礦山壓力試題

一、名詞解釋：（每題2分，共20分）

1、礦山壓力2、巖石的孔隙度3、泊松比4、流變5、蠕變

6、原巖應(yīng)力7、支承壓力8、回采工作面9、初次來壓10、砌體梁

二、填空題：（每空1分，共10分）

1、根據(jù)回采工作面前后的應(yīng)力分布情況，可將工作面前后劃分為減壓區(qū)、

和。

2、根據(jù)破斷的程度，回采工作面上覆巖層可分為和。

3、采空區(qū)處理方法有煤柱支撐法,，和。

4、直接頂?shù)耐暾潭热Q于，。

5、初撐力是指。

三、簡答題：（8題任選6題，每題5分，共30分）

1、對原巖應(yīng)力狀態(tài)有哪兒種假說？

2、巖石的孔隙性、孔隙度和孔隙比有什么不同？

3、煤層開采后，上覆巖層按破壞方式可以分為哪兒個(gè)區(qū)？

4、采區(qū)平道礦壓顯現(xiàn)沿走向要經(jīng)歷那幾個(gè)階段？

5、影響回采工作面礦山壓力顯現(xiàn)的主要因素有哪些？

6、簡述回采工作面支架與圍巖關(guān)系的特點(diǎn)。

7、簡述采區(qū)巷道支護(hù)的主要形式。

8、什么叫煤礦動(dòng)壓現(xiàn)象？

四、計(jì)算題（每題5分，共10分）

1、某回采工作面煤層采高m=2.5m,直接頂為粘土頁巖，其總厚度gh=8m,直

接頂?shù)钠扑榕蛎浵禂?shù)Kp=1.4,試問煤層開采后，破碎的直接頂巖石能否充滿采

空區(qū)？

2、某礦取頁巖巖樣3塊，作成直徑5a”，長10c〃?的標(biāo)準(zhǔn)試件3塊，分別做

45°,55°,65°的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)，施加的最大載荷相應(yīng)為17.6kN、12kN、9.65kN,求

頁巖的內(nèi)聚力C和內(nèi)摩擦角°。

五、論述題：（4題任選3題，每題10分，共30分）

1、畫出巖體的應(yīng)力應(yīng)變?nèi)糖€，并簡述該過程。

2、莫爾強(qiáng)度理論和格里菲斯強(qiáng)度理論提出的基本思想是什么？它們本質(zhì)上有什

么區(qū)別？

3、敘述采區(qū)巷道變形與破壞的影響因素。

4、簡述減壓區(qū)的形成及其實(shí)際意義？

一、名詞解釋：（20）

礦山壓力——由于在地下煤巖中進(jìn)行采掘活動(dòng)而在井巷、洞室及回采工作面周圍煤、巖體中

和其中的支護(hù)物上所引起的力，就叫做礦山壓力。

巖石的孔隙度——巖石中各種孔洞、裂隙體積的總和與巖石總體積之比。

泊松比——巖石受單向壓縮載荷時(shí)，試件在軸向縮短的同時(shí)產(chǎn)生橫向膨脹，其橫向應(yīng)變與軸

向應(yīng)變的比值稱為泊松比。

流變——有些材料在開始出現(xiàn)塑性變形以后，常在應(yīng)力不變或應(yīng)力增加很小的情況下繼續(xù)產(chǎn)

生變形，這種變形叫做流變。

蠕變——固體材料在不變載荷的長期作用下，其變形隨時(shí)間的增長而緩慢增加的現(xiàn)象稱為蠕

原巖應(yīng)力——天然存在于原巖而與任何認(rèn)為原因無關(guān)的應(yīng)力。

支承壓力——在巖體內(nèi)開掘巷道后，巷道兩側(cè)增加的切向應(yīng)力。

回采工作面——在煤層或礦床的開采過程中，直接進(jìn)行采煤或采有用礦物的工作空間。

初次來壓——由于老頂?shù)谝淮问Х€(wěn)而產(chǎn)生的工作面頂板來壓。

砌體梁——工作面上下兩區(qū)破斷的巖塊咬合形成的外表似梁，實(shí)質(zhì)是拱的平衡結(jié)構(gòu)。

二、填空題：（10分）

1、減壓區(qū)，增壓區(qū)，穩(wěn)壓區(qū)。

2、冒落帶和裂隙帶。

3、緩慢下沉法，采空區(qū)充填法。

4：巖層本身的）學(xué)性質(zhì)，著接頂巖層內(nèi)由各種原因造成的層理和裂隙的發(fā)育程度。

5、支柱對頂板的主動(dòng)作用力。

三、簡答題：（30分）

1、對原巖應(yīng)力狀態(tài)有哪幾種假說？

答：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)系符合虎克定律，在垂

直應(yīng)力作用下將在巖體中引起水平應(yīng)力的作用。

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期的地質(zhì)作用喝巖石的蠕變作用

而使巖體中的測向應(yīng)力和垂直應(yīng)力趨于相等。

2、巖石的孔隙性、孔隙度和孔隙比有什么不同？

答：巖石的孔隙性是指巖石中孔隙和裂隙的發(fā)育程度，表征它的指標(biāo)有兩種：孔隙度和

孔隙比?？梢娍紫抖群涂紫侗仁欠从晨紫缎缘闹笜?biāo)。

孔隙度n是巖石中各種孔隙、裂隙體積的總和與巖石總體積之比；孔隙比e是巖石中各

種孔隙、裂隙體積的總和與巖石內(nèi)固體部分實(shí)體積之比。顯然，孔隙度n和孔隙比e存在以

n

e=-----

下關(guān)系：1—"。

3、煤層開采后，上覆巖層按破壞方式可以分為哪幾個(gè)區(qū)？

答：1、A區(qū)域，即煤壁支撐影響區(qū)，這個(gè)區(qū)域在煤壁前方30?40m的范圍內(nèi)。該區(qū)域

內(nèi)巖層有較明顯的水平移動(dòng)，而垂直移動(dòng)甚小，有時(shí)巖層還可能出現(xiàn)上升現(xiàn)象。2、B區(qū)域，

也稱為離層區(qū)。這個(gè)區(qū)域是在回采工作面推過以后的采空區(qū)上方。這個(gè)區(qū)的巖層移動(dòng)特點(diǎn)是:

破斷巖層的垂直位移急劇增大，其下部巖層的垂直移動(dòng)速度大于上部巖層的垂直移動(dòng)速度，

因而下部巖層和上部巖層發(fā)生離層。3、C區(qū)域，稱為重新壓實(shí)區(qū)。這個(gè)區(qū)域內(nèi)裂隙帶的巖

層重新受到已冒落肝石的支撐垂直移動(dòng)減緩，其下部巖層的垂直移動(dòng)速度小于上部巖層，因

而使巖層時(shí)出現(xiàn)的層間空隙又重新閉合。

4、采區(qū)平道礦壓顯現(xiàn)沿走向要經(jīng)歷那幾個(gè)階段？

答：巷道掘進(jìn)階段，無采掘影響階段，采動(dòng)影響階段，采動(dòng)影響穩(wěn)定階段，二次采動(dòng)影

響階段。

5、影響回采工作面礦山壓力顯現(xiàn)的主要因素有哪些？

答：采高與控頂距，工作面推進(jìn)速度，開采深度，煤層傾角。

6、簡述回采工作面支架與圍巖關(guān)系的特點(diǎn)。

答：支架圍巖是相互作用的一對力，支架受力的大小及其在回采工作面分布的規(guī)律與支

架性能有關(guān)，支架結(jié)構(gòu)及尺寸對頂板壓力有一定影響。

7、簡述采區(qū)巷道支護(hù)的主要形式。

答：1、基本支護(hù)，一般包括木支護(hù)和金屬支護(hù)，2、加強(qiáng)支護(hù)，主要為了抵抗采動(dòng)影響

所造成的礦山壓力，3、巷旁支護(hù)，在沿空巷道靠采空區(qū)一側(cè)專門設(shè)置的人工建筑物，4、巷

道圍巖加固，包括錨桿加固和化學(xué)加固。

8、什么叫煤礦動(dòng)壓現(xiàn)象？

答：煤礦開采過程中，在高應(yīng)力狀態(tài)下積聚有大量彈性能的煤或巖體，在一定的條件下

突然發(fā)生破壞、冒落或拋出，使能量突然釋放，呈現(xiàn)聲響、震動(dòng)以及氣浪等明顯的動(dòng)力效應(yīng)，

這些現(xiàn)象統(tǒng)稱為煤礦動(dòng)壓現(xiàn)象。

四、計(jì)算題(10)

1>答：8*1.4=10.2m,8+2.5=10.5m

不能充滿采空區(qū)。

2、答：(1)求每塊試件破壞面上的剪應(yīng)力和正應(yīng)力：

Ta--sinfz

據(jù)A可得：

r45o=6340kPa;工550=5010攵PQ;%。=4460kPa

aa=—cosa

據(jù)A可得：

cr45o=679O^P^;CT55O=351OZ:Ptz;(T65o=20S0kPa

(2)求巖石的內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角

根據(jù)C=—

當(dāng)「45。=63406&。45。=679067〃時(shí),得.

