1、中國礦業大學(北京)礦山壓力與巖層控制歷年真題答案標準版一、名詞解釋1、礦山壓力：由于礦山開采活動的影響，在巷硐周圍巖體中形成的和作用在巷硐支護物上的力定義為礦山壓力。2、支承壓力：在巖體內開掘巷道后，巷道圍巖必然出現應力重新分布，一般將巷道兩側改變后的切向應力增高部分稱為支承壓力。3、巖石碎脹系數：巖石破碎后處于松散狀態下的體積與巖石破碎前處于整體狀態下的體積之比。4、頂板：賦存在煤層之上的巖層成為頂板或上覆巖層。5、增載系數：老頂來壓與平時來壓強度的比值。6、初次來壓步距：由開切眼到初次來壓時工作面推進的距離稱為老頂的初次來壓步距。7、沖擊礦壓：聚積在礦井巷道和采場周圍煤巖體中的能量突然釋

2、放，在巷道發生爆炸性事故，產生的動力將煤巖拋向巷道，同時發出強烈聲響，造成煤巖體振動和破壞，支架與設備損壞，人員傷亡，部分巷道垮落破壞等。8、支架初撐力：支架支設時，將活柱升起，托住頂梁，利用升柱工具和鎖緊裝置使支架對頂板產生一個主動力，這個最初形成的主動力稱為支架的初撐力。9、原巖應力：存在于地層之中未受工程擾動的天然應力稱為原巖應力，也稱為巖體的初始應力、絕對應力或地應力。10、冒落帶（垮落帶）：巖層斷裂后，巖塊呈不規則垮落，排列也極不整齊，其破碎巖塊的松散系數比較大（一般為Kp=1.3-1.5）的區域。11、巖體：地質體的一部分，并且是由處于一定地質環境中的各種巖性和結構特征巖石所組成的

3、集合體。12、周期來壓：由于裂隙帶巖層周期性失穩而引起的頂板來壓現象稱之為工作面頂板的周期來壓。13、支架工作阻力：支架受頂板壓力作用而反映出來的力稱為支架的阻力，又稱工作阻力。14、巖石的三軸抗壓強度：巖石試件在有圍壓且只受軸向荷載作用下，所能承受的最大壓應力，稱為巖石試件的三軸抗壓強度。15、裂隙帶：巖層斷裂后，巖塊仍然排列整齊的區域。16、巖石殘余碎脹系數：巖石破碎后，在其自重和外加載荷的作用下逐漸被壓實，體積隨之減少，這種壓實后的體積與破碎前原始體積之比稱為巖石殘余碎脹系數。17、巖體的變形能：巖體受外力作用而產生彈性變形時，在巖體內部所儲存的能量，稱為彈性變性能，又稱彈性應變能，包括

4、體變彈性能和形變彈性能。18、關鍵層：對采場上覆巖層局部或直至地表的全部巖層活動起控制作用的巖層稱為關鍵層。前者稱為亞關鍵層，后者稱為主關鍵層。19、巷道松動圈：井巷開挖后，巷道周邊巖體產生裂隙，并逐步被破壞，出現塑性變形，形成非彈性變形區，稱為巷道松動圈。20、巖石蠕變：應力不變條件下，應變隨時間延長而增加的現象。21、巖體龜裂系數：利用彈性波在巖體和巖石試件中傳播速度之比，就可反映巖體中裂隙發育程度，這個比值的平方稱為巖體的完整性系數，又稱巖體的龜裂系數。22、巖石的線彈性：巖石彈性變形的一種，卸載后巖石變性能完全恢復到其原始狀態，且應力應變關系曲線在加載和卸載過程中都呈相同的直線關系。2

5、3、莫爾庫侖強度理論：材料發生破壞是由于材料的某一面上剪應力達到一定的限度（即極限剪應力），而這個剪應力與材料本身的性質和正應力在破壞面上所造成的摩擦力有關，即材料發生破壞除了取決于該點的剪應力，還與該點的正應力有關。24、巖石的強度理論：研究巖石在復雜應力狀態下的破壞原因、規律及強度條件的理論。25、RQD指標：鉆孔中直接獲取的巖心總長度L，扣除破碎巖心和軟弱夾泥的長度l后的長度，與鉆孔總進尺H之比，即。26、直接頂：一般把直接位于煤層上方的一層或幾層性質相近的巖層稱為直接頂。27、充分采動：當采空區尺寸（長度和寬度）相當大時，地表最大下沉值達到該地址條件下應有的最大值，此時的采動稱為充分采

6、動。28、格里菲斯強度理論：在材料內部存在著許多均勻地、隨機地分布窄縫形的微裂隙，在力的作用下，處于不利方位的裂隙端部就會產生應力集中現象，使該處的應力達到所施加壓力的幾十倍甚至上百倍，于是裂隙就沿其長度方向開始擴張，直至材料整體破壞。29、節理跡長：節理面與巖石表面的交切跡線長度稱為節理跡長。30、非充分采動：將剛達到充分采動狀態的采空區尺寸稱為臨界開采尺寸。如果采空區尺寸小于臨界開采尺寸，稱為非充分采動。31、支架支護強度：支架對單位面積頂板提供的工作阻力稱為支架支護強度。32、頂板破碎度：指在工作面前方無支護空間懸漏頂板中，發生冒落部分占整個懸漏頂板的比例，常以單位面積無支護頂板中冒落面

