四川大学余睽-四川大学余睽
中国矿业大学
(
北京
)
二
00
二年硕士研究生入学试题
科目名称
:
矿山压力及其控制
共
1
页第
1
页
一﹑名词解释
(20
分
)
1.
矿山压力显现
2.
支承压力
3.
老顶的周期来压
4.
沿空掘巷
5.
端面距
二﹑绘图说明煤层开采后上覆岩层变形破坏纵向三带和横向三区。
（
20
分）
三
﹑采煤工作面综采液压支架分几类？简述各类支架的结构特点及适用
条件。
（
20
分）
四﹑试分析老顶初次来压
前和周期来压后开采空间周围岩体中的应力分
布特点。
（
20
分）
五、采区巷道有何特点，基本支架应满足那些
基本要求？（
20
分）
中国矿业大学（北京校区）
二〇〇三年硕士生人学试题
科目名称
:
矿山压力及其控制
命题时间
:2002
年
11
月
25
日
一、解释下列概念
(30
分
)
1
、矿山压力
;2
、支承压力
;3
、岩石碎胀系数
;4
、顶板
; 5
、增载系数
;6
、
初次来压步距
;7,
冲击矿压
;8
、支架初撑力
;9
、原岩应力
;10< /p>
、冒落带。
二、绘图解释岩石应力一应变全过程曲线
((10
分
)
。
三、运用莫尔一库仑强度曲线推导出以极限主应力
σ
1
和表< /p>
σ
3
表示的莫
尔一库仑强度准则
分
)
。
四、简述岩体的基本特征
(10
分
) < /p>
五、绘图说明双向等压作用下圆形巷道周边应力分布的基本规律，并加以
< br>解释。
(15
分
)
六、绘图说明
采煤工作面前方支承压力分布的基本规律及其分区
(10
分
)
。
七、试述近水平工作面推进过程中矿山压力显现的一般规
律。
（
15
分）
八、试
述影响工作面矿山压力显现的主要因素（
15
分）
九、试述采区巷道常用的支护形式
(15
分
)
十、试述采区巷道矿山压力显现的基本规律
(15
分
< p>)。
试题和答卷一起交回
中国矿业大学（北京校区）
二〇〇五年硕士生人学试题
科目名称
:
矿山压力及其控制
命题时间
:2004
年
11
月
30
日
解释下列概念（
30
分）
1
岩体
;2
、矿山压力；
3
< p>、岩石碎胀系数;4
、原岩应力
;5
、增载系 数
;6
、周期
来压
;7
、 冲击矿压
;8
、支架工作阻力
;9
、岩石的三轴< /p>
(
向
)
抗压强度
;10,
< p>裂隙
带。
二、绘图解释岩石蠕变
(10
分
)
。
三
、运用莫尔库仑强度曲线推导出以极限主应力
σ
1
和
σ
3
表示的莫尔一
库仑强度准则（
15
分）
四、简述格里菲斯强度理论及适用条件
分
)
五、绘图说明双向等压作用下圆形巷道
周边应力分布的基本规律，并加以
解释（
15
分）
六、绘图说明采煤工作面前方支承压力分布的基本规律及其分区
(10
分
)
。
七、试
述放顶煤开采矿山压力显现的基本规律
(15
分
)
八、试述影响工作面矿山压力显现的主要因素
(15
分
)
九、试述发全冲击矿压的三个基本准则
(15
分
)
十、试述采区巷道矿山压力显现的基本规律（
15
分
)
中国矿业大学（北京校区）
二〇〇六年硕士生人学试题
科目名称
:
矿山压力及其控制
命题时间
:2005
年
12
月
6
日
一、解释下列概念
(30
分
)
1
、周期来压
2
、支撑压力
3
、岩石残余碎胀系数
4
、岩体变形能
5
、关键
层
;6
、初次来压步距
;7
、冲击矿压
8
、支架初撑力
9
、原岩应力
;10
、巷
道松动圈。
二、绘图解释岩石蠕变曲线
(10
分
)
。
三、运用莫尔一库仑强度曲线推导出以极限主应力
σ< /p>
1
和
σ
3
表示的莫尔
一库仑强度准则
(15
分
)
。
< p>
四、论述顶板压力估算的常用方法
(10
分
)
五、绘图说明双向等压作用下圆形巷道周边应力分布的基本规律，并加以<
/p>
解释。
(15
分
)
六、绘图说明无煤柱护巷的基本原理
(10
分
)
。
七、放顶煤工作面矿山压力显现的基本特征
(15< /p>
分
)
八、试述影响工作面矿山压力显现的主要因素（
15
分
)
。
九、试述采区巷道常用的支护形式（
15
分
)
。< /p>
十、试述采区巷道矿山压力显现的基本规律（
15
分
)
。
(
试题和答卷一起交回
)
..
z
中国矿业大学（北京校区）
二〇〇七年硕士生人学试题
科目名称
:
矿山压力及其控制
命题时间
:2006
年
11
月
25
日
一、解释下列概念
(30
分
)
1
、
岩体弹性变形能
;2,
矿山压力
;3
、
岩石碎胀系数
;4
、
原岩应力
< p>;5、
增载系数
;6
、岩石蠕变
;7
、岩体龟裂系数
;8
、支架工作阻力
; 9
、岩
石的线弹性
;10
、莫尔一 库仑强度理论。
二、绘图解释岩石应力一应变全过程曲线
(10
分
)
。
三、简述岩体的基本特征
(10
分
) < /p>
四、绘图说明双向等压作用下圆形巷道周边应力分布规律，并加以解
释。（
15
分
)
五、绘图说明采煤工
作面前方支承压力分布的基本规律及其分区
(15
分
)< /p>
。
六、试述近水平工作面推进过程中矿山压力显现的一般
规律
(10
分
)
。
七、论述项板压力估算的常用方法
(15
分
)
八、简述采场支架与围岩石相互作用原理
(15
分
)
九、试述区段巷道矿山压力显现的基本规律
(15
分
)
。
十、试述发生冲击矿压的机理与
主要防治措施
(15
分
)
。
中国矿业大学（北京）
二〇〇八年硕士生人学试题
科目名称
:
矿山压力及其控制
命题时间
:2007
年
11
月
25
日
一、解释下列概念（
30
分
)
1
、
矿山压力
;2
、
岩石的强度理论
;3
、
RQD
指标
;4
、
岩体的变形能
; 5
、
原岩应力
;6
、
直接顶
;7
、碎胀系数
;8
、周期来压
; 9
、充分采动
;10
、冲击矿压。
二、论述岩体的基本特征有哪些
(5
分
)
三、绘图说明结构面对岩体的强度影响。
(10
分
)
四、假设岩体为各向同性均质连续的弹性体，岩体的泊松比
?