C=6340—6790吆。

當(dāng)%。=5010女尸生35。=3510—a時(shí)，得:

C=5010-3510^^

次夕=0.405,得.(p=22"

C=3590女Pa

五、分析題：(30分)

1、畫出巖體的應(yīng)力應(yīng)變?nèi)糖€，并簡述該過程。

答：巖石的應(yīng)力應(yīng)變?nèi)糖€，又稱全應(yīng)力一應(yīng)變曲線，是在剛性實(shí)驗(yàn)機(jī)上得到的、反

映巖石加載后變形和破壞全過程的實(shí)驗(yàn)曲線，如圖1-1,它與在一般普通的材料實(shí)驗(yàn)機(jī)上得

到的曲線不同，可以分為以下階段：

1、OA段，為巖石的壓密階段，由于巖石內(nèi)部各種裂隙受壓閉合而形成；2、AB段，

接近于直線，為線彈性階段，B點(diǎn)為彈性極限；3、BC段，為塑性階段，在這個(gè)階段巖石內(nèi)

部有微破裂發(fā)生，又稱為破裂發(fā)展階段，巖石到C點(diǎn)發(fā)生破壞，C點(diǎn)即為強(qiáng)度極限；4、CD

段，巖石的破壞是一個(gè)漸進(jìn)的發(fā)展過程，即巖石在C點(diǎn)達(dá)到強(qiáng)度極限以后仍有一定的承載

能力，在低于強(qiáng)度極限的壓力下應(yīng)變繼續(xù)擴(kuò)大，直到壓力降到某一較小值，巖石在D點(diǎn)達(dá)

到完全破壞。這?段卸載曲線稱為后破壞曲線或峰后特性曲線。

2、莫爾強(qiáng)度理論和格里菲斯強(qiáng)度理論提出的基本思想是什么？它們本質(zhì)上有什么區(qū)別？

答：莫爾強(qiáng)度理論認(rèn)為，材料破壞主要使由于破壞面上的剪應(yīng)力達(dá)到一定限度，但此剪

應(yīng)力還與破壞面上由于正應(yīng)力造成的摩擦阻力有關(guān)。也就是說，材料某一點(diǎn)發(fā)生破壞，不僅

取決于該點(diǎn)的剪應(yīng)力，同時(shí)取決于正應(yīng)力，即沿某一面剪斷時(shí)剪應(yīng)力與正應(yīng)力存在著一定的

函數(shù)關(guān)系，「=/（0）。

格離菲斯強(qiáng)度理論認(rèn)為，任何材料內(nèi)部都存在各種細(xì)微的裂縫，當(dāng)材料處于一定的應(yīng)力

狀態(tài)時(shí)，在這些裂縫的端部便會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中。如果主應(yīng)力為拉應(yīng)力，則在裂縫端部產(chǎn)生幾

倍于主應(yīng)力的拉應(yīng)力；如果主應(yīng)力為壓應(yīng)力，在裂縫端部也產(chǎn)生拉應(yīng)力。當(dāng)裂縫周圍拉應(yīng)力

超過巖石的抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)由于裂縫的擴(kuò)展而造成巖石的破壞。

莫爾強(qiáng)度理論的實(shí)質(zhì)是剪切破壞理論，而格里菲斯強(qiáng)度理論的實(shí)質(zhì)是脆性拉斷破壞理論,

這就是它們實(shí)質(zhì)上的區(qū)別。

3、敘述采區(qū)巷道變形與破壞的影響因素。

答：（一）自然因素

1、圍巖性質(zhì)及其構(gòu)造特性，2、巷道埋臧深度，3、煤層傾角、4、地質(zhì)構(gòu)造因素、5、

水的影響、6、時(shí)間因素的影響。

（-）巷道斷面形狀和大小

1、回采工作狀況，如巷道是處于一側(cè)還是二側(cè)受采動(dòng)影響，是受一次還是多次采動(dòng)影

響，2、巷道的保護(hù)方法，3、巷道斷面的形狀與大小，巷道掘進(jìn)方法、掘進(jìn)與回采工作面在

時(shí)間、空間上的相互關(guān)系及巷道本身采用的支架類型、支護(hù)方式、支護(hù)參數(shù)等等。

4、簡述減壓區(qū)的形成及其實(shí)際意義？

答：當(dāng)在巖體內(nèi)開掘了巷道或者回采工作面后，巷道或回采工作面周圍巖體中必然要產(chǎn)

生應(yīng)力重新分布，在巷道兩側(cè)形成2~3倍原始應(yīng)力的集中應(yīng)力，再工作面前方煤壁上形成

4~5倍以上原始英里的集中應(yīng)力。在這樣大的垂直應(yīng)力作用下巷道周圍巖體或工作面前煤壁

必然產(chǎn)生破壞。從而使圍巖的支撐粒降低，集中的支承壓力就要向巖體內(nèi)部轉(zhuǎn)移。由于深部

巖體處于三向應(yīng)力狀態(tài)，其強(qiáng)度逐漸增加，直到某一半徑處巖體的強(qiáng)度等于或大于集中應(yīng)力

時(shí)為止。這樣就在巷道或采場周圍的巖體中形成了減壓區(qū)。

由于巷道或采場周圍巖體中存在減壓區(qū)，使巷道或采場內(nèi)支架免受高應(yīng)力的作用，因此，

采用支撐能力較小的支架就可能較好的維護(hù)這些開采空間，從而降低支架的支護(hù)費(fèi)用。

一、名詞解釋：（每題2分，共20分）

礦山壓力泊松比流變原巖應(yīng)力直接頂

周期來壓砌體梁原生裂隙載荷集度碎脹性

二、填空題：（每空1分，共10分）

1、根據(jù)破斷的程度，回采工作面上覆巖層可分為和。

2、直接頂?shù)耐暾潭热Q于，。

3、節(jié)理裂隙分為，…

4、蠕變變形曲線可分為和兩類。

5、工作面頂板下沉量與采高及控頂距的大小成關(guān)系。

三、簡答題：（8題任選6題，每題5分，共30分）

1、影響巖石強(qiáng)度的因素有哪些？

2、什么是原巖應(yīng)力狀態(tài)？

3、簡述煤層開采后，上覆巖層的破壞方式。

4、直接頂?shù)姆€(wěn)定性對工作面的支護(hù)原理有何影響？

5、采區(qū)平道礦壓顯現(xiàn)沿走向要經(jīng)歷那兒個(gè)階段？

6、簡述回采工作面支架與圍巖關(guān)系的特點(diǎn)。

7、簡述采區(qū)巷道支護(hù)的主要形式。

8、巷道卸壓方法目前應(yīng)用的有哪兒種？

四、計(jì)算題：（每題5分，共10分）

1、某回采工作面頂板的最大控頂距為5加，根據(jù)實(shí)測得到在最大控頂距處的頂

板下沉量為340〃〃〃，若將最大控頂距縮小到3用，在最大控頂距處的頂板下沉

量是多少？

2、有一緩斜煤層，其頂板由四巖層組成，各巖層的數(shù)據(jù)如下表，如采用刀柱法

處理采空區(qū)，刀柱間的距離應(yīng)該是多少？

巖層數(shù)據(jù)表

容重層厚彈性模量抗拉強(qiáng)度

石IJ.J層|=?