7、積來表示。33、厚煤層：厚煤層是指地下開采時厚度3.5m以上的煤層；露天開采時厚度10m以上的煤層。34、砌體梁：根據老頂的“”型的破壞特點，將工作面分為上、中、下三個區。破斷的巖塊由于相互擠壓形成水平力，從而在巖塊間產生摩擦力。工作面的上、下兩區是圓弧形破壞，巖塊間是立體咬合關系，而在工作面中部，則形成外表似梁，實質是拱的裂隙體梁的平衡體，這種結構稱之為“砌體梁”。35、巷道松動圍巖壓力：由于巷道開挖而松動或塌落的巖體，以重力的形式直接作用于支護物上的壓力，表現為松動圍巖壓力載荷形式。36、地表傾斜變形：地表相鄰點在豎直方向的相對位移與兩相鄰間水平距離的比值，稱為地表傾斜變形。37、井田：劃

8、分給一個礦井（或露天礦）開采的那一部分煤田，稱為井田。38、近水平煤層：地下開采時傾角在8°以下的煤層，露天開采時傾角在5°以下的煤層。39：長壁工作面：回采工作面長度較長，工作面兩端有可供運輸、回風和行人的巷道，回采工作面內煤的運輸方向與工作面煤壁平行。40、老頂：一般把直接位于直接頂之上（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。41薄煤層：地下開采時厚度1.3m以下的煤層；露天開采時厚度3.5m以下的煤層。42彈性后效：加載（或卸載）后經過一段時間應變才增加（或減小）到一定數值的現象。43節理：節理是指巖石受剪切應力破裂形成的裂隙注：4

9、1、42、43是14年新增加的三個名詞解釋。 二、論述分析題1、繪圖解釋巖石應力應變全過程曲線解答：圖1 巖石的應力應變全程曲線巖石單軸受壓條件下的全程應力應變曲線可劃為5個階段。OA段，原始空隙壓密階段，巖石應力應變曲線呈上彎形，此段變形模量較小且不是一個常數。AB段，線彈性階段，巖石應力應變曲線呈直線形，相應的B點得值稱為彈性極限。BC段，彈塑性過度階段，巖石的應力應變曲線從B點開始偏離直線，當應力達到0.6時 巖石開始有微破裂不斷產生，巖石的體積由壓縮轉向膨脹。對應于曲線上C點得應力值稱為屈服極限。CD段，塑性階段，當應力超過屈服應力后，接近0.95時，巖石破裂速度加快，巖石的應力應變曲

10、線繼續向右上方延伸，巖石的體積膨脹加速，變形也隨應力增長而迅速增長，直到D點破壞。相應于D點的應力值稱為巖石的強度極限（）或峰值強度。 D點以后為破壞階段，又稱后破壞階段。這段峰后曲線說明，巖石達到強度極限后，破壞的發展要經歷一個過程，最終達到完全破壞。后破壞的巖石仍有一定的承載能力，只是保持一較小值，相應于曲線E點所對應的應力值稱殘余強度。D點后的峰后區表現出應變軟化的特性。2、運用莫爾庫侖強度曲線推導出以極限主應力1和3表示的莫爾庫侖強度準則解答：圖2 莫爾庫侖準則強度曲線莫爾庫侖準則強度曲線如上圖所示，已知莫爾應力圓方程為在直角坐標系中，莫爾應力圓以（）為圓心、以為半徑由圖中幾何關系可得

11、：解得：即得出以極限主應力和表示的莫爾庫倫強度準則。莫爾認為，固體材料的破壞是由于材料面上的剪應力達到一定程度（即極限剪應力），剪應力不僅與材料端面性質有關，并與作用在端面上的主應力有關。3、簡述巖體得基本特征解答：巖體較為明顯的基本特征有：巖體的非均質性。有多種巖石組成的巖體，因其結構面方向、分布、密度以及在自然條件下組成巖石的物質成分和組合狀況經常發生變化，所以認為巖體是非均質的。即巖體的非均質性是巖體物理力學性質隨空間位置的不同，其性質也不相同的特性。巖體的各向異性。因巖體中結構面的分布往往有一定的方向，隨受力巖體的結構面趨向不同，其力學性質也不同。巖體的各向異性指巖體的全部或部分物理力

12、學特征隨方向不同而表現出不同性質的特征。巖體的許多物理力學性質，如彈性模量、抗拉、抗壓強度等隨測試或加載方向不同而又顯著差異。 巖體的非連續性。由于巖體被各種結構面所切割，因此從總體上說巖體屬于非連續介質，而巖塊則可作為連續介質。巖體的非連續性使其與其他連續介質在物理力學性質上有很大不同，布洛伊里將兩者的區別總結為一下四點：1、巖體結構對巖石性質的影響小于對巖體性質的影響；2、巖體變形取決于組成巖體單元的活動性；3、不同結合程度的多塊體的殘余強度構成巖體強度；4、巖體的結構特征決定巖體變形和強度。4、繪圖說明雙向等壓作用下圓形巷道周邊應力分布的基本規律，并加以解釋答：1、彈性變形應力分布圖3

13、彈性條件下圓形巷道應力分布圖在彈性條件下，即此時圍巖應力小于巖體強度，圍巖處于彈性狀態，根據彈性力學應力問題分析計算可得，巷道邊緣切向應力是所加應力的2倍，徑向應力是零。隨著距離的增大，切向應力和徑向應力都逐漸接近原巖應力。將圓形巷道簡化為圓孔，圓孔在雙向等壓應力場中周圍應力分布如上圖所示：主要有以下結論：（1） 在雙向等壓應力場中，圓孔周邊全處于壓縮應力狀態。（2） 應力大小與彈性常數E、無關。（3） 、的分布和角度無關，皆為主應力，即切向和徑向平面均為主平面。（4） 雙向等壓應力場中孔周邊的切向應力為最大應力，其最大應力集中系數K=2，且與孔徑的大小無關。當=超過孔周邊圍巖的彈性極限時，圍