=0.2
，试估算埋深
5
00
< br>米处岩体的自重应力大小。
(
5
分
)
五、绘图论述双向等压条件下圆形巷道周边的应力分布规律。
(10
分
)
六、已知煤层开采厚度
M=3m
< p>，直接顶的
碎胀系数为
1 .5
，求出垮落后能够充填满采
空区所需的最小直接顶高度。
(5
分
)
中国矿业大学（北京）
二〇〇九年硕士生人学试题
科目名称
:
矿山压力及其控制
命题时间
:2008
年
11
月
25
日
中国矿业大学（北京）
二〇一二年硕士生人学试题
科目名称
:
矿山压力及其控制
命题时间
:2011
年
11
月
25
日
一、解释下列概念
(30
分
)
1
、岩体
2
、顶板破碎度
3
、巷道松动围岩应力
4
、岩石残余碎胀系数
5
< p>、增载系数
6
、岩石蠕变
7
、地表倾斜变形
8
、井田
9
、近水平煤壁
10
、长壁工作面
二、在均质岩体中开
掘巷道，已知岩体的内摩擦角
φ=30
度，内聚力
C=40M P a
，由实
测知道巷道围岩所受平均铅垂应力
σ
< p>1=200MPa，这种情况下，至少巷道边帮提供多
大侧应力
σ
3
才能维持巷道边帮平衡
?
（
10
分
)
三、试述原岩应力概念，主要组成部
分及分布基本特点。
(5
分
)
四、绘图
说明采煤工作面前方支承压力分布的基本规律。
(10
分
)
五、绘图论述双向等压条件下圆形巷道周边的应力分布规律
(20
< p>分)
六、试述采场矿山压力估算的常用方法
(10
分
)
七、试述影响采场矿山压力显现的主要因素
(10
分
)
八、试述一般情况下采场的支架工
作阻力为什么会小于上覆岩层的重力
(5
分
)
< br>九、
绘图解释支架工作阻力与顶板下沉量是一条近似的双曲线关系的实际含义
(10
分
)
十、试述锚杆支护常用的支护理论及适用
条件
(
15
分
)
十一、
试述冲击矿压发生的机理与理论判据（
15
分
)
十二、概述放顶煤工作面矿山压力显现的基本特征
(10
分
)
中国矿业大学（北京）
二〇一三年硕士生人学试题
科目名称
:
矿山压力及其控制
命题时间
:2012
年
11
月
20
日
一、解释下列概念
(30
分
)
1
、岩体
2
、岩石的强度理论
3
、
RQD
< p>指标4
、岩体的变形能
5
、原岩应力
6
、
直接顶
7
、 碎胀系数
8
、周期来压
9
、充分采动
10
、冲击矿压
二、绘图说明结构面对岩体强度的影
响
(10
分
)
三、假设岩体为各向同性
均质连续的弹性体，岩体的泊松比
?=0.2
，试估算埋藏
深度
500
米处岩体的自重应力大小
(10
分< /p>
)
四、绘图论述双向等压条件下圆形巷道的应力分布规律
(30
分
)
五、己知煤层开采厚度
M= 3
米，直接顶碎胀系数
Kp=1.5
，求出垮落后能够充填
采空区所需的最小直接顶高度
(10
分
)
六、绘图解释岩石蠕变曲线，及其有何应用（
10
分
)
七、试述采场矿山压力估算的常用方法
(20
分
)
八、绘图说明支架工作阻力与顶板下沉量的关系
( 10
分
)
九、试述冲击矿压发生的机理与理论判据
(20
分
)
2003
年真题答案
一、
1.
矿山压力
:
由于矿山开采活动的影响，在巷酮周围岩体中形成的和作用在支 护
物上的力定义为矿山压力。
2.
:
岩体内开挖巷道后，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。
3.
岩石碎胀系数
:
岩石破碎后处于松散状态下的体积与岩石破 碎前处于整体状态下
的体积之比。
4.
顶板
:
赋存在煤层之上的岩层，称为顶板，也称为上覆岩层。
< p>
5.
增载系数
:
支架来压时的工作 阻力与平时工作阻力之比。
6.
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。
7
、冲击矿压
:
指 聚积在矿井巷道和采场周围岩体中的能量突然释放，在井巷中发生
爆炸性事故，产生的动
力将煤岩抛向巷道，同时发生强烈声响，造成煤岩体振动和
破坏，支架与设备损坏人员伤
亡，部分巷道垮落破坏等的动力现象。
8.
支架初撑力
:
支架支设时，将活柱升起，拖住顶梁，利用升柱工具和锁紧装置使支
< p>柱对顶板产生一个主动力。这个最初形成的主动力称为支柱的初撑力。对于液压支
< br>架，即是泵压所形成的支柱对顶板的撑力。
9.
原岩应力
:
存在于地层中未受工程扰动的天然应力称为原岩应力，包括自重应力和
构造应力。
10.