322

y(kN/m)E（kN/m）Rr（kN/m）

122.64.024.5xlO613.72xl03

224.52.710.8xl06

325.52.014.7xl06

424.53.522.6xl06

五、論述題：（4題任選3題，每題10分，共30分）

1、什么是圍巖的極限平衡？極限平衡區(qū)范圍的大小與哪些因素有關(guān)？

2、敘述采區(qū)巷道變形與破壞的影響因素。

3、巖石結(jié)構(gòu)與巖石構(gòu)造得異同是什么？

4、試說明礦山壓力和礦山壓力顯現(xiàn)的關(guān)系。

一、名詞解釋：（20分）

礦山壓力——由于在地下煤巖中進(jìn)行采掘活動(dòng)而在井巷、桐1室及回采工作面周圍煤、巖體中

和其中的支護(hù)物上所引起的力，就叫做礦山壓力。

泊松比——巖石受單向壓縮載荷時(shí)，試件在軸向縮短的同時(shí)產(chǎn)生橫向膨脹，其橫向應(yīng)變與軸

向應(yīng)變的比值稱為泊松比。

流變——有些材料在開始出現(xiàn)塑性變形以后，常在應(yīng)力不變或應(yīng)力增加很小的情況下繼續(xù)產(chǎn)

生變形，這種變形叫做流變。

原巖應(yīng)力——天然存在于原巖而與任何認(rèn)為原因無關(guān)的應(yīng)力。

直接頂——直接位于煤層上方的一層或幾層性質(zhì)相近的巖層。

周期來壓——由于裂隙帶巖層周期性失穩(wěn)而引起的頂板來壓現(xiàn)象。

砌體梁——工作面上下兩區(qū)破斷的巖塊咬合形成的外表似梁，實(shí)質(zhì)是拱的平衡結(jié)構(gòu)。

原生裂隙——巖層在形成過程中由于溫度、礦物結(jié)晶及沉積的作用二形成的弱面。

載荷集度——在回采工作面頂板懸頂距范圍內(nèi)，單位面積頂板對支架的載荷稱為頂板的我荷

集度。

碎脹性——巖石在破碎以后的體積比整體狀態(tài)卜增大的性質(zhì)，稱為巖石的碎脹性。

二、填空題：（10分）

1、冒落帶，裂隙帶。

2、巖層本身的力學(xué)性質(zhì)，直接頂巖層內(nèi)由各種原因造成的層理和裂隙的發(fā)育程度。

3、原生裂隙，構(gòu)造裂隙，壓裂裂隙。

4、穩(wěn)定蠕變，不穩(wěn)定蠕變。

5、正比。

三、簡答題：（30分）

1、影響巖石強(qiáng)度的因素有哪些？

答：巖石性質(zhì)，巖石的構(gòu)造特征，試件的幾何尺寸，巖石所處的物理狀態(tài)，加載速度,

巖石的受載狀態(tài)等。

2、什么是原巖應(yīng)力狀態(tài)？

答：天然存在于原巖內(nèi)而與任何人為原因無關(guān)的應(yīng)力狀態(tài)，稱為原巖應(yīng)力狀態(tài)。

3、簡述煤層開采后，上覆巖層的破壞方式。

答：當(dāng)煤層開采以后，由于直接頂下部形成較大的空間，直接頂破斷后，巖塊呈不規(guī)則

垮落，排列極不整齊，其松散系數(shù)較大。一般將具有這種破壞方式的巖層稱為冒落帶，冒落

帶以上的頂板巖層由于其下部自由空間較小，巖層斷裂后，其向下移動(dòng)時(shí)受到相互牽制，巖

層只是斷裂下沉而無翻轉(zhuǎn)，通常將這個(gè)區(qū)域叫做裂隙帶。再向上直至地表的巖層只有彎曲下

沉而無斷裂，這一帶成為彎曲下沉帶。

4、直接頂?shù)姆€(wěn)定性對工作面的支護(hù)原理有何影響？

答：直接頂式回采工作空間直接維護(hù)的對象。直接頂?shù)姆€(wěn)定性直接影響著工作面支護(hù)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(hù)頂功能，在煤層開采以后，

不應(yīng)使頂板的暴露面積過大，以免發(fā)生局部冒頂，采用單體支架要注意采取有效的勾頂措施,

防止頂板從架間漏空，影響支架對頂板的支護(hù)；在采用液壓自移支架時(shí)，應(yīng)選用掩護(hù)性能較

好的掩護(hù)式支架。直接頂?shù)姆€(wěn)定性較好時(shí)，對勾頂要求并不嚴(yán)格，可以選用支撐式或支撐掩

護(hù)式支架。

5、采區(qū)平道礦壓顯現(xiàn)沿走向要經(jīng)歷那幾個(gè)階段？

答：巷道掘進(jìn)階段，無采掘影響階段，采動(dòng)影響階段，采動(dòng)影響穩(wěn)定階段，二次采動(dòng)影

響階段。

6、簡述回采工作面支架與圍巖關(guān)系的特點(diǎn)。

答：支架圍巖是相互作用的?對力，支架受力的大小及其在回采工作面分布的規(guī)律與支

架性能有關(guān)，支架結(jié)構(gòu)及尺寸對頂板壓力有一定影響。

7、簡述采區(qū)巷道支護(hù)的主要形式。

答：1、基本支護(hù)，一般包括木支護(hù)和金屬支護(hù)，2、加強(qiáng)支護(hù)，主要為了抵抗采動(dòng)影響

所造成的礦山壓力，3、巷旁支護(hù)，在沿空巷道靠采空區(qū)一側(cè)專門設(shè)置的人工建筑物，4、巷

道圍巖加固，包括錨桿加固和化學(xué)加固。

8、巷道卸壓方法目前應(yīng)用的有哪兒種？

答：（一）在巷道周圍形成槽孔，常用以下兩種方法：鉆孔卸壓和切槽卸壓。（二）在巷

旁形成卸壓空間，主要方法有：1、寬面掘巷卸壓，2、在巷旁留專門得卸壓空間。（三）大

面積區(qū)域性卸載。

四、計(jì)算題：（10分）

1、某回采工作面頂板的最大控頂距為5〃?，根據(jù)實(shí)測得到在最大控頂距處的頂板下沉量為

340m加，若將最大控頂距縮小到3加，在最大控頂距處的頂板卜一沉量是多少？

答:在一般情況下，回采工作面的頂板下沉量可用公式SL=〃加乙進(jìn)行計(jì)算。由于在同一個(gè)

工作面只改變了控頂距L,而頂板條件、煤層采高均相同，即"和用相同。所以，在兩種

情況下頂板下沉量和工作面頂板的控頂距L成正比，即：LI:L2=S”：Sn,得：

S_J?S”

°L2~Z

L2

代入數(shù)據(jù)可得最大控頂距為3m的頂板下沉量：

「LS3x34024

S=-2---Z-1=------=204mm

L/?2

L25

2、有一緩斜煤層，其頂板山四巖層組成，各巖層的數(shù)據(jù)如下表，如采用刀柱法處理采空區(qū),

刀柱間的距離應(yīng)該是多少？

巖層數(shù)據(jù)表

巖層容重夕（kN/"/）層厚以由）彈性模量E（kN/m2）抗拉強(qiáng)度R，3//）

122.64.024.5xl0613.72X103

224.52.710.8xl06

325.52.014.7xl06

424.53.522.6xl06

答：首先計(jì)算作用在第一巖層上的載荷集度口值。第一巖層本身的載荷集度名為:

41=%%=22.6x4=90.4kNIm~

第二巖層對第一巖層的作用時(shí)，有：

二E向3v+%為）

E/：+E2K，代入數(shù)據(jù)得：（%%=137.%N/m2>/

第三巖層對第一層的作用時(shí)，有：

EJ1：（八%+%力2+%〃3）

（%）i=17L4AN/〃J＞（%）］

E/：+E2hl+E3hl

第四巖層對第一層的作用時(shí)，有:

E冏（八%+%"+九"+九4）

（%）i=-160.4kN/m2＜（%）］

+E,h：++E）：

山此可以看出第四層對第一層巖層的載荷已經(jīng)沒有影響，計(jì)算第一巖層的載荷只計(jì)算到

（私）1即可，此時(shí)，q=。）1=1714kN/nr

由于頂板巖層多數(shù)為脆性破壞，取安全系數(shù)〃=6,則刀柱間的距離應(yīng)為安全跨距，為：

心…四=4嗎亨電=20.66,”

\nqV6x171.4

五、分析題：（30分）

1、什么是圍巖的極限平衡？極限平衡區(qū)范圍的大小與哪些因素有關(guān)？

答：在地下巖體中開掘巷道后，巷道周圍巖體就由原來的三軸受力狀態(tài)變?yōu)殡p軸或單軸

受力狀態(tài)。一般巷道周邊的巖塊是處于單軸壓縮狀態(tài)，巷道周邊巖塊在垂直應(yīng)力的作用下,

就會(huì)發(fā)生破壞，隨著向巖體內(nèi)部發(fā)展，巖塊由單軸受壓或雙軸受壓逐漸變?yōu)槿S受壓狀態(tài),

其抗壓強(qiáng)度也逐漸增加。在某一半徑為R的范圍內(nèi)巖塊的應(yīng)力圓和其強(qiáng)度包絡(luò)線相切，這

一范圍內(nèi)的巖塊受力狀態(tài)叫做極限平衡狀態(tài)。巖體處于極限平衡狀態(tài)的區(qū)域叫極限平衡區(qū)。

極限平衡區(qū)的大小主要與巷道距地表的深度、巷道尺寸及圍巖的力學(xué)性質(zhì)等因素有關(guān)。

2、敘述采區(qū)巷道變形與破壞的影響因素。

答：（）自然因素

1、圍巖性質(zhì)及其構(gòu)造特性，2、巷道埋藏深度，3、煤層傾角、4、地質(zhì)構(gòu)造因素、5、

水的影響、6、時(shí)間因素的影響。

（二）巷道斷面形狀和大小

1、回采工作狀況，如巷道是處于?側(cè)還是二側(cè)受采動(dòng)影響，是受一次還是多次采動(dòng)影

響，2、巷道的保護(hù)方法，3、巷道斷面的形狀與大小，巷道掘進(jìn)方法、掘進(jìn)與回采工作面在

時(shí)間、空間上的相互關(guān)系及巷道本身采用的支架類型、支護(hù)方式、支護(hù)參數(shù)等等。

3、巖石結(jié)構(gòu)與巖石構(gòu)造得異同是什么？

答：巖石的結(jié)構(gòu)是指決定巖石組織的各種特征的總和，如顆粒的大小、形狀、連結(jié)特征、

膠結(jié)物類型、存在孔隙情況等；而巖石的構(gòu)造是指組成巖石的礦物顆粒之間、以及它與其它

組成部分之間的排列方式和填充方式，如巖石可屬于整體構(gòu)造，多孔狀構(gòu)造和層狀構(gòu)造等。

煤礦中遇到的巖石絕大多數(shù)是沉積巖，有較明顯的層理，屬層狀構(gòu)造。層狀構(gòu)造的特點(diǎn)

是，巖石顆?；ハ嘟惶?，表現(xiàn)出層次疊置現(xiàn)象（層理）。

9、試說明礦山壓力和礦山壓力顯現(xiàn)的關(guān)系。

答:礦山壓力和礦山壓力顯現(xiàn)是兩個(gè)不同的概念，兩者具有因果關(guān)系。后者是由前者引起的，

沒有前者就沒有后者。有些礦山壓力顯現(xiàn)的大小直接由礦山壓力引起，如：巷道圍巖的變形

和破壞，煤壁的壓酥和片幫等都隨礦山壓力的增大而變的更加強(qiáng)烈；而有的礦山壓力顯現(xiàn)雖

然也是由礦山壓力引起的，但它們還要受其他因素的影響。如：工作面頂板下沉，支架上所

承受的載荷等，它們并不隨礦山壓力的增大而成正比的增大。頂板下沉受工作面上覆巖層運(yùn)

動(dòng)規(guī)律的制約，它和煤層的采高及工作面的控頂距成正比。支架上所承受載荷的大小與支架

本身的特性及頂板下沉量的大小有關(guān)。從以上分析可以看出，礦山壓力大，礦山壓力顯現(xiàn)不

一定強(qiáng)烈。

一、名詞解釋：（每題2分，共20分）

巖石的孔隙性泊松比蠕變構(gòu)造應(yīng)力回采工作面

周期來壓砌體梁構(gòu)造裂隙載荷集度碎脹性

二、填空題：（每空1分，共10分）

1、采空區(qū)處理方法有煤柱支撐法，，和全部垮落法。

2、節(jié)理裂隙分為，，壓裂裂隙。

3、巖石的破壞機(jī)理有和兩種。

4、適合于巖石的兩種強(qiáng)度理論是和。

5、減輕采區(qū)巷道受壓的重要措施包括：使巷道處于低壓區(qū)，…

三、簡答題：（8題任選6題，每題5分，共30分）

1、巖石的孔隙性、孔隙度和孔隙比有什么不同？

2、簡述有關(guān)回采工作面上覆巖層結(jié)構(gòu)的假說。

3、老頂?shù)姆€(wěn)定性對工作面的支護(hù)原理有何影響？

4、采區(qū)平道礦壓顯現(xiàn)沿走向要經(jīng)歷那幾個(gè)階段？

5、影響回采工作面礦山壓力顯現(xiàn)的主要因素有哪些？

6、支架選型的基本原則是什么？

7、回采工作面礦壓現(xiàn)場觀測的目的是什么？

8、周期來壓的主要表現(xiàn)形式？

四、計(jì)算題：（每題5分，共10分）

1、某回采工作面頂板的最大控頂距為5根，根據(jù)實(shí)測得到在最大控頂距處的頂

板下沉量為340〃?〃?，若將最大控頂距縮小到3〃z,在最大控頂距處的頂板下沉

量是多少？

2、某工作面使用單體液壓支架，每根支柱的額定工作阻力為294ZW/根，頂板的

最大控頂距為5根，支柱為四排控頂，柱距為。7加，求單體液壓支架對頂板能

夠提供的最大支護(hù)強(qiáng)度是多少？

五、論述題：（4題任選3題，每題10分，共30分）

1、畫出巖體的應(yīng)力應(yīng)變?nèi)糖€，并簡述該過程。

2、敘述采區(qū)巷道變形與破壞的影響因素。

3、試分析采場上覆巖層所形成的裂隙體梁的失穩(wěn)條件。

4、試說明礦山壓力和礦山壓力顯現(xiàn)的關(guān)系。

一、名詞解釋：（20分）

巖石的孔隙性——巖石中孔洞和裂隙的發(fā)育程度。

泊松比——巖石受單向壓縮載荷時(shí)，試件在軸向縮短的同時(shí)產(chǎn)生橫向膨脹，其橫向應(yīng)變與軸

向應(yīng)變的比值稱為泊松比。

蠕變——固體材料在不變載荷的長期作用下，其變形隨時(shí)間的增長而緩慢增加的現(xiàn)象稱為蠕

變。

構(gòu)造應(yīng)力——由于地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)而引起的應(yīng)力。