14、巖將進入塑性狀態。（5） 其他個點的應力大小與孔徑有關。（6） 圓孔周圍任意點的切向應力與徑向應力之和為常數，且等于。2、在塑性條件下圖4 塑性條件下圓形巷道應力分布圖由于巷道開挖，引起巷道周邊應力重新分布，重新分布的應力使圍巖應力大于巖體強度，巷道圍巖會產生塑性變形，形成塑性變形區，即形成塑性圈。而徑向壓力與彈性條件下一致，但切向應力由于塑性變形使其在巷道邊緣不為0，并在巷道邊緣到塑性圈逐漸增大，過了塑性圈，規律與彈性條件下一致，其應力分布如圖4所示。5、繪圖說明采煤工作面前方支承壓力分布的基本規律及其分區圖5 支承壓力的分區 煤層開采后，采空區上部巖層重量將向采空區周圍新的支撐點轉移，從而

15、形成支承壓力帶，工作面前方形成超前支承壓力，它隨工作面推進向前移動，稱為移動支承壓力或臨時支承壓力。 常將采場前方的切向應力分布按其大小進行分區，如上圖所示，按切向應力的大小可以分為減壓區，增壓區和穩壓區，比原巖應力小的壓力區是減壓區，原巖應力大的壓力區是增壓區，增壓區即通常所說的支承壓力區，支撐壓力區的邊界一般可以取高于原巖應力的5%處作為分界處。再向內部發展即處于穩壓狀態的原巖應力區。另一種分類方法是將其分為極限平衡區和彈性區。在巷道兩側或工作面煤壁某處，巖體內的應力等于或大于該處巖體強度的區域，即支承壓力以外的區域為極限平衡區，在這個區域內，巖體產生塑性變形和破壞，再向巖體深處，巖體內的

16、應力小于其強度極限，巖體處于彈性狀態，即最高支撐壓力以里的區域為彈性區，彈性區包括一部分支承壓力區和原始應力區。6、試述近水平工作面推進過程中礦山壓力顯現的一般規律（=工作面頂板來壓過程=回采工作面礦壓顯現規律） 答：工作面有開切眼向前推進，當老頂懸露達到極限跨距時，老頂斷裂形成三絞拱式平衡，同時發生斷裂巖塊的回轉失穩，有時可能伴隨著滑落失穩，從而導致工作面頂板的急劇下沉，且工作面支架呈現壓力普遍加大現象，即老頂的初次來壓，由開切眼到初次來壓時工作面推進的距離稱為老頂的初次來壓步距，老頂初次來壓以后，隨著工作面的繼續推進，裂隙帶巖層形成的結構將始終經歷穩定失穩再穩定的周期性變化，導致工作面出現

17、周期來壓現象，稱為工作面頂板的周期來壓，其中兩次來壓之間的工作面推進步距叫做周期來壓步距。周期來壓的主要表現形式有：頂板下沉速度急劇增加，頂板下沉量變大，支柱所受載荷普遍增加，有時還可能引起煤壁片幫，支柱折損，頂板發生臺階下沉等現象。7、試述影響（工作面）礦山壓力顯現的主要因素 答：（1）煤層采高及回采工作面控頂距。在一定的地質條件下，回采工作面頂板下沉量與采高及控頂距成正比。采高越大，采出的空間越大，必然導致采場上覆巖層破壞越嚴重。（2）工作面推進速度。工作面推進速度越慢，礦山壓力顯現越嚴重。在工作面推進速度較慢的情況下，加快工作面的推進速度可以減小頂板的下沉量，改善頂板狀況。但是當工作面的

18、推進速度提高到一定的程度后，頂板下沉量的變化將逐漸減小。因此用加快工作面推進速度的辦法減少頂板下沉量是有一定限度的。（3）開采深度。隨著開采深度的增加，一部分礦山壓力顯現增大，如煤壁上的支承壓力增大，沖擊地壓，煤壁片幫及底鼓等現象加劇。但對回采工作面頂板下沉量及支架上所承受的載荷并沒有明顯的影響，這是因為回采工作面空間總是在上覆巖層結構的保護之下的結果。（4）煤層傾角。由于煤層傾角的變化，頂板巖層重量在垂直于巖層層面的分力也發生變化。煤層的傾角增大，垂直層面的分力減小，頂板的下沉量也減小。但煤層傾角的增大會使采空區內的冒落矸石沿傾斜向下滑動，因而會引起上覆巖層移動規律的變化。（5）分層開采。開

19、采第一分層時，礦山壓力顯現于開采單一煤層時基本相同。開采下部分層時，工作面頂板為已冒落的破碎巖石，因而導致老頂來壓步距減小，來壓強度減弱；支架承受載荷減小；頂板下沉量增大；頂板破碎且難以管理，作用在煤壁上的支承壓力減小，煤壁片幫減輕等現象。8、試述采區巷道常用的支護形式答：與礦井基本巷道不同，采區巷道使用年限較短，受采動影響嚴重，這類巷道支護有其自身的特點，主要支護形式有：（1） 巷道內基本支護：巷道開掘后即架設的金屬或木材支架，是支護采區巷道最基本的支護結構物，服務于巷道期限的始終。（2） 巷道內加強支護：指在高壓區域或處于移動支承壓力影響時，當基本支護不能保證巷道穩定時，采用的加強支柱等。