冒落带
:
破断后的岩块呈不规则垮落，排列也极不整体，松散系数比较大，此区
域与所开采的煤层毗连，多数情况下由直接顶岩层冒落形成。
二
:
答
:
（
P16
图
1-9 )
岩石单轴受压条件下的全程应力应变曲线可划分为
5
个阶段
:
①
0-A
段 ，原始空隙压密阶段，岩石应力应变曲线呈上弯形。此阶段变形模量较小且
不是一个常数
，相应的
A
点为压密极限。
②
A-B
段，线弹性阶段，岩石应力应变曲线呈直线形 ，相应的
B
点的应力值为弹性极
限。
③
B-C
段，弹塑性过渡阶段，岩石的应力应变曲线从
B
点开始偏离直线，当应力达到
0.6
σ
max
时，岩石开始有微破裂不断产生，岩石的体积由压缩转向 膨胀。对应于曲
线上的
C
点的应力称为屈服极限。
④
C-D
段，塑性阶段，当应力超过屈服应力后接近
0.95
σ
max
时，岩石破裂速度加
快，岩石
的应力应变曲线继续向右上方延伸，岩石的体积膨胀速度加快，变形也随
应力增大而迅速
增长，直至
D
点破坏。相应于
D
点的应力值称之为 岩石的强度极限。
⑤
D
点以后为破坏 阶段，又称为后破坏阶段。这段峰后曲线说明，岩石达到强度极
限后，破坏的发展要经历
一个过程，最终达到完全破坏。后破坏阶段的岩石仍有一
定的承载能力，只是保持一较小
值，相应于曲线上
E
点对应的应力值称为残余强度。
D<
/p>
点后的峰后区表现出应变软化特性。
2
2
三
:
答
:
（
P25
图
1-22 )
①写出莫尔应力圆方程
: [
σ
α
一
(
σ
1+
σ
3) /2]
+
τ
α
=[(
σ
2
1-
σ
3)/2]
最大主应力
σ
1
与外法线成
α
角的斜切面上法向应力
σ
α
和剪应力
τ
α
②用斜直线强度曲线推导出其强度准则的表达式
< p>:τ
=C+tan
ψ
，
由图知，
00
=C*cot
ψ
AB=1 / 2 (
σ
1-
σ
3)
，
OA=1 / 2 (
σ
1+
σ
3 )
对于直角△
0' AB
，有
sin
ψ
=AB/0' A=1/2(
σ
1-
σ
3)
÷
[C*cot
ψ
+1/2(
σ
1+
σ
2
3)]
，
cos
ψ
=
√
(1-sin
ψ
)
解之得，
σ
1=2C
√
(1+sin
ψ
)/(1-sin
ψ
)+
σ
3* (1+sin
ψ
)/( 1-sin
ψ
)
。
四
:
答
:(1)
概括来说，天然岩体与实验室内制作的岩石试件有 显著不同。
①岩体赋存于一定地质环境中，地应力、地下水、地温等因
素对其物理力学性质有
很大影响
;
而岩石试件己完全脱离 了原有的地质环境。
②岩体在自然状态下经历了漫长的地质作用过程，
其中存在着各种地质构造和弱面。
③一定数量的岩石组成岩体，且岩体无特定的自然边界。
(2)
从力学角度来看，岩体与岩石有许多区别，其中较为明显的基本特征有
:
①岩体的非均质性。由多种岩石组成的岩体，因其结构面方向、分布、密度以
及在
自然条件下组成岩体的物质成分和组合状况经常变化，所以认为岩体是非均质的。<
/p>
②岩体的各向异性。因岩体中结构面的分布往往有一定的方向，随受力岩
体的结构
面趋向不同，其力学性质也不同。
③
岩体的非连续性。由于岩体被各种结构面所切割，因此从总体上说岩体属于非连
续介质，
而岩块则可作为连续介质。
五
:
答
;(
见附图
1)(1)
弹性变形区及应力分布
巷道开掘后，原岩应力重新分布，巷道围岩内出现 应力集中，如果围岩应力
2
2
小于岩体强度，则
巷道距中轴线距离为
r
的任一点的应力为
:
σ
r=
σ
1 (1-r
1 / r
)
2
2
σ
t=
σ
1 (1+ r
1 / r
} )(
其中
r1
为巷道半径，
σ
1
由自重应力引起，且
σ
1=
γ
h
应力分布如图所示，且有以下特点
:
①巷道周围岩体全部处于压缩状态
②应力大小与弹性常数
E
、
u
无关
③
σ< /p>
t
与
σ
r
分布与角度无关，皆为主应 力，即切向和径向平面均为
主平面
④巷道周边的切向应力为最大应力，其最大应力集中系数
k=2
， 且与
巷道半径大小无关
⑤其它各点的应力大小则与孔径有关
⑥巷道周围任意点的切向应力和径向应力之和为常数，且等于
2
σ
1
(2)
塑性变形区及应力分布
即形成塑
形圈，径向应力
σ
r
与弹性条件下一致，但切向应力由塑性变形而 使其在巷
道边缘不为
0
，并在巷道边缘到塑形圈是逐渐增 大的，过了塑形圈规律与弹性条件下
一致，其应力分布如图所示。
六
:
答
:
（<
/p>
p60
图
2-25)
按切向应力大小可分为
:
A:
减压区
:
比原岩应力小得 压力区
B:
增压区
:
比 原岩应力高的应力区即通常所说的支撑压力区
C:
稳压 区
:
处于稳压状态的原岩应力区
按煤体性质可分为
:
D:
极限 平衡区
E
：弹性区
七
:
答
:
首先开切眼，随着工作面的推进，直接顶冒落，工作面再推进 ，直接顶大面
积冒落，老顶产生裂隙，并形成三铰拱式平衡，工作面再推进，老顶平衡失
稳，老
顶垮落，对工作面形成冲击，这次冲击叫初次来压，此时工作面的推进距离就是初
次垮落步距。
初次来 压后，工作面再推进，老顶又形成三铰拱式平衡，再推进三铰拱式平衡
失稳，老顶垮落，
周而复始，老顶由稳定一失稳一稳定一失稳的过程就形成了周期
来压，两次来压之间，工
作面推进的距离叫周期来压步距。
八
:
答
:
①煤层采高及回采工作面控顶距
在一定的地质条件下，回采工作面顶板下沉量与采高及控顶距成正比。采
高越大，采出的空间越大，必然导致采场上覆岩层破坏越严重，从而矿山压力显现
也越严
重。采高越低，顶板活动越缓和，煤壁也较为稳定。控顶距越大，矿山压力
显现也越严重
。
②工作面推进速度
< p>
工作面推进速度越慢，矿山压力显现越严重。在工作面推进速度较慢的情况下，加
< br>快工作面的推进速度可以减少顶板下沉量，改善顶板状况，但当工作面的推进速度
提高到一定程度以后，顶板下沉量的变化将逐渐减小。因此用加快工作面推进速度
的办法
减少顶板下沉量是有一定限度的。
③开采深度
随着开采深度的增加，一部分矿山压力显现
增大，如煤壁上的支承压力增大，冲击
地压，煤壁片帮及底鼓等现象加剧。但对回采工作
面顶板下沉量及支架上所承受的
载荷并没有显现的影响，这是因为回采工作面空间总是在
上覆岩层大结构的保护之
下的结果。
④煤层的倾角
由煤层倾角的变化，顶板岩层重量在垂直
于岩层层面的分力也发生变化。煤层的倾
角增大，垂直层面的分力减小，因而顶板压力减
小，顶板的下沉量也减小。但煤层
倾角的增大会使采空区内的冒落研石倾斜向下滑动，因
而会引起上覆岩层移动规律
的变化。
⑤分层开采
开采第一分层时，矿山压力显现与
开采单一煤层时基本相同。开采下部分层时，工
作面顶板为已冒落的破碎岩石，因而导致
老顶来压步距减小，来压强度减弱
;
支架受
载荷减小
;
顶板下沉量增大，顶板破碎且难于管理等现象。
< br>九
:
答
:
采取巷道常用的支护形式主要有< /p>
:
巷道内基本支护，巷道内加强支护，巷旁支
护，采区巷道
加固和采区巷道联合支护。
其中，①巷内基本支护
:1 .