回采工作面——在煤層或礦床的開采過程中，直接進(jìn)行采煤或采有用礦物的工作空間。

周期來壓——由于裂隙帶巖層周期性失穩(wěn)而引起的頂板來壓現(xiàn)象。

砌體梁——工作面上下兩區(qū)破斷的巖塊咬合形成的外表似梁，實(shí)質(zhì)是拱的平衡結(jié)構(gòu)。

構(gòu)造裂隙——巖層形成后，經(jīng)劇烈的地質(zhì)運(yùn)動(dòng)而形成的弱面。

載荷集度——在回采工作面頂板懸頂距范圍內(nèi)，單位面積頂板對支架的載荷稱為頂板的載荷

集度。

碎脹性——巖石在破碎以后的體積比整體狀態(tài)下增大的性質(zhì)，稱為巖石的碎脹性。

二、填空題：（10分）

1、采空區(qū)處理方法有煤柱支撐法，緩慢下沉法,采空區(qū)充填法和全部垮落法。

2、節(jié)理裂隙分為原牛裂隙,構(gòu)造裂隙,壓裂裂隙。

3、巖石的破壞機(jī)理有拉斷和剪切兩種。

4、適合于巖石的兩種強(qiáng)度理論是莫爾理論和格里菲斯理論。

5、減輕采區(qū)巷道受壓的重要措施包括：使巷道處于低壓區(qū)，將巷道布置在性質(zhì)良好的巖層

出，對巷道進(jìn)行卸壓。

三、簡答題：（30分）

1、巖石的孔隙性、孔隙度和孔隙比有什么不同？

答：巖石的孔隙性是指巖石中孔隙和裂隙的發(fā)育程度，表征它的指標(biāo)有兩種：孔隙度和

孔隙比?？梢娍紫抖壤紫侗仁欠从晨紫缎缘闹笜?biāo)。

孔隙度n是巖石中各種孔隙、裂隙體積的總和與巖石總體積之比；孔隙比e是巖石中各

種孔隙、裂隙體積的總和與巖石內(nèi)固體部分實(shí)體積之比。顯然，孔隙度n和孔隙比e存在以

n

e-----

下關(guān)系：1—“。

2、簡述有關(guān)回采工作面上覆巖層結(jié)構(gòu)的假說。（101）

答：1、壓力拱假說，認(rèn)為在這兩個(gè)前后拱腳之間，無論在頂板或底板中都形成了一個(gè)

減壓區(qū)，回采工作面的支架只承受壓力拱內(nèi)的巖石重量。2、懸梁假說，認(rèn)為頂板巖層是一

種連續(xù)介質(zhì)，在靠近煤幫處頂板下沉量最小，表現(xiàn)的頂板壓力也小。3、預(yù)成裂隙假說，認(rèn)

為由于開采的影響，回采工作面上覆巖層的連續(xù)性被破壞，從而成為非連續(xù)性。在回采工作

面周圍存在著應(yīng)力降低區(qū)、應(yīng)力升高區(qū)和采動(dòng)影響區(qū)。隨著工作面的推進(jìn)，三個(gè)區(qū)域同時(shí)響

應(yīng)地向前移動(dòng)。4、較接巖塊假說，認(rèn)為如果直接頂巖層分層厚度小于采高，則在采空區(qū)形

成冒落帶。較接巖塊間的平衡關(guān)系為三錢拱式的平衡。

3、老頂?shù)姆€(wěn)定性對工作面的支護(hù)原理有何影響？

答：老頂?shù)姆€(wěn)定性對直接頂?shù)姆€(wěn)定性有著直接影響，而且對支架的支護(hù)強(qiáng)度、支架可縮

量及采空區(qū)處理方法的選擇都有決定性作用和影響。堅(jiān)硬的老頂其周期來壓步距較長，來壓

強(qiáng)度較大，要求支架具有較大的支護(hù)強(qiáng)度，才能保證工作面安全。在采用垮落法處理采空區(qū)

的情況下，對于周期來壓比較強(qiáng)烈的頂板，其下沉量將會(huì)增大，所以，要求支架應(yīng)有較大的

可縮性。

4、采區(qū)平道礦壓顯現(xiàn)沿走向要經(jīng)歷那幾個(gè)階段？

答：巷道掘進(jìn)階段，無采掘影響階段，采動(dòng)影響階段，采動(dòng)影響穩(wěn)定階段，二次采動(dòng)影

響階段。

5、影響回采工作面礦山壓力顯現(xiàn)的主要因素有哪些？

答：采高與控頂距，工作面推進(jìn)速度，開采深度，煤層傾角。

6、支架選型的基本原則是什么？

答：根據(jù)直接頂分類和老頂分類確定所選擇支架的類型，根據(jù)煤層的采高和頂板的類型

確定支架對頂板的支護(hù)強(qiáng)度，再確定支架對頂板的工作阻力以及支架的最大、最小結(jié)構(gòu)高度,

割據(jù)煤層瓦斯涌出量，核算支架類型。

7、回采工作面礦壓現(xiàn)場觀測的目的是什么？

答：其目的在于掌握工作面老頂來壓顯現(xiàn)、步距和強(qiáng)度；分析回采空間支架與圍巖相互

作用關(guān)系；為研制采煤機(jī)械和支護(hù)設(shè)備、合理的安排工序、合理的選擇采煤參數(shù)、支護(hù)方式

和頂板管理方法提出要求和提供科學(xué)依據(jù)。

8、周期來壓的主要表現(xiàn)形式？

答：頂板下沉速度急劇增加，頂板的下沉量變大；支柱所受的載荷普遍增加：有時(shí)還能引起

煤壁片幫、支柱折損、頂板發(fā)生臺(tái)階下沉等。

四、計(jì)算題：（10分）

1、某回采工作面頂板的最大控頂距為5加，根據(jù)實(shí)測得到在最大控頂距處的頂板下沉量為

340"”〃，若將最大控頂距縮小到3加，在最大控頂距處的頂板下沉量是多少？

答：在一般情況下，回采工作面的頂板下沉量可用公式=%"乙進(jìn)行計(jì)算。由于在同一個(gè)

工作面只改變了控頂距L,而頂板條件、煤層采高均相同，即〃和加相同。所以，在兩種

情況下頂板下沉量和工作面頂板的控頂距L成正比，即：乙：&=S”：SL2,得：

c=J-S

L2

~L2

代入數(shù)據(jù)可得最大控頂距為3m的頂板下沉量：

。L2-SLi3x340_..

SL［2）=-..-=------=204/72/n

L25

2、某工作面使用單體液壓支架，每根支柱的額定工作阻力為294AN/根，頂板的最大控頂

距為5加，支柱為四排控頂，柱距為0-7加，求單體液壓支架對頂板能夠提供的最大支護(hù)強(qiáng)

度是多少？

答：在控頂距范圍內(nèi)，四根單體液壓支柱可能提供的總支撐力為：e=4x294=1176^o

由于工作面各排支柱并不能全部達(dá)到額定工作阻力，根據(jù)實(shí)測其平均工作阻力只有額定工作

阻力的60~80%。在這種情況下，單體液壓支柱對頂板的支護(hù)強(qiáng)度為：

=（0.6?。.8）〃0=.?0.8）x4x294=2016^268

LS5x0.7

五、分析題：（30分）

1、畫出巖體的應(yīng)力應(yīng)變?nèi)糖€，并簡述該過程。

答：巖石的應(yīng)力應(yīng)變?nèi)糖€，又稱全應(yīng)力一應(yīng)變曲線，是在剛性實(shí)驗(yàn)機(jī)上得到的、反

映巖石加載后變形和破壞全過程的實(shí)驗(yàn)曲線，如圖1-1,它與在一般普通的材料實(shí)驗(yàn)機(jī)上得

到的曲線不同，可以分為以下階段：

1、OA段，為巖石的壓密階段，由于巖石內(nèi)部各種裂隙受壓閉合而形成；2、AB段，

接近于直線，為線彈性階段，B點(diǎn)為彈性極限；3、BC段，為塑性階段，在這個(gè)階段巖石內(nèi)

部有微破裂發(fā)生，又稱為破裂發(fā)展階段，巖石到C點(diǎn)發(fā)生破壞，C點(diǎn)即為強(qiáng)度極限；4、CD

段，巖石的破壞是一個(gè)漸進(jìn)的發(fā)展過程，即巖石在C點(diǎn)達(dá)到強(qiáng)度極限以后仍有一定的承載

能力，在低于強(qiáng)度極限的壓力下應(yīng)變繼續(xù)擴(kuò)大，直到壓力降到某一較小值，巖石在D點(diǎn)達(dá)