20、包括臨時性加強支護和永久性加強支護。（3） 巷旁支護：為保護巷道而專門設置的一種人工構筑物，如矸石帶、 木垛、密集支柱等，通常用在沿空留巷靠采空區一側。（4） 圍巖加固類支護：指采用錨桿支護或化學加固的方法保持和增加圍巖的穩定性，利用巷道圍巖的自承力來達到維護巷道的目的，有的作為巷道基本支護使用。（5） 巷道聯合支護：采區在采動影響下，支架和圍巖相互作用處于變化的過程中，企圖以一次支護達到一勞永逸是很困難的，因此，許多礦井的采區巷道采用上述不同形式的支架聯合支護。9、試述采區（采準）巷道礦山壓力顯現的基本規律圖6 區段平巷圍巖變形I掘巷影響區 II掘巷影響穩定區 III采動影響區 IV采動影響

21、穩定區 V二次采動影響區答：采區巷道從開掘到報廢，經歷采動造成的圍巖應力重新分布，圍巖變形持續增長和變化，以受到相鄰區段回采影響的工作面回采巷道為例，圍巖變形經歷五個階段。（1）巷道掘進影響階段I：煤體內開掘巷道后，巷道圍巖出現應力集中，在形成塑性區的過程中，圍巖向巷道空間顯著位移，但隨著巷道掘出時間的延長，圍巖變形速度逐漸衰減，趨向緩和，所以該階段礦山壓力顯現較弱，顯現時間短。巷道圍巖變形量主要取決于巷道埋藏深度和圍巖性質。（2）掘進影響穩定階段II：掘巷引起的圍巖應力重新分布趨于穩定，由于煤巖一般具有流變性，圍巖變形會隨時間而緩慢增長，但其變形速度會比掘巷初期要小的多，巷道圍巖變形速度仍取

22、決于埋藏深度和圍巖性質。（3）采動影響階段III：巷道受上區段工作面的回采影響后，在回采引起的超前移動支承壓力作用下，巷道圍巖應力再次重新分布，塑性區顯著擴大，圍巖變形顯著增長。巷道圍巖性質、護巷煤柱寬度及巷旁支護方式、工作面頂板巖層結構對該時期圍巖變形量影響很大。（4）采動影響穩定階段IV：回采引起的應力重新分布趨于穩定后，巷道圍巖的變形速度再一次降低，但仍高于掘進影響穩定階段的變形速度，圍巖變形量按流變規律緩慢增長。（5）二次采動影響階段V：巷道受本段回采工作面的回采影響時，由于上區段殘余支承壓力，本區段工作面超前支承壓力相互疊加，巷道圍巖應力急劇增高，引起圍巖應力重新分布，塑性區擴大，應

23、力的反復擾動，使圍巖變形比上一次采動影響更加劇烈。10、繪圖解釋巖石蠕變及應用答：蠕變是應力不變條件下，應變隨時間延長而增加的現象。反應蠕變特征的變形時間曲線稱為蠕變曲線。如圖所示巖石的蠕變曲線。它可以劃分為： O-A段：瞬時變形階段。在加載瞬間，試件立即產生一瞬時彈性應變，此段所經歷的時間極短，可以人為與時間無關。 AB段：第一蠕變階段（又稱初始蠕變、過渡蠕變或阻尼蠕變）。此段應變不斷增加，但增長速率卻隨時間降低，曲線呈下凹形。 BC段：第二蠕變階段（又稱等速蠕變階段或定常蠕變階段）。此段時間延續最長，應隨時間呈近似的等速增長。 CD段：第三蠕變階段（又稱加速蠕變）。當應力達到C點后加速增長

24、，曲線呈上凹型，當應變達到某個數值D點時試件破壞。蠕變的應用：在采礦等巖體工程中應用日益廣泛，研究巖石的流變問題。比如軟巖巷道中利用研究巷道圍巖蠕變曲線確定最佳支護時間，實行二次支護、柔性支護。11、簡述格里菲斯強度理論及適用條件 答：格里菲斯強度理論：在材料內部存在著許多均勻地、隨機地分布窄縫形的微裂隙。在力的作用下，處于不利方位的裂隙端部就會產生應力集中現象，使該處的應力達到所施加壓力的幾十倍甚至上百倍，于是裂隙就沿其長度方向開始擴張，甚至材料整體破壞。格里菲斯先后從能量和應力的觀點，提出了裂紋擴展的能量的準則和應力準則。格里菲斯強度理論實質是脆性拉斷破壞理論，它不僅能解釋巖石脆性破壞現象

25、，還能解釋許多材料在遠低于其強度極限時就發生破壞的原因。適用條件：脆性材料；已知材料的極限拉應力；材料內部存在微裂隙。12、放頂煤工作面礦山壓力顯現的基本規律答：放頂煤工作面具有單一煤層采面的一般礦壓顯現規律，如初次來壓、周期來壓、但由于一次采高增大，煤層開采對直接頂巖層和老頂的擾動范圍增大，加之直接頂力學特性的變化，勢必會引起采面礦壓顯現的新特點。（1）綜放面的支承壓力分布規律：與單一煤層開采相比，在頂板以及煤層條件、力學性質相同條件下，綜放開采的支承壓力分布范圍大，峰值點前移，支承壓力集中系數沒有顯著變化。（2）工作面支架載荷不大，說明離工作面不遠的高處就形成平衡結構，支架受載并不因采高加