木材支架
2.
金属支架
3.
锚杆
②巷内加强支护
:1.< /p>
永久性加强支护，即在巷道内安设支架以后不再拆除
2.
临
时性加强支护，一般采用易于拆装和能及时承载的单体液压支柱或金属摩擦支柱。
③巷旁支护
:
根据巷旁支护 的力学特性和支护带的宽度，可以将巷旁支护分为
如下几种
:1.
矸石带
2.
木垛
3.
密集支护
< p>4.人工砌垛
5.
刚性浇注带
④采区巷道加固
:1.
锚杆，锚 索技术的应用
2.
注浆加固
⑤采区巷道联合支护
:
指巷道同一地段内采用两种以上不同结构的支护形 式。如
“锚杆
+
棚子”联合支护、“锚杆十棚子
+
巷旁支护”等。
十
:
答
:(1)
对水平工作面如图所示，
①巷道掘进阶段。煤体内开掘巷道后，巷道围岩出现应力集中，在形 成塑性区的
过程中，围岩向巷道空间显著位移，但随着巷道掘出时间的延长，围岩变形速
度逐
渐衰减，趋向缓和。所以该阶段矿山压力显现弱，显现时间短。
< /p>
②掘进影响稳定阶段。此阶段采动对其无影响，而且煤岩变形移动主要是由于本身
的流变性所致，因此本阶段矿山压力显现基本上是平衡的。
③采动影响阶段。巷道受上区段工作面的回采影响后，在回采引起的超前移动支承
压
力作用下，巷道围岩应力再次重新分布，顶底板移近量增大，矿压显现非常强烈。
在工作
面后方附近由于巷道上方和采空区一侧顶板弯曲下沉和显著运动使得支承压
力和巷道围岩
变形速度都达到最大值。远离工作面后方，变形速度减弱。
④采动影响
稳定阶段。回采引起的应力重新分布趋向稳定后，巷道围岩的变形速度
降低，但仍高于掘
进影响稳定阶段的变形速度，围岩变形按流变规律缓慢增长。
⑤二次采
动影响阶段。巷道本段回采工作面的回采影响时，由于上区段残余支承压
力，本区段工作
面超前支承压力相互叠加，巷道围岩应力急剧增高，引起围岩应力
重新分布，塑性区扩大
，应力的反复扰动，使围岩变形比受上一次采动影响更加剧
烈。
2005
年真题答案
一
:1.
岩体
:
地质体的一部分，并且是由处于一定地质环境中的各种岩性和结构特 征
的岩石组成的集合体，也可以看成是由结构面所包围的结构体和结构
面共同组成的。
2.
矿山压力
:
由于矿山开采活动的影响，在巷铜周围岩体中形成的和作用在支护物上
的力定义
为矿山压力。
3.
岩石碎胀系数
:
岩石破碎后处于松散状态下的体积与岩石破碎前处于整体状态下
的体积之比。
4.
原岩应力
:
存在于 地层中未受工程扰动的天然应力称为原岩应力，包括自重应力和
构造应力。
5.
增载系数
:
支架来压时的工作阻 力与平时工作阻力之比。
6.
周期来压
:
在老顶初次来压以后，工作面继续推进，由于裂隙带岩层周期性失稳
而引起的顶板来压现象称之为工作面顶板的周期来压。
7.
冲击矿压
:
指聚积在矿井巷道和采场周围岩体中的能 量突然释放，在井巷中发生爆
炸性事
故，产生
的动力将煤岩抛向巷道，同时发生强烈声响，造成煤岩体振动和破坏，支
架与设备损坏人
员伤亡，部分巷道垮落破坏等的动力现象。
8.
支架的 工作阻力
:
支架受顶板压力作用而反映出来的力称为支架的阻力，又称为工
作阻力。
9.
岩石的三向抗压强度< /p>
:
岩石试件在三轴应力作用下所能抵抗的最大轴向应力。
10.