到完全破壞。這?段卸載曲線稱為后破壞曲線或峰后特性曲線。

2、敘述采區(qū)巷道變形與破壞的影響因素。

答：（一）自然因素

1、圍巖性質(zhì)及其構(gòu)造特性，2、巷道埋藏深度，3、煤層傾角、4、地質(zhì)構(gòu)造因素、5、

水的影響、6、時(shí)間因素的影響。

（二）巷道斷面形狀和大小

1、回采工作狀況，如巷道是處于一側(cè)還是二側(cè)受采動(dòng)影響，是受一次還是多次采動(dòng)影

響，2、巷道的保護(hù)方法，3、巷道斷面的形狀與大小，巷道掘進(jìn)方法、掘進(jìn)與回采工作面在

時(shí)間、空間上的相互關(guān)系及巷道本身采用的支架類型、支護(hù)方式、支護(hù)參數(shù)等等。

3、試分析采場上覆巖層所形成的裂隙體梁的失穩(wěn)條件。（3-13）

答：采場上覆巖層重形成的結(jié)構(gòu)就是上覆巖層的破斷巖塊間形成的“三錢拱”式平衡，

外形上好象是由裂隙體巖層形成的梁。裂隙提梁的失穩(wěn)就是巖塊間的“三錢拱”式平衡遭到

破壞所致。裂隙體梁的失穩(wěn)有兩種情況：一是變形失穩(wěn)，二是滑落失穩(wěn)。兩種失穩(wěn)都和巖塊

間產(chǎn)生的水平推力的大小有關(guān)。

當(dāng)巖塊間的水平推力過大時(shí)，巖塊在向下回轉(zhuǎn)的過程中，其接觸處的應(yīng)力將超過巖塊的

抗壓強(qiáng)度，從而使巖塊破壞，“三錢拱”也因變形過大而破壞，致使裂隙體梁發(fā)生變形式穩(wěn)。

當(dāng)巖塊間的水平推力過小時(shí)，巖塊間產(chǎn)生的摩擦力也很小，不能承受巖塊間的剪切力，

則懸露巖塊就要產(chǎn)生滑落失穩(wěn)。

4、試說明礦山壓力和礦山壓力顯現(xiàn)的關(guān)系。

答:礦山壓力和礦山壓力顯現(xiàn)是兩個(gè)不同的概念，兩者具有因果關(guān)系。后者是由前者引起的，

沒有前者就沒有后者。有些礦山壓力顯現(xiàn)的大小直接由礦山壓力引起，如：巷道圍巖的變形

和破壞，煤壁的壓酥和片幫等都隨礦山壓力的增大而變的更加強(qiáng)烈；而有的礦山壓力顯現(xiàn)雖

然也是由礦山壓力引起的，但它們還要受其他因素的影響。如：工作面頂板下沉，支架上所

承受的載荷等，它們并不隨礦山壓力的增大而成正比的增大。頂板下沉受工作面上覆巖層運(yùn)

動(dòng)規(guī)律的制約，它和煤層的采高及工作面的控頂距成正比。支架上所承受載荷的大小與支架

本身的特性及頂板下沉量的大小有關(guān)。從以上分析可以看出，礦山壓力大，礦山壓力顯現(xiàn)不

一定強(qiáng)烈。

一、名詞解釋：（每題2分，共20分）

礦山壓力巖石的孔隙比流變自重應(yīng)力支承壓力

老頂周期來壓砌體梁壓裂裂隙載荷集度

二、填空題：（每空1分，共10分）

1、根據(jù)破斷的程度，回采工作面上覆巖層可分為和。

2、直接頂?shù)耐暾潭热Q于，。

3、蠕變變形曲線可分為和兩類。

4、采區(qū)巷道的主要支護(hù)形式有基本支護(hù)，加強(qiáng)支護(hù)，和。

5、無煤柱護(hù)巷的基本方式有和。

三、簡答題：(8題任選6題，每題5分，共30分)

1、對原巖應(yīng)力狀態(tài)有哪幾種假說？

2、影響巖石強(qiáng)度的因素有哪些？

3、老頂?shù)姆€(wěn)定性對工作面的支護(hù)原理有何影響？

4、采區(qū)平道礦壓顯現(xiàn)沿走向要經(jīng)歷那幾個(gè)階段？

5、簡述采區(qū)巷道支護(hù)的主要形式。

6、什么叫煤礦動(dòng)壓現(xiàn)象？

7、分層開采時(shí)，下分層與上分層相比礦壓顯現(xiàn)有什么特點(diǎn)？

8、衡量礦山壓力顯現(xiàn)程度的指標(biāo)有哪些？

四、計(jì)算題：(每題5分，共10分)

1、有一緩斜煤層，其頂板由四巖層組成，各巖層的數(shù)據(jù)如下表，如采用刀柱法

處理采空區(qū)，刀柱間的距離應(yīng)該是多少？

巖層數(shù)據(jù)表

容重層厚彈性模量抗拉強(qiáng)度

LU日

石層

22

y(kN1而)/?(//?)E(kN/m)Rr(kN/m)

122.64.024.5xlO613.72x103

224.52.710.8xl06

325.52.014.7xl06

424.53.522.6xlO6

2、有某石灰?guī)r做抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)，當(dāng)5“=4.8MPa時(shí)，rnl=\5.^MPa.當(dāng)

o“2=8.2MPa時(shí)，r?2=18MPao而該巖石在做三向抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)側(cè)壓

5“=°時(shí)，凡=82.6MP”，求側(cè)壓力巴“=5MPa時(shí)其三向抗壓強(qiáng)度是多少？

五、論述題：（4題任選3題，每題10分，共30分）

1、什么是圍巖的極限平衡？極限平衡區(qū)范圍的大小與哪些因素有關(guān)?

2、巖石結(jié)構(gòu)與巖石構(gòu)造得異同是什么？

3、簡述減壓區(qū)的形成及其實(shí)際意義？

4、試分析采場上覆巖層所形成的裂隙體梁的失穩(wěn)條件。

1、名詞解釋：（20分）

礦山壓力——由于在地下煤巖中進(jìn)行采掘活動(dòng)而在井巷、洞室及回采工作面周圍煤、巖體中

和其中的支護(hù)物上所引起的力，就叫做礦山壓力。

巖石的孔隙比——巖石中各種孔洞和裂隙體積的總和與巖石內(nèi)固體部分實(shí)體積之比。

流變——有些材料在開始出現(xiàn)塑性變形以后，常在應(yīng)力不變或應(yīng)力增加很小的情況下繼續(xù)產(chǎn)

生變形，這種變形叫做流變。

自重應(yīng)力——由于巖體自重而引起的應(yīng)力。

支承壓力——在巖體內(nèi)開掘巷道后，巷道兩側(cè)增加的切向應(yīng)力。

老頂—位于直接頂上方的厚而堅(jiān)硬的巖層。

周期來壓——由于裂隙帶巖層周期性失穩(wěn)而引起的頂板來壓現(xiàn)象。

砌體梁——工作面上下兩區(qū)破斷的巖塊咬合形成的外表似梁，實(shí)質(zhì)是拱的平衡結(jié)構(gòu)。

壓裂裂隙——指在煤層開采時(shí)引起的破壞面。

載荷集度——在回采工作面頂板懸頂距范圍內(nèi)，單位面積頂板對支架的載荷稱為頂板的載荷

集度。

二、填空題：（10分）

1、根據(jù)破斷的程度，回采工作面上覆巖層可分為冒落帶和裂隙帶。（98）

1、直接頂?shù)耐暾潭热Q于巖層本身的力學(xué)性質(zhì),有接頂巖層內(nèi)由各種原因造成的層理和

裂隙的發(fā)育程度。

1、蠕變變形曲線可分為穩(wěn)定蠕變和不穩(wěn)定蠕變兩類。

4、采區(qū)巷道的主要支護(hù)形式有基本支護(hù)，加強(qiáng)支護(hù)，巷旁支護(hù)和巷道圍巖加固。

5、無煤柱護(hù)巷的基本方式有沿空掘巷和沿空留巷。

三、簡答題：（30分）

1、對原巖應(yīng)力狀態(tài)有哪幾種假說？

答：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)系符合虎克定律，在垂

直應(yīng)力作用下將在巖體中引起水平應(yīng)力的作用。

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期的地質(zhì)作用喝巖石的蠕變作用

而使巖體中的測向應(yīng)力和垂直應(yīng)力趨于相等。

2、影響巖石強(qiáng)度的因素有哪些？

答：巖石性質(zhì)，巖石的構(gòu)造特征，試件的幾何尺寸，巖石所處的物理狀態(tài)，加載速度，

巖石的受載狀態(tài)等。

3、老頂?shù)姆€(wěn)定性對工作面的支護(hù)原理有何影響？

答：老頂?shù)姆€(wěn)定性對直接頂?shù)姆€(wěn)定性有著直接影響，而且對支架的支護(hù)強(qiáng)度、支架可縮

量及采空區(qū)處理方法的選擇都有決定性作用和影響。堅(jiān)硬的老頂其周期來壓步距較長，來壓

強(qiáng)度較大，要求支架具有較大的支護(hù)強(qiáng)度，才能保證工作面安全。在采用垮落法處理采空區(qū)