26、大而增加，僅和煤的強度有關，工作面仍有周期來壓現象，但不明顯，初次來壓強度也不大。（3）由于煤頂容易破碎，尤其當煤壁片幫、煤頂節理和裂隙比較發育，遇有局部斷層和褶曲構造、老頂來壓時，加上放頂煤工作面推進速度較慢，容易產生端部冒頂，所以放頂煤工作面的煤壁及斷面頂板的維護特別重要。（4）放頂煤工作面端頭壓力和工作面兩端平巷壓力并不大。由于是一次采全厚，所以回采巷道的礦壓顯現較分層多次開采緩和。（5）支架前柱工作阻力大于后柱工作阻力。同時，支架受冒落煤矸沖擊造成的動載荷影響明顯。（6）下分層綜放開采是的礦山壓力顯現仍具有一般開采的礦壓規律，但礦山壓力顯現程度有所減弱。13、試述發生沖擊礦壓的三個基本

27、準則（=沖擊礦壓發生的機理和判據）答：沖擊礦壓的成因和機理：在三向高應力作用下，周圍巖體集聚有大量的彈性能，其中部分巖體接近極限平衡狀態，當采掘工作接近這些點時，由于局部原因，使其力學平衡狀態突然遭到破壞，由于變性能的釋放而導致煤巖產生一種急劇猛烈的沖擊性動力現象。目前對沖擊礦壓機理的認識可主要概括為：強度理論、能量理論和沖擊傾向理論。強度理論。理論認為，煤巖體破壞的原因和規律，實際上是強度問題，即材料受載后，超過其強度極限時，必然要發生破壞。但這僅是對材料破壞的一般規律的認識，它不能深入解釋沖擊礦壓的真實機理。能量理論。礦體與圍巖系統的力學平衡狀態破壞后所釋放的能量大于消耗的能量時，就會發生

28、沖擊礦壓。它闡明了礦體與圍巖的能量轉換關系，煤、巖體急劇破壞形式的原因等問題，認為礦體剛度大于圍巖剛度是發生沖擊礦壓的條件，這也稱為剛度理論。沖擊傾向理論。煤巖介質發生沖擊破壞的能力稱為沖擊傾向，由此可以利用一些實驗或實測指標，對發生沖擊礦壓的可能程度進行估計和預測，這種指標的量度稱為沖擊傾向。條件：煤巖介質實際的沖擊傾向度大于規定的極限值就會發生沖擊礦壓。以上三種理論成因和機理可用下列準則的表達式來表示：強度準則：,( :各種應力總和，R：煤體與圍巖系統強度)能量準則：，（其中、分別表示圍巖系統、煤體內的能量釋放速度；：克服圍巖邊界阻力和煤體破壞時吸收能量的速度；、分別為能量釋放的有效系數）

29、 沖擊準則：,(其中K：煤體（圍巖）的沖擊傾向度指標；：試驗確定的沖擊傾向度界線值)。強度準則是煤巖體的破壞準則，能量準則和沖擊準則是突然破壞準則，即強度準則是煤巖體發生沖擊礦壓的必要條件，能量準則和沖擊準則是發生沖擊礦壓的充分條件。只有三個準則同時滿足，才能發生沖擊礦壓。14、論述頂板壓力估算的常用方法答：目前，有兩種確定頂板壓力大小的方法，一種是估算法，一種是實測法，估算法即根據現有的礦山壓力研究結果，對工作面可能出現的頂板壓力大小進行估算。實測法即根據大量工作面實測與統計數據，確定工作面頂板壓力大小。估算法主要包括：經驗估算法，從老頂形成結構的平衡關系估算，威爾遜估算法。一、估算法1、經

30、驗估算法按照支架承受載荷的原則，可將工作面支架受力的情況簡化為如圖1所示的形式。即支架受力，一是直接頂的載荷，二是老頂通過直接頂作用于支架的載荷。現分述如下： 直接頂載荷其中直接頂厚度；懸頂距；體積力。若懸頂距等于控頂距L,則其載荷為（kPa） 老頂載荷一般以直接頂載荷的倍數估算老頂載荷。一般以工作面為準，周期來壓時形成的載荷不超過平時載荷的兩倍。所以可得下述關系：其中 p考慮直接頂及老頂來壓是的支護強度，kPa； n老頂來壓與平時壓力強度的比值，稱為增載系數，取2； 取(M為采高，K為碎脹系數)，則 K值一般取剛破碎時的碎脹系數1.251.5，因而 即頂板壓力相當于采高48倍巖柱的重量。顯然

31、，在周期來壓不明顯時采用低倍數，而在周期來壓較劇烈的時候采取高倍數加以估算。2、從老頂形成結構的平衡關系估算此法認為直接頂的載荷應由支架全部承受，而老頂巖層由于能成結構，因此支架所承受的載荷僅是當老頂巖層結構失穩是所形成的。失穩的方式有兩種，其中一種為滑落失穩，其二為變形失穩。從老頂結構的滑落失穩估算頂板壓力此時根據老頂的平衡規律，控制老頂滑落失穩時，作用于支架的力為：，（其中為老頂巖塊間在煤壁前的剪力，T為老頂斷裂巖塊間的水平推力，與分別為巖塊的內摩擦角與破斷角）從老頂結構的變形失穩估算頂板壓力 因為老頂的位移量與支架形成的載荷呈雙曲線關系，所以P與（位移量）的乘積為常數。所以老頂對支架的作