裂隙带
:
岩层破坏后，岩块仍能排列整齐的 区域即为裂缝带。位于冒落带之上，
由于排列比较整齐，因此碎胀系数较小。
二
:
答
:(P18
图
1-12)
岩石的蠕变曲线如图所示，它可以划分为
:
①
O-A
段
< p>:瞬时变形阶段。在加载瞬间，试件立即产生一个瞬时弹性变形，
此
段所经时间极短，可以认为与时间无关。
A-B
段
;
第一阶段蠕变
(
又称初始蠕变、过渡蠕变，阻尼蠕变
)
。此段应变
不断增加，但增长速率却随时间降低，曲线呈下凹形。
③
B-C
段
:
第二阶段蠕变
(
又称等速蠕变或定长蠕变
)
此段时间延续最长，应
变随时间呈近似等速增长。
④
C-D
段
:
第三阶段蠕变
< p>(又称加速蠕变
)
。当应变达到
C
< p>点以后加速增长，曲
线呈上凹形，当应变达到某个数值
D
< p>点时试件破坏。
2
2
2
三
:
①写出莫尔应力圆方程
:[
σ
α
一
(
σ
1+
σ
3) /2]
+
τ
α
=[(
σ
1-
σ
3)/2]
最大主应力
σ
1
与外法线成
α
角的斜切面上法向应力
σ
α
和剪应力
τ
α
②用斜直线强度曲线推 导出其强度准则的表达式
:
τ
=C+tan
ψ
，
由图知，
00
=C*cot
ψ
AB=1 / 2 (
σ
1-
σ
3)
，
OA=1 / 2 (
σ
1+
σ
3 )
对于直角△
0' AB
，有
sin
ψ
=AB/0' A=1/2(
σ
1-
σ
3)
÷
[C*cot
ψ
+1/2(
σ
1+
σ
2
3)]
，
cos
ψ
=
√
(1-sin
ψ
)
解之得，
σ
1=2C
√
(1+sin
ψ
)/(1-sin
ψ
)+
σ
3* (1+sin
ψ
)/( 1-sin
ψ
)
。
四
:
答
:
格里菲斯强度理论认为，任何材料内部存在着各种细微的 裂缝，当材料处于
一定的应力状态时，在这些裂缝的端部便会产生应力集中，如果主应力
为压应力，
在裂隙端部就产生几倍于主应力的拉应力
;
如 果主应力为压应力，在裂隙端部也产生
拉应力。当裂隙周围拉应力超过岩石的抗拉强度时
，就会由于裂缝的扩展而造成岩
石的破坏。格里菲斯强度理论实质是脆性拉断破坏理论，
它不仅能解释岩石脆性破
坏现象，还能解释许多材料在远低于其强度极限时就能发生破坏
的原因。
五
: (
见附图
1)(1)
弹性变形区及应力分布
巷道开掘后，原岩应力重新分布，巷道围岩内出现应力集中 ，如果围岩应力
2
2
小于岩体强度，则巷道距中
轴线距离为
r
的任一点的应力为
:
σ
r=
σ
1 (1-r
1 / r
)
2
2
σ
t=
σ
1 (1+ r
1 / r
} )(
其中
r1
为巷道半径，
σ
1
由自重应力引起，且
σ
1=
γ
h
应力分布如图所示，且有以下特点
:
①巷道周围岩体全部处于压缩状态
②应力大小与弹性常数
E
、
u
无关
③
σ< /p>
t
与
σ
r
分布与角度无关，皆为主应 力，即切向和径向平面均为
主平面
④巷道周边的切向应力为最大应力，其最大应力集中系数
k=2
， 且与
巷道半径大小无关
⑤其它各点的应力大小则与孔径有关
⑥巷道周围任意点的切向应力和径向应力之和为常数，且等于
2
σ
1
(2)
塑性变形区及应力分布
即形成塑
形圈，径向应力
σ
r
与弹性条件下一致，但切向应力由塑性变形而 使其在巷
道边缘不为
0
，并在巷道边缘到塑形圈是逐渐增 大的，过了塑形圈规律与弹性条件下
一致，其应力分布如图所示。
六
:
答
:(P 60
图
2-25 )
按切向应力大小可分为
:
A:
减压区
:
比原岩应力小得压力区
B:
增压区
:
比原岩应 力高的应力区即通常所说的支撑压力区
C:
稳压区
:
处于稳压状态的原岩应力区
按煤体性质可分为
:
D:
极限平衡区
E:
弹性区
七
:
答
:
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，其自身又具有新的特色。
< /p>
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
同情况下，综放开采的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。
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，煤的强度越大，顶煤的完整性越好，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，初次来压强度也不大。
③容易产生端部冒顶。这是由于顶煤容易破碎，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不大。由于是一次采全厚，所以
回采巷道的矿压显现规律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，支架受冒落煤研冲击造成的动载荷
影响明显。
⑥下分层综放开采时的矿压显现程度有所减弱。
< br>八
:
答
:
①煤层采高及回采工作面控顶距< /p>
在一定的地质条件下，回采工作面顶板下沉 量与采高及控顶距成正比。采高
越大，采出的空间越大，必然导致采场上覆岩层破坏越严
重，从而矿山压力显现也
越严重，采高越低，顶板活动越缓和，煤壁也较为稳定。控顶距
越大，矿山压力显
现也越严重。
②工作面推进速度
工作面推进速度越慢，矿山压力显现
越严重。在工作面推进速度较慢的情况下，加
快工作面的推进速度可以减少顶板下沉量，
改善顶板状况，但当工作面的推进速度
提高到一定程度以后，顶板下沉量的变化将逐渐减
小。因此用加快工作面推进速度
的办法减少顶板下沉量是有一定限度的。
③开采深度
随着开采深度
的增加，一部分矿山压力显现增大，如煤壁上的支承压力增大，冲击
地压，煤壁片帮及底
鼓等现象加剧。但对回采工作面顶板下沉量及支架上所承受的
载荷并没有显现的影响，这
是因为回采工作面空间总是在上覆岩层大结构的保护之
下的结果。
④煤层的倾角
由煤层倾角
的变化，顶板岩层重量在垂直于岩层层面的分力也发生变化。煤层的倾
角增大，垂直层面
的分力减小，因而顶板压力减小，顶板的下沉量也减小。但煤层
倾角的增大会使采空区内
的冒落研石倾斜向下滑动，因而会引起上覆岩层移动规律
的变化。
⑤分层开采
开采第一分层时，矿山压力显现与
开采单一煤层时基本相同。开采下部分层时，工
作面顶板为己冒落的破碎岩石，因而导致
老顶来压步距减小，来压强度减弱
;
支架受
载荷减小
;
顶板下沉量增大，顶板破碎且难于管理等现象。
< br>九
:
答
:
目前对冲击矿压机理的认识可主要 概括为
:
强度理论，能量理论和冲击倾向理
论。
①强度理论
:
该理论认为岩体破坏的原因和规律 ，
实际上是强度问题，
即材料受载后，
超过其强度极限时
，必然要发生破坏。
强度准则
:< /p>
∑
σ
i/R
≧
1(
其 中为∑
σ
i
各种应力总和
;R
为煤 体与围岩系统强度
)
②能量理论
:
矿体 与围岩系统的力学平衡状态破坏后所释放的能量大于消耗能量时，
就会发生冲击矿压。<
/p>
能量准则
:[
α
(dUe/dt)+
β
(dUs/dt)]/(dUp/dt)
≧
1(dUe/dt, dUs/dt
分别表示围岩
系统、煤体内的能量释放速度
;
α
,
β
分别为能量释放的有效系数
)
③冲击倾向理论
:
煤岩介质实际的冲击倾向度大于规定的极限值就会发生冲击矿压。
*
冲击准则
:K/K
≧
1(K< /p>
为煤岩的冲击倾向度指标
;k*
为实验室所确定的冲击倾向度
界限值
)
。
十
:
答
:(1)
对水平工作面如图所示，
①巷道掘进阶段。煤体内开掘巷道后，巷道围岩出现应力集中，在形 成塑性区的
过程中，围岩向巷道空间显著位移，但随着巷道掘出时间的延长，围岩变形速
度逐
渐衰减，趋向缓和。所以该阶段矿山压力显现弱，显现时间短。
< /p>
②掘进影响稳定阶段。此阶段采动对其无影响，而且煤岩变形移动主要是由于本身
的流变性所致，因此本阶段矿山压力显现基本上是平衡的。
③采动影响阶段。巷道受上区段工作面的回采影响后，在回采引起的超前移动支承
压
力作用下，巷道围岩应力再次重新分布，顶底板移近量增大，矿压显现非常强烈。
在工作
面后方附近由于巷道上方和采空区一侧顶板弯曲下沉和显著运动使得支承压
力和巷道围岩
变形速度都达到最大值。远离工作面后方，变形速度减弱。
④采动影响
稳定阶段。回采引起的应力重新分布趋向稳定后，巷道围岩的变形速度
降低，但仍高于掘
进影响稳定阶段的变形速度，围岩变形按流变规律缓慢增长。
⑤二次采
动影响阶段。巷道本段回采工作面的回采影响时，由于上区段残余支承压
力，本区段工作
面超前支承压力相互叠加，巷道围岩应力急剧增高，引起围岩应力
重新分布，塑性区扩大
，应力的反复扰动，使围岩变形比受上一次采动影响更加剧
烈。
2006
年答案
一
< p>:1.周期来压
:(P37)
是钻孔中直接获取的岩心总长度
L
，扣除破碎岩心和软弱
夹泥的长度后长度，与钻孔总进
尺
H
之比
2.