的情況下，對于周期來壓比較強(qiáng)烈的頂板，其下沉量將會(huì)增大，所以，要求支架應(yīng)有較大的

可縮性。

4、采區(qū)平道礦壓顯現(xiàn)沿走向要經(jīng)歷那幾個(gè)階段？

答：巷道掘進(jìn)階段，無采掘影響階段，采動(dòng)影響階段，采動(dòng)影響穩(wěn)定階段，二次采動(dòng)影

響階段。

5、簡述采區(qū)巷道支護(hù)的主要形式。

答：1、基本支護(hù)，一般包括木支護(hù)和金屬支護(hù)，2、加強(qiáng)支護(hù)，主要為了抵抗采動(dòng)影響

所造成的礦山壓力，3、巷旁支護(hù)，在沿空巷道靠采空區(qū)一側(cè)專門設(shè)置的人工建筑物，4、巷

道圍巖加固，包括錨桿加固和化學(xué)加固。

6、什么叫煤礦動(dòng)壓現(xiàn)象？

答：煤礦開采過程中，在高應(yīng)力狀態(tài)下積聚有大量彈性能的煤或巖體，在一定的條件下

突然發(fā)生破壞、冒落或拋出，使能量突然釋放，呈現(xiàn)聲響、震動(dòng)以及氣浪等明顯的動(dòng)力效應(yīng)，

這些現(xiàn)象統(tǒng)稱為煤礦動(dòng)壓現(xiàn)象。

7、分層開采時(shí)，下分層與上分層相比礦壓顯現(xiàn)有什么特點(diǎn)？

答：老頂來壓步距小、強(qiáng)度低，支架載荷變小，頂板下沉量變大。

8、衡量礦山壓力顯現(xiàn)程度的指標(biāo)有哪些？

答：頂板下沉，頂板下沉速度，支柱變形預(yù)折損，頂板破碎情況，局部冒頂，工作面頂

板沿煤壁切落，或稱大面積冒頂。

四、計(jì)算題：（10分）

1、有一緩斜煤層，其頂板由四巖層組成，各巖層的數(shù)據(jù)如下表，如采用刀柱法處理采空區(qū)，

刀柱間的距離應(yīng)該是多少？

巖層數(shù)據(jù)表

I-LjF=J2

石層容重八kN/而）層厚〃（機(jī)）彈性模量E（kN/m）抗拉強(qiáng)度

122.64.024.5xlO613.72xl03

224.52.710.8xl06

325.52.014.7xl06

424.53.522.6xlO6

答：首先計(jì)算作用在第一巖層上的載荷集度口值。第一巖層本身的載荷集度名為:

0==22.6x4=90.4AN/m2

第二巖層對第一巖層的作用時(shí)，有：

；E用0也+力力2）

七鬲+當(dāng)川，代入數(shù)據(jù)得：（夕2）產(chǎn)137.9伽/蘇＞%

第三巖層對第一層的作用時(shí)，有：

&*（，4+%4+九人3）

（%）i==171.4kN/機(jī)2＞（?2）1

E附+E4+E3股

第四巖層對第一層的作用時(shí)，有:

E/：（八九+72人2+九力3+74〃4）

（%）1=160.4ZN//＜（%%

+E2h2+E3/?3+

由此可以看出第四層對第一層巖層的載荷已經(jīng)沒有影響，計(jì)算第一巖層的載荷只計(jì)算到

（%%即可，此時(shí)，q=（＜?3）i=171.4*'/"/。

由于頂板巖層多數(shù)為脆性破壞,取安全系數(shù)〃=6,則刀柱間的距離應(yīng)為安全跨距，為:

今片=絕66”

2,有某石灰?guī)r做抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)，當(dāng)巴“=4.8MP"時(shí)，0=15.8MPa；當(dāng)心=8.2MPa

時(shí)，&2=18MPa。而該巖石在做三向抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)側(cè)壓心=°時(shí)，&=82.6MP。,

求側(cè)壓力5“二5MP"時(shí)其三向抗壓強(qiáng)度是多少？

tg（p=%一%=0.647

答：內(nèi)摩擦角cr“2-cr“i

（p=32.9°

當(dāng)側(cè)壓°s=5MPa時(shí)

八1+sin（7?

（y}=R（+---------%

根據(jù)1—sin。

ccc-1+sin32.90_

R“,=82.6d-----------------x5=995MPa

三向抗壓強(qiáng)度-1-sin32.9

五、分析題：（30分）

1、什么是圍巖的極限平衡？極限平衡區(qū)范圍的大小與哪些因素有關(guān)？

答：在地下巖體中開掘巷道后，巷道周圍巖體就由原來的三軸受力狀態(tài)變?yōu)殡p軸或單軸

受力狀態(tài)。一般巷道周邊的巖塊是處于單軸壓縮狀態(tài)，巷道周邊巖塊在垂直應(yīng)力的作用下,

就會(huì)發(fā)生破壞，隨著向巖體內(nèi)部發(fā)展，巖塊由單軸受壓或雙軸受壓逐漸變?yōu)槿S受壓狀態(tài),

其抗壓強(qiáng)度也逐漸增加。在某一半徑為R的范圍內(nèi)巖塊的應(yīng)力圓和其強(qiáng)度包絡(luò)線相切，這

一范圍內(nèi)的巖塊受力狀態(tài)叫做極限平衡狀態(tài)。巖體處于極限平衡狀態(tài)的區(qū)域叫極限平衡區(qū)。

極限平衡區(qū)的大小主要與巷道距地表的深度、巷道尺寸及圍巖的力學(xué)性質(zhì)等因素有關(guān)。

2、巖石結(jié)構(gòu)與巖石構(gòu)造得異同是什么？

答：巖石的結(jié)構(gòu)是指決定巖石組織的各種特征的總和，如顆粒的大小、形狀、連結(jié)特征、

膠結(jié)物類型、存在孔隙情況等；而巖石的構(gòu)造是指組成巖石的礦物顆粒之間、以及它與其它

組成部分之間的排列方式和填充方式，如巖石可屬于整體構(gòu)造，多孔狀構(gòu)造和層狀構(gòu)造等。

煤礦中遇到的巖石絕大多數(shù)是沉積巖，有較明顯的層理，屬層狀構(gòu)造。層狀構(gòu)造的特點(diǎn)

是，巖石顆?；ハ嘟惶?，表現(xiàn)出層次疊置現(xiàn)象（層理）。

3、簡述減壓區(qū)的形成及其實(shí)際意義？

答：當(dāng)在巖體內(nèi)開掘了巷道或者回采工作面后，巷道或回采工作面周圍巖體中必然要產(chǎn)