32、用載荷，其中,(式中，：實測所得回采面頂板下沉量；為 要求控制 的頂板下沉量；：頂板下沉量為時，老頂巖梁在控頂距范圍內的作用力；老頂巖厚；：老頂巖層的體積力；：老頂巖梁跨度；：控頂距；：支架承擔巖梁重量的系數)。3、威爾遜估算法該估算法在估算頂板壓力是只考慮直接頂的形狀與載荷，因為載荷作用力的位置與支架可能形成的最大反力的作用力位置不一定一致，所以引出由支架與圍巖相互平衡而產生的附加力概念。直接頂的形狀由破斷角決定，從而因直接頂形狀不同，頂板壓力Q的作用力也就發生變化。另外，支架可視為一反作用力P，附加力用表示，則三者的關系為：有可得模型如圖所示：二、實測法：實測法是從工作面支架上測定的其所承

33、受的實際載荷，從一定意義上講，井下工作面測定的載荷已不僅是頂板壓力，同時還含有支架性能的影響。15、繪圖說明無煤柱護巷的基本原理由于巷道前方分為卸載區、支承壓力區和穩壓區，卸載區載荷小，并且為了避免支承壓力的作用，對巷道進行無煤柱護巷，就是把巷道布置在卸載區，這樣頂板對巷道壓力小，支護比較容易，主要無煤柱護巷的形式是沿空留巷和沿空掘巷。上區段工作面回采后，采空區上覆巖層垮落，老頂形成“OX”破斷。隨著工作面推進，老頂周期性破斷，破斷后的巖塊沿工作面走向方向形成砌體梁結構，在工作面端頭破斷形成弧形三角板（圖8-8）。老頂巖層在直接頂巖層跨落后，一般在煤體內（是相對于采空區而言的）斷裂、回轉或彎曲

34、下沉，在采空區內形成巖層承載結構。沿工作面傾向，巖體A、巖塊B、巖塊C組成鉸接結構，該結構的穩定性取決于采空區的充填程度和老頂巖層的斷裂參數。采空區上覆巖層移動穩定后，沿空巷道位居巖塊B的下方。巖體A為本區段工作面老頂巖層，巖塊B為上區段工作面采空區靠煤體一側的弧形三角板，巖塊C為上區段工作面采空區垮落矸石上的斷裂巖塊（圖8-8）。巖塊B對沿空巷道上覆巖層結構的穩定性起重要作用。對弧形三角塊結構穩定性進行力學分析，揭示老頂三角塊結構穩定狀態與沿空留巷穩定狀態的關系，對合理確定沿空巷道位置及支護參數有重要意義。沿空掘巷沿相鄰區段采空區邊緣布置，巷道頂板巖層處于上覆巖層結構固支邊與鉸接邊之間。在采

35、空區邊緣煤體彈性應力高峰采空區一側存在一個相對低應力狀態的峰后煤體，即煤體內的破裂區和塑性區。若在其中布置巷道，支護載荷相對較小。這是沿空好到支護的主要力學特征。老頂破斷位置基本位于煤體彈塑性交接處，通過計算求取老頂在煤壁內的斷裂位置，確定沿空掘巷的位置。16、簡述采場支架與圍巖石相互作用原理答：采場支架與圍巖相互作用體系是由老頂直接頂支架底板組成。在采場內，由于煤壁支承影響角的存在以及回采工作面不斷推進的事實，使得老頂的回轉是不可控的，因而其回轉變形是給定變形。因此，在支架與圍巖相互作用體系中，老頂的運動及作用是具有主導性的。而且支架與圍巖是相互作用相互影響的。圍巖的運動狀態影響支架的工作狀

36、態和承載特性，而支架的工作狀況反過來影響到對頂板的維護效果。總的來說，回采工作面的支架與其支承的圍巖是對相互作用著的矛盾統一體，兩者的關系是即支承又相適應的關系。支架的設計必須符合回采工作面圍巖的運動規律，只有這樣才能使支護結構設計既經濟又合理；同時也只有支架的支撐力分布合適，護頂裝置可靠，才能維護好頂板，保證礦工安全和生產正常進行。既要求支架既能有效的支承頂板巖層，又能在結構與性能上相適應采場頂板的基本運動規律。因此，支架和圍巖的關系實質上是要分析支架的性能、結構對支架的受力及圍巖運動的影響，以及在各種圍巖狀態下呈現什么反應，從中分析支架應具有的最合理的結構及參數。17、試述區段巷道礦山壓力

37、顯現的基本規律答：（1）煤體煤體巷道服務期間內，圍巖的變形將經歷巷道掘進影響、掘進影響穩定和采動影響三個階段。由于巷道在采面后方已經廢棄，巷道僅經歷采面前方采動影響，圍巖變形量比采動影響階段全過程小的多，一般僅1/3左右。（2）煤體煤柱或無煤柱（采動穩定）巷道服務期間，圍巖的變形同樣經歷巷道掘進影響、掘進影響穩定和采動影響三個階段（工作面前方采動影響）。但是巷道整個服務期間內，始終受相鄰區段采空區殘余支承壓力的影響，三個影響階段的圍巖變形均大于煤體煤體巷道。巷道的圍巖變形除了取決于開采深度、巷道圍巖性質、工作面頂板結構和相鄰區段采空區采動穩定程度外，與沿空護巷方式及好不煤柱寬度密切相關。（3）