支承压力
:
岩体内开挖巷道后，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。
3.
岩石残余碎胀系数
:
岩石破碎后，在其自重和外加载荷的作用下逐渐压实 ，体积随
之减小，碎胀系数比初始破碎时相应的变小，这种压实后的体积与破碎前原始体
积
之比称为岩石的残余碎胀系数。
4.
岩体变形能
:
岩体受外力作用而产生弹性变形时，在岩体内部所储存的能 量，称为
岩体的弹性变形能。
5
，关键层
:
对采场上覆岩层局部或者直至地表的全部岩层活动起控制作用的岩层 称
为关键层。
6.
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。
7.
冲击矿压
:
指聚积在矿井巷道和采场周围岩体中的能量突然释放，在井巷中发生爆
炸性事故
，产生的动力将煤岩抛向巷道，同时发生强烈声响，造成煤岩体振动和破
坏，支架与设备
损坏人员伤亡，部分巷道垮落破坏等的动力现象。
8.
支架初撑力
:
支架支设时，将活柱升起，拖住顶梁，利用升柱工具和锁紧装置使支
柱对顶板产生一个主动力。这个最初形成的主动力称为蜘蛛的初撑力。对于液压支
架，即是泵压所形成的支柱对顶板的撑力。
9.
原岩应力
:
存在于地层中未受工程扰动的天然应力称为原岩应力，包括 自重应力和
构造应力。
10.
巷道松动圈
:
井巷开挖后，巷道周围岩石产生裂隙，并逐渐被破坏，出现塑性变< /p>
形，形成非弹性变形区，也称为巷道松动变形区。
二
:
答
:(P18
图
1-12)
岩石的蠕变曲线如图所示，它可以划分为
:
①
O-A
段
:
瞬时变形阶段。在加 载瞬间，试件立即产生一个瞬时弹性变形，
此段所经时间极短，可以认为与时间无关。<
/p>
②
A-B
段
;
第一阶段蠕变
(
又称初始蠕变、过渡蠕变， 阻尼蠕变
)
。此段应变
不断增加，但增长速率却随时间降
低，曲线呈下凹形。
③
B-C
段
:
第二阶段蠕变
(
又称 等速蠕变或定长蠕变
)
此段时间延续最长，应
变随时间呈
近似等速增长。
④
C -D
段
:
第三阶段蠕变
(
又称加速 蠕变
)
。当应变达到
C
点以后加速增长，曲
线呈上凹形，当应变达到某个数值
D
点时试件破坏。
< p>
2
2
2
三
:
答
:
①写出莫尔应 力圆方程
:[
σ
α
一
(
< p>σ1+
σ
3) /2]
+
τ
α
=[(
σ
1-
σ
3)/2]
最大主应力
σ
1
与外法线成
α
角的斜切面上法向应力
σ
α
和剪应力
τ
α
②用斜直线强度曲线推 导出其强度准则的表达式
:
τ
=C+tan
ψ
，
由图知，
00
=C*cot
ψ
AB=1 / 2 (
σ
1-
σ
3)
，
OA=1 / 2 (
σ
1+
σ
3 )
对于直角△
0' AB
，有
sin
ψ
=AB/0' A=1/2(
σ
1-
σ
3)
÷
[C*cot
ψ
+1/2(
σ
1+
σ
2
3)]
，
cos
ψ
=
√
(1-sin
ψ
)
解之得，
σ
1=2C
√
(1+sin
ψ
)/(1-sin
ψ
)+
σ
3* (1+sin
ψ
)/( 1-sin
ψ
)
。
四
:
答
: 1.
经验估算法
(1)
直接顶载荷
Q1
Q1=
∑
hL1
γ
,(
∑
h
为直接顶厚
;L1
为悬顶距
;
γ
为体积力
)
悬顶距 等于控顶距
L
，则
Q1=
∑
hL
γ
，其载荷为
q1=
∑
hL
γ
(2)
老顶载荷
Q2
以直接顶载荷的倍数估计老顶载荷
P=q1+q2=n
∑
h
γ
( n
为增载系数，取
2)}
∑
h= M/
（
K-1) (M
为采高，
k
为碎
胀系数取
1.25~1.5 )
，故
P=2 M/ (K-1)
γ
=(4~8) M
γ
，周期来压时顶板作用在支架
上的载荷相当于采高<
/p>
4~8
倍的岩柱重量。
2.
