上部巖層的作用。6裂隙帶巖層的結(jié)構(gòu)模型及形成巖體結(jié)構(gòu)的平衡條件上覆巖層的巖體結(jié)構(gòu)主要由堅(jiān)硬巖層組成，軟巖層只作為載荷，堅(jiān)硬巖息斷裂成巖塊后排列整齊并互相咬合，這樣，就可以建立一個(gè)靜定的力學(xué)模型。根據(jù)力學(xué)計(jì)算，巖體結(jié)構(gòu)的平衡條件為：（1）巖塊間應(yīng)有足夠的水平推力，且不可過大。（2）巖塊的下沉量S1要小，厚度h較大，且S1要遠(yuǎn)小于h。（3）巖塊間的斷裂角。要小于

7、巖塊間的摩擦角（4）巖塊間的剪切力Q要小于巖塊間的摩擦力，即巖體結(jié)構(gòu)上作用的載荷不易過大。二、習(xí)題1什么是直接頂、偽頂和老頂，它們之間有何不同？答：賦存在煤層之上的巖層統(tǒng)稱為煤層的頂板。直接位于煤層之上的一層或幾層性質(zhì)相似的巖層稱為直接頂，它由于具有一定穩(wěn)定性，在回采工作面回柱放頂后易跨落的頁(yè)巖、砂頁(yè)巖等不太堅(jiān)硬的巖層組成。位于直接頂和煤層之間，厚度小于0.3m至0.5m極易冒落的較軟弱巖層稱為偽頂。它隨著煤體的破落而冒落，通常由炭質(zhì)頁(yè)巖組成。位于直接頂之上（有時(shí)直接位于煤層之上）的厚而堅(jiān)硬的巖層稱為老頂。它通常不隨回采工作面回柱放頂而冒落，而是以鉸接巖梁的形式下沉，一般由砂巖、礫巖和石灰?guī)r等

8、堅(jiān)硬巖層組成。老頂是引起回采工作面頂板初次來壓和周期來壓的主要原因。老頂巖層愈厚、愈堅(jiān)硬，礦山壓力顯現(xiàn)愈強(qiáng)烈。直接頂是影響回采工作面頂板初次來壓和周期來壓劇烈程度的主要原因，直接頂愈厚初次來壓和周期來壓顯現(xiàn)就愈弱，反之，來壓顯現(xiàn)愈強(qiáng)烈。2怎樣理解長(zhǎng)壁工作面頂板在初次來壓前的“拱”或“梁”，式結(jié)構(gòu)？答：隨著回采工作面的不斷向前推進(jìn)，直接頂不斷冒落，當(dāng)直接頂之上存在有比較堅(jiān)硬的巖層時(shí)，堅(jiān)硬巖層不易冒落，可能形成大面積懸露，這時(shí)懸露在采空區(qū)上部的堅(jiān)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，由于工作面沿傾斜的長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于堅(jiān)硬巖層沿走向的跨距，因此，可以將此懸露的堅(jiān)硬巖層視為兩端固定的“梁”，如圖31a所示。隨著工作面推進(jìn)，懸露的堅(jiān)硬巖層達(dá)到極限跨距，就要發(fā)生彎曲和斷裂。此時(shí)，由于斷裂巖塊的向下轉(zhuǎn)動(dòng)而在巖塊之間產(chǎn)生強(qiáng)大的水平擠壓力，從而形成如圖31b所示的“三鉸拱”式平衡，此三鉸拱可以支撐上部巖層的部分重量。再有一種情況就是，直接頂以上沒有堅(jiān)硬的巖層，隨著工作面的向前推進(jìn)頂板呈層狀冒落而形成“冒落拱”式結(jié)構(gòu)，如圖31c所示。在煤層開采過程中，由于頂板巖層中有梁或