生應(yīng)力重新分布，在巷道兩側(cè)形成2?3倍原始應(yīng)力的集中應(yīng)力，再工作面前方煤壁上形成

4~5倍以上原始英里的集中應(yīng)力。在這樣大的垂直應(yīng)力作用下巷道周圍巖體或工作面前煤壁

必然產(chǎn)生破壞。從而使圍巖的支撐粒降低，集中的支承壓力就要向巖體內(nèi)部轉(zhuǎn)移。由于深部

巖體處于三向應(yīng)力狀態(tài)，其強(qiáng)度逐漸增加，直到某一半徑處巖體的強(qiáng)度等于或大于集中應(yīng)力

時(shí)為止。這樣就在巷道或采場周圍的巖體中形成了減壓區(qū)。

由于巷道或采場周圍巖體中存在減壓區(qū)，使巷道或采場內(nèi)支架免受高應(yīng)力的作用，因此,

采用支撐能力較小的支架就可能較好的維護(hù)這些開采空間，從而降低支架的支護(hù)費(fèi)用。

4、試分析采場上覆巖層所形成的裂隙體梁的失穩(wěn)條件。（3-13）

答：采場上覆巖層重形成的結(jié)構(gòu)就是上覆巖層的破斷巖塊間形成的“三錢拱”式平衡,

外形上好象是由裂隙體巖層形成的梁。裂隙提梁的失穩(wěn)就是巖塊間的“三校拱”式平衡遭到

破壞所致。裂隙體梁的失穩(wěn)有兩種情況：一是變形失穩(wěn)，二是滑落失穩(wěn)。兩種失穩(wěn)都和巖塊

間產(chǎn)生的水平推力的大小有關(guān)。

當(dāng)巖塊間的水平推力過大時(shí)，巖塊在向下回轉(zhuǎn)的過程中，其接觸處的應(yīng)力將超過巖塊的

抗壓強(qiáng)度，從而使巖塊破壞，“三錢拱”也因變形過大而破壞，致使裂隙體梁發(fā)生變形式穩(wěn)。

當(dāng)巖塊間的水平推力過小時(shí)，巖塊間產(chǎn)生的摩擦力也很小，不能承受巖塊間的剪切力，

則懸露巖塊就要產(chǎn)生滑落失穩(wěn)。

一、名詞解釋：（每題2分，共20分）

巖石的孔隙比蠕變原巖應(yīng)力支承壓力直接頂

初次來壓步距砌體梁原生裂隙載荷集度碎脹性

二、填空題：（每空1分，共10分）

1、采空區(qū)處理方法有煤柱支撐法，，和。

2、節(jié)理裂隙分為，…

3、動(dòng)壓現(xiàn)象的?般成因和機(jī)理，可歸納為三種形式，即，和煤與瓦斯突出。

4、頂板下沉量是指活柱下縮量、頂梁的壓縮量及的總和。

5、二次支護(hù)是指。

三、簡答題：（8題任選6題，每題5分，共30分）

1、簡述煤層開采后，上覆巖層的破壞方式。

2、直接頂?shù)姆€(wěn)定性對工作面的支護(hù)原理有何影響？

3、采區(qū)平道礦壓顯現(xiàn)沿走向要經(jīng)歷那幾個(gè)階段？

4、巷道卸壓方法目前應(yīng)用的有哪幾種？

5、沖擊礦壓防治措施的基本原理。

6、掘進(jìn)工作面現(xiàn)場觀測的目的是什么？

7、周期來壓的主要表現(xiàn)形式？

8、工作面支架必須具備的特性是什么？

四、計(jì)算題：（每題5分，共10分）

1、試計(jì)算只考慮自重應(yīng)力的情況下，賦存在600m深處原巖體內(nèi)一點(diǎn)的應(yīng)力值,

設(shè)上部巖層的平均容重為24.5kN/m3,泊松比為口=0.2。

2、某礦取頁巖巖樣3塊，作成直徑50〃，長10?！ǖ臉?biāo)準(zhǔn)試件3塊，分別做

45°,55°,65°的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)，施加的最大載荷相應(yīng)為17.6ZN、12kM9.65ZN,求

頁巖的內(nèi)聚力C和內(nèi)摩擦角°。

五、論述題：（4題任選3題，每題10分，共30分）

1、什么是圍巖的極限平衡？極限平衡區(qū)范圍的大小與哪些因素有關(guān)？

2、莫爾強(qiáng)度理論和格里菲斯強(qiáng)度理論提出的基本思想是什么？它們本質(zhì)上有什

么區(qū)別？

3、液壓支架可分為哪兒類？各適用于什么條件？各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？

4、簡述減壓區(qū)的形成及其實(shí)際意義？

一、名詞解釋：（20分）

巖石的孔隙比——巖石中各種孔洞和裂隙體枳的總和與巖石內(nèi)固體部分實(shí)體積之比。

蠕變——固體材料在不變載荷的長期作用下，其變形隨時(shí)間的增長而緩慢增加的現(xiàn)象稱為蠕

變。

原巖應(yīng)力——天然存在于原巖而與任何認(rèn)為原因無關(guān)的應(yīng)力。

支承壓力——在巖體內(nèi)開掘巷道后，巷道兩側(cè)增加的切向應(yīng)力。

直接頂——直接位于煤層上方的一層或幾層性質(zhì)相近的巖層。

初次來壓步距——由開切眼到初次來壓時(shí)工作面推進(jìn)的距離。

砌體梁——工作面上下兩區(qū)破斷的巖塊咬合形成的外表似梁，實(shí)質(zhì)是拱的平衡結(jié)構(gòu)。

原生裂隙——巖層在形成過程中由于溫度、礦物結(jié)晶及沉積的作用二形成的弱面。

載荷集度——在回采工作面頂板懸頂距范圍內(nèi)，單位面積頂板對支架的載荷稱為頂板的載荷

集度。

碎脹性——巖石在破碎以后的體積比整體狀態(tài)下增大的性質(zhì)，稱為巖石的碎脹性。

二、填空題：（10分）

1、采空區(qū)處理方法有煤柱支撐法，緩慢下沉法,采空區(qū)充填法和全部垮落法。

2、節(jié)理裂隙分為原生裂隙,構(gòu)造裂隙,壓裂裂隙。

3、動(dòng)壓現(xiàn)象的一般成因和機(jī)理，可歸納為三種形式，即沖擊礦壓,頂板大面積來壓和煤與

瓦斯突出。

4、頂板卜沉量是指活柱下縮量、頂梁的壓縮量及支柱插入頂、底板量的總和。

5、二次支護(hù)是指開掘巷道以后分先后二次（有時(shí)可三次或多次）對巷道進(jìn)行支護(hù)。

三、簡答題：（30分）

1、簡述煤層開采后，上覆巖層的破壞方式。

答：當(dāng)煤層開采以后，由于直接頂下部形成較大的空間，直接頂破斷后，巖塊呈不規(guī)則

垮落，排列極不整齊，其松散系數(shù)較大。一般將具有這種破壞方式的巖層稱為冒落帶，冒落

帶以上的頂板巖層由于其下部自由空間較小，巖層斷裂后，其向下移動(dòng)時(shí)受到相互牽制，巖

層只是斷裂下沉而無翻轉(zhuǎn)，通常將這個(gè)區(qū)域叫做裂隙帶。再向上直至地表的巖層只有彎曲下

沉而無斷裂，這一帶成為彎曲下沉帶。

2、直接頂?shù)姆€(wěn)定性對工作面的支護(hù)原理有何影響？

答：直接頂式回采工作空間直接維護(hù)的對象。直接頂?shù)姆€(wěn)定性直接影響著工作面支護(hù)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(hù)頂功能，在煤層開采以后,

不應(yīng)使頂板的暴露面積過大，以免發(fā)生局部冒頂，采用單體支架要注意采取有效的勾頂措施,

防止頂板從架間漏空，影響支架對頂板的支護(hù)：在采用液壓自移支架時(shí)，應(yīng)選用掩護(hù)性能較

好的掩護(hù)式支架。直接頂?shù)姆€(wěn)定性較好時(shí)，對勾頂要求并不嚴(yán)格，可以選用支撐式或支撐掩

護(hù)式支架。

3、采區(qū)平道礦壓顯現(xiàn)沿走向要經(jīng)歷那幾個(gè)階段？

答：巷道掘進(jìn)階段，無采掘影響階段，采動(dòng)影響階段，采動(dòng)影響穩(wěn)定階段，二次采動(dòng)影

響階段。

4、巷道卸壓