从老顶形成的平衡关系估算
此 估算法认为直接顶的载荷应由支架全部承受，而老顶岩层由于能形成结构，因
此支架所承
受的载荷仅是当老顶岩层结构失稳时所形成的。
(1)
从老顶结构的滑落失稳估算顶板压力
控制顶板滑落失稳时，产生的力，即老顶对工作面支架的作用力，
F=R
。—
T(tan(
ψ
一
θ
)(R
。一老顶岩块在煤壁前的剪力
;T
一老顶破裂岩块之间
的水平推力
;
θ
,
ψ
一岩块间的破断角和内摩擦角
)
(2)
由老顶破断岩块结构的变形失稳估算顶板压力
根据支架与工作阻力和顶板下沉量的关系，有人认为支架工作阻力和顶板
下沉量的乘积为一个常数，
为此，
老顶对支架的作用载荷
P=ko.(
△
ho/
△
hi)
（△
h
。一实测回采工作面顶板下 沉量
;
△
hi
一要求控制的回采工作面顶板下沉 量
;)k
。
=(Me.
γ
)/(Kt.L) (Me
一老顶岩梁厚度
;< /p>
γ
e
一老顶岩层体积力
;Le
一老顶 岩梁跨
度，
L
一控顶距
;Kt
< p>一支架承担岩梁重量的系数。)
3.
威尔逊估算法
只考虑直接 顶的形状与载荷，引出由于支架与围岩相互平衡时产生的附加力概
念，直接顶形状由垮落
角
α
决定，因为直接顶形状不同，顶板压力为
Ql
作用点就发
生变化，
(a)
作用于前方，
(b)
于后方，整个支架可视为一个反作用力
P
。由于
P ,Q1
位置上的差异形成了
Q3
，关系为
P=Q1+Q3, P. Lp=Q1.L1+Q3.L3
五
、
(
见附图
1)(1)
弹性变形区及应力分布
巷道开掘后，原岩应力重新分布，巷道围岩内 出现应力集中，如果围岩应力
2
2
小于岩体强度
，则巷道距中轴线距离为
r
的任一点的应力为
:
σ
r=
σ
1 (1-r
1 / r
)
2
2
σ
t=
σ
1 (1+ r
1 / r
} )(
其中
r1
为巷道半径，
σ
1
由自重应力引起，且
σ
1=
γ
h
应力分布如图所示，且有以下特点
:
①巷道周围岩体全部处于压缩状态
②应力大小与弹性常数
E
、
u
无关
③
σ< /p>
t
与
σ
r
分布与角度无关，皆为主应 力，即切向和径向平面均为
主平面
④巷道周边的切向应力为最大应力，其最大应力集中系数
k=2
， 且与
巷道半径大小无关
⑤其它各点的应力大小则与孔径有关
⑥巷道周围任意点的切向应力和径向应力之和为常数，且等于
2
σ
1
(2)
塑性变形区及应力分布
即形成塑
形圈，径向应力
σ
r
与弹性条件下一致，但切向应力由塑性变形而 使其在巷
道边缘不为
0
，并在巷道边缘到塑形圈是逐渐增 大的，过了塑形圈规律与弹性条件下
一致，其应力分布如图所示。
六
:
答
:
根据支承压力沿煤层 倾斜的显现规律
(
如图
)
，知与采空区相邻的煤体 边
缘存在一个应力原岩应力低的卸载带，当回采工作面采过相当长时间
以后，这个卸
载带仍能较稳定地长期保持。卸载区载荷小，且为了避免支承压力的作用，
对巷道
进行无煤柱护巷，就是把巷道布置在卸载区，在这个地区掘进和维护巷道，可减小
顶板对巷道的压力，达到容易支护的目的，主要无煤柱护巷的形式是沿空掘巷和沿
空留巷两种。
七
:
答
:
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，其自身又具有新的特色。
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
同情况下，综放开采的支承
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。
< /p>
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，煤的强度越大，顶煤的完整性越好，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，初次来压强度也不大。
③容易产
生端部冒顶。这是由于项煤容易破碎，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
作面两端平巷压力不大。由于是一次采全厚，所以
回采巷道的矿压显现规律较分层多次开
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
研冲击造成的动载荷
影响明显。
⑥下分层综放开采时的矿压显现程度有所减弱。
八
:
答
:
①煤层采高及回采工作面控顶距
在一定的地质条件下，回采工作面顶板下沉 量与采高及控顶距成正比。采
高越大，采出的空间越大，必然导致采场上覆岩层破坏越严
重，从而矿山压力显现
也越严重
:
采高越低，顶板活动越 缓和，煤壁也较为稳定。控顶距越大，矿山压力显
现也越严重。
②工作面推进速度
工作面
推进速度越慢，矿山压力显现越严重。在工作面推进速度较慢的情况下，加
快工作面的推
进速度可以减少顶板下沉量，改善顶板状况，但当工作面的推进速度
提高到一定程度以后
，顶板下沉量的变化将逐渐减小。因此用加快工作面推进速度
的办法减少顶板下沉量是有
一定限度的。
③开采深度
随着开采深度的增加，一部分矿山压力显现增大，如煤壁上的支承压力增大，冲击
地压，煤壁片帮及底鼓等现象加剧。但对回采工作面顶板下沉量及支架上所承受的
载荷并没有显现的影响，这是因为回采工作面空间总是在上覆岩层大结构的保护之
下
的结果。
④煤层的倾角
由煤层倾角的变化，顶板岩层重量在垂直于岩层层面的分力也发生变化。煤层的倾
角增大，垂直层面的分力减小，因而顶板压力减小，顶板的下沉量也减小。但煤层
倾角的增大会使采空区内的冒落研石倾斜向下滑动，因而会引起上覆岩层移动规律
的变
化。
⑤分层开采
开采第一分
层时，矿山压力显现与开采单一煤层时基本相同。开采下部分层时，工
作面顶板为已冒落
的破碎岩石，因而导致老顶来压步距减小，来压强度减弱
;
支架受
载荷减小
;
顶板下沉量增大，顶板破碎且难于管理等现象。
九
:
答
:
采取巷道常 用的支护形式主要有
:
巷道内基本支护，巷道内加强支护，巷旁支
护，采区巷道加固和采区巷道联合支护。
其中，①巷内基本支
护
:1.
木材支架
2.
金属支架
3 .
锚杆
②巷内加强支护< /p>
:1.
永久性加强支护，即在巷道内安设支架以后不再拆除
2.
临
时性加强支护，一般采用易于拆装和能及时承载的单体液压支柱或金属摩擦
支柱。
③巷旁支护
:
根据巷旁支护的力学特性和支护带的宽度，可以将巷旁支护分为
如下几种
:1.
矸石带
2.
木垛
3.