38、煤體煤柱或無煤柱（正采動）巷道服務期間，圍巖的變形將經歷全部的五個階段（圖7-9）。圍巖變形量遠大于無采動及一側采動穩定后巷道。這類巷道的圍巖變形除了與開采深度、巷道圍巖性質、采動狀況有關外，工作面頂板結構、沿空護巷方式和煤柱寬度都起決定性作用。不采用煤柱保護巷道時，為沿空保留巷道。18、試述發生沖擊礦壓的機理與主要防治措施答：沖擊礦壓的成因和機理是：在三向高應力作用下，圍巖體內積聚了大量彈性能，其中部分巖體接近極限平衡狀態，當采掘工作接近這些地點時，由于外部原因（如爆破）破壞了其力學平衡狀態，導致變性能突然釋放，使得煤巖體產生一種急劇、猛烈的沖擊動力現象，即沖擊礦壓。主要防治措施：根據沖擊礦

39、壓的成因和機理，防治措施的基本原理有兩方面：一是降低應力集中程度；二是改變煤巖體的物理力學性質。1、降低應力集中程度。開采解放層。在煤層群條件下，首先開采沒有沖擊危險或沖擊危險性較小的煤層，使構造應力得到解除，并且使巖層經過一次擾動，在此范圍內進行采掘工作，應力集中程度就可降低。推行無煤柱開采，采空區盡量少留煤柱，盡量采用跨上山開采，從而消除應力在煤柱上集中疊加的可能性。合理安排開采順序，避免形成三面采空的孤島工作面。2、改變煤巖的物理力學性質。高壓注水：人為的在煤體內造成一系列弱面，并起軟化作用，以降低煤巖強度，增加塑性變形量，減少彈性能聚集的程度。放松動震動放炮：釋放煤體內積聚的能量，但必

40、須對現場條件進行分析，不要因爆破誘發沖擊地壓。孔槽卸壓：將大直徑鉆孔或切溝槽使煤體松動達到卸除壓力的目的。3、此外還可依靠選擇采煤方法，回采設備，開采參數和工作面制度等方法（以降低煤層邊緣的沖擊危險程度）以及采用支撐力大的可縮性金屬支架。19、繪圖說明結構面對巖體的強度影響答：如圖所示的極坐標系中，半徑R。表示單軸抗壓強度，表示結構面與水平面的夾角，粗黑線表示巖體強度受結構面影響時隨角變化的情況，由圖可得：當=0時，即加載方向與結構面垂直時，巖體強度就是結構面強度，相當于強度變化曲線中的最大值。當=0的范圍內，巖體將沿AB破壞面產生剪切破壞。在=范圍內，越接近，巖體強度受結構面影響的程度越大，

41、當=時，剪切面正好與結構面重合，此時巖體沿結構面產生剪切破壞，其強度就是結構面強度，即曲線中的最小值。在范圍內，由于結構面抗拉強度很小，且加載方向與結構面所成角度很小甚至與結構面平行，這是巖體常會沿結構面橫向張裂破壞，但不產生新的破壞面。當時，破壞強度介于和之間，即為平行于結構面受載時的強度。總之，當巖體中存在一組結構面時，其強度隨結構面與主應力之間夾角不同而不同，即造成巖體強度的各項異性。但如果巖體中存在多組傾角不同的結構面，由于各組結構面影響范圍的交叉重疊，反而會使巖體強度各向異性的程度減弱。20、繪圖說明支架工作阻力與頂板下沉量的關系支架工作阻力與頂板下沉量的關系在一定程度上反映了支架與

42、圍巖的相互作用關系。工作阻力P與頂板最終下沉量是一近似的雙曲線，或稱“”曲線。根據實測的曲線可知，支架的支撐力對頂板下沉量的影響是有一定限度的，支架支撐力較小時，增加支架的支撐力可以較明顯的減小頂板下沉量，當支架支撐力達到一定的限度后，再增加支架的支撐力對頂板下沉量的影響就比較小。這也說明采場支架的工作阻力并不能改變上覆巖層的總體活動規律。21、試述錨桿支護常用的支護理論及適用條件答：1、懸吊理論：該理論認為錨桿支護的作用是將巷道頂板較軟弱巖層懸吊在上部穩定的巖層上，從而增強較軟弱巖層的穩定性。 適用于淺部圍巖松軟破碎，頂板出現松動破裂區的巷道。2、組合梁理論：該理論認為錨桿的作用一方面提供錨

43、固力增加各巖層的摩擦力，阻止巖層面繼續滑動，避免出現離層現象；另一方面錨桿桿體可增加巖層間的抗剪剛度，阻止巖層間的水平錯動，從而將巷道頂板錨固范圍內的幾個薄巖層鎖成一個較厚的巖層。 適用于頂板巖層中存在若干分層的巷道。 3、組合拱（壓縮拱）理論：認為在拱形巷道圍巖的破裂區中安裝應力錨桿，從桿體兩端起形成圓錐形的壓應力區，如果錨桿間距足夠小，各個錨桿形成的壓應力圓錐體相互交錯，即壓縮拱。壓縮拱內巖石徑向、切向均受壓，處于三向應力狀態，圍巖強度得到提升，支承能力相應增大。 適用于拱形巷道。4、最大水平應力理論：該理論認為礦井巖層的水平應力通常大于鉛直應力，巷道頂底板穩定性主要受水平應力影響。錨桿的

44、作用是沿錨桿軸向約束巖層膨脹和垂直錨桿軸向方向約束巖層剪切運動。 適用于開挖引起應力重新分布后，其水平應力大于鉛直應力，巷道頂底板穩定性主要受水平應力的影響、圍巖層狀特征比較突出的回采巷道。5、圍巖強度強化理論:認為巷道錨桿支護的實質是、錨桿和錨固區的巖體相互作用形成統一的承載結構；可改善被錨固巖體的力學性能；可強化圍巖強度，提高峰值強度和殘余強度；、可改變圍巖應力狀態，從而增加圍壓，提高圍巖承載能力，從而有利于保持巷道的穩定性。 適用于軟巖煤巷圍巖。 22、論述影響巖體強度的主要因素有哪些（1）結構面產狀：它是指結構面與作用力之間的方位關系對巖體強度所產生的影響，因結構面的存在，使巖體的強度

45、顯著低于巖塊強度，因此，巖體更易變形和失穩，通常，結構面對巖體強度的影響主要表現為造成巖體強度的各向異性和巖體強度的降低。（2）結構面密度：指單位巖體內發育的結構面數量，通常，結構面密度對巖體強度的影響主要有兩方面：相同條件下，巖體內結構面數量越多，密度越大，變形也越大，但強度越低；巖體強度不會因結構面的密度的增大而無限降低，而是存在一個臨界值，大于此值時，結構面密度對巖體變形和強度的影響就很小。（3）試件尺寸：巖體強度隨試件尺寸增大而減小，但不同巖體強度因試件尺寸增大而減小的規律卻不同，其影響因素較多。（4）環境圍壓：環境圍壓對巖體變形和強度都產生很大影響，即圍壓的大小影響巖體的破壞方式巖體

46、的抗剪強度隨圍壓的增大而增大，但不呈直線關系，在低圍壓情況下增大的快，在高圍壓情況下增大的慢圍壓增大，巖體的變形模量也明顯提高巖體中結構面的力學效應隨圍壓的增大而減小，當圍壓達到某一臨界值時，巖體中結構面效應就完全消失，此時巖體從脆性破壞變為延性破壞。（5）孔隙水壓：因為孔隙水壓的存在，使巖體中固體顆粒或骨架所承受的壓力隨之減小，巖體強度也就相應的降低。23、繪圖說明巷道支架支護時，“支架圍巖”相互作用的原理支架的工作阻力，尤其是初撐力，在一定程度上能相當有效的抑制直接頂板的離層，控制圍巖塑性區的再發展和圍巖的持續變形，保持圍巖的穩定。因此，巷道支架系統必須具有適當的強度和一定的可縮性，才能有

47、效的控制盒適應圍巖的變形。地下工程中圍巖不僅是施載體，在一定條件下還是一種天然的承載構件，上覆巖層的絕大部分重量完全是自身承擔的，因此，合理的支架圍巖相互作用關系是充分利用圍巖的這種天然的自承力和承載力。人為的支護作用是在圍巖強度、結構、受力環境、位移與力的邊界條件等方面創造條件，促使圍巖形成自穩和承載結構。根據巷道周邊彈塑性位移量的計算式，巷道周邊位移量與支護阻力的關系曲線如上圖所示，曲線上C點左側為彈塑性階段，巷道周邊位移值到達C點以后，圍巖松動破裂開始脫落，對支架產生松動壓力，支護阻力增加。II、III分別為可縮性支架、剛性支架工作特性曲線，II與I交點是b，III與I的交點是a，分別為

48、支架的工作點。從圖中可以看出，支架不易在B區間工作，在A區間工作時，支架工作點在C點左側附近較為有利。24、試述原巖應力的概念，主要組成部分及分布基本特點原巖應力：存在于地層中未受工程擾動的天然應力稱為原巖應力。主要組成部分：自重應力和構造應力分布基本特點：實測鉛直應力基本上等于上覆巖層的重量水平應力普遍大于鉛直應力平均水平應力與鉛直應力的比值隨深度增加而減小最大水平主應力與最小水平主應力一般相差較大25、試述一般情況下采場支架的工作阻力為什么會小于上覆巖層的重量從垂直方向上看，由于關鍵層對其上部巖層有控制作用，故可以認為老頂及其以下的巖層是對采場產生直接影響的巖層，而老頂之上巖層則視為作用其

49、上的載荷，支架圍巖形成由老頂直接頂-底板組成的作用體系，故支架承受較小的壓力。從工作面推進方向看，整個采面上覆巖層中鄰近煤層的老頂巖層形成的結構是由煤壁-回采工作面-采空區已冒落矸石支撐體系所支撐，而支架的可縮特性使煤壁和采空區已冒落矸石承受了上部結構的大部分重量，故支架工作阻力小于上覆巖層重量。煤層傾角使頂板巖層重量在垂直層面方向的分力減小，故頂板對支架的壓力減小。26、影響沖擊礦壓發生的因素（14年新加的大題）沖擊礦壓發生的原因是多方面的，但總的來說可以分為三種，即自然地質因素、開采技術條件和組織管理因素。自然地質因素中，最基本的因素是原巖應力，主要由巖體的重力和構造殘余應力組成。實驗表明，在一定的采深條件下，比較劇烈的沖擊礦壓一般會出現在煤系地層中，強度高的巖層，特別是在煤層頂板中有堅硬厚層砂巖的情況。從發生沖擊礦壓的開采技術因素來分析，首先是開采引起的局部應力集中。其主要原因是開采系統不完整，或堅硬的頂板條件下較大的懸頂，造成較大的應力集中；或由于開采歷史造成的，如煤柱停采線造成的應力集中，傳遞到鄰近煤層。從生產實踐來看，生