< p>密集支护4.
人工砌垛
5.
刚性浇注带
④采区巷道加固
:1.
锚 杆，锚索技术的应用
2.
注浆加固
⑤采区巷道联合支护
:
指巷道同一地段内采用两种以上不同结构的 支护形式。如
“锚杆
+
棚子”联合支护、“锚杆十棚子< /p>
+
巷旁支护”等。
十
:< /p>
答
:(1)
对水平工作面如图所示，
①巷道掘进阶段。煤体内开掘巷道后，巷道围岩出现应力集中，在形 成塑性区的
过程中，围岩向巷道空间显著位移，但随着巷道掘出时间的延长，围岩变形速
度逐
渐衰减，趋向缓和。所以该阶段矿山压力显现弱，显现时间短。
< /p>
②掘进影响稳定阶段。此阶段采动对其无影响，而且煤岩变形移动主要是由于本身
的流变性所致，因此本阶段矿山压力显现基本上是平衡的。
③采动影响阶段。巷道受上区段工作面的回采影响后，在回采引起的超前移动支承
压
力作用下，巷道围岩应力再次重新分布，顶底板移近量增大，矿压显现非常强烈。
在工作
面后方附近由于巷道上方和采空区一侧顶板弯曲下沉和显著运动使得支承压
力和巷道围岩
变形速度
都达到最大值。远离工作面后方，变形速度减弱。
④采动影响稳定阶段。回采引起的应力重新分布趋向稳定后，巷道围岩的变形速度
降
低，但仍高于掘进影响稳定阶段的变形速度，围岩变形按流变规律缓慢增长。
< br>⑤二次采动影响阶段。巷道本段回采工作面的回采影响时，由于上区段残余支承压
力，本区段工作面超前支承压力相互叠加，巷道围岩应力急剧增高，引起围岩应力
重新分
布，塑性区扩大，应力的反复扰动，使围岩变形比受上一次采动影响更加剧
烈。
(2)
对于倾斜工作面，矿压显现规律如图所示。
2007
年真题答案
一
:1.
岩体弹性变形能
:
岩体受外力作用而产生弹性变形时，在岩体内部所储存的 能
量，称为岩体的弹性变形能。
2.
矿山压力
:
由于矿山开采活动的影响，在巷铜周围岩体中形成的和作用在支 护物上
的力定义为矿山压力。
3.
:
岩石破碎后处于松散状态下的体积与岩石破碎前处于整体状态 下
的体积之比
4.
原岩应力< /p>
:
存在于地层中未受工程扰动的天然应力称为原岩应力，包括自重应力和
< p>构造应力。
5.
增载系数
:
支架来压时的工作阻力与平时工作阻力之比。
6.<
/p>
岩石蠕变
:
在应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。< /p>
7.
岩体龟裂系数
:
利用 弹性波在岩体和岩石试件中的传播速度之比，可反映岩体中裂
隙发育程度，这个比值的平
方称为岩体的完整性系数，又称龟裂系数。
8.
支架工 作阻力
:
支架受顶板压力作用而反映出来的力称为支架的阻力，又称工作阻
力。
9.
岩石的线弹性
:
岩石的应力应变曲线呈直线关系。
10.
莫尔一库伦强度理论
:
认为材料发生破坏是由于材料的某一面上剪应力达到 一定
的限度，而这个剪应力与材料本身性质和正应力在破坏面上所造成的摩擦阻力有关。
即材料发生破坏取决于自身性质和该点的正应力。
二
:
答
:
岩石单轴受压条件下的全程应力应变 曲线可划分为
5
个阶段
:
①
O-A
段，原始空隙压密阶段，岩石应力应变曲线呈 上弯形。此阶段变形模量较小
且不是一个常数，相应的
A
点为压密极限。
②
A-B
段，线弹性 阶段，岩石应力应变曲线呈直线形，相应的
B
点的应力值为弹性极
限。
③
B-C
段，弹塑性过 渡阶段，岩石的应力应变曲线从
B
点开始偏离直线，当应力达到
0.6
σ
max
时，岩石开始有微破裂 不断产生，岩石的体积由压缩转向膨胀。对应于曲
线上的
C
点的应力称为屈服极限。
④
C-D
段 ，塑性阶段，当应力超过屈服应力后接近
0.95
σ
max< /p>
时，岩石破裂速度加
快，岩石的应力应变曲线继续向右上方延伸，岩石的体
积膨胀速度加快，变形也随
应力增大而迅速增长，直至。点破坏。相应于
D
点的应力值称之为岩石的强度极限。
⑤
D
点以后为破坏阶段，又称为后破坏阶段。这段峰后曲线说明，岩石达到强度极限
后，破坏的发展要经历一个过程，最终达到完全破坏。后破坏阶段的岩石仍有一定
的承载能力，只是保持一较小值，相应于曲线上〔点对应的应力值称为残余强度。
D
点后的峰后区表现出应变软化特性。
三
:
答
:(1)
概括来说，天然岩体与实验室内制作的岩石试件有显 著不同。
①岩体赋存于一定地质环境中，地应力、地下水、地温等因素
对其物理力学性质有
很大影响
;
而岩石试件已完全脱离了 原有的地质环境。
②岩体在自然状态下经历了漫长的地质作用过程，其
中存在着各种地质构造和弱面。
③一定数量的岩石组成岩体，且岩体无特定的自然边界。
(2)
从力学角度来看，岩体与岩石有许多区别，其中较为明显的基本特征有
:
①岩体的非均质性。由多种岩石组成的岩体，因其结构面方向、分布、密度以
及在
自然条件下组成岩体的物质成分和组合状况经常变化，所以认为岩体是非均质的。<
/p>
②岩体的各向异性。因岩体中结构面的分布往往有一定的方向，随受力岩
体的结构
面趋向不同，其力学性质也不同。
③
岩体的非连续性。由于岩体被各种结构面所切割，因此从总体上说岩体属于非连
续介质，
而岩块则可作为连续介质。
四
: (
见附图
1)(1)
弹性变形区及应力分布
巷道开掘后，原岩应力重新分布，巷道围岩内出现应力集中 ，如果围岩应力
2
2
小于岩体强度，则巷道距中
轴线距离为
r
的任一点的应力为
:
σ
r=
σ
1 (1-r
1 / r
)
2
2
σ
t=
σ
1 (1+ r
1 / r
} )(
其中
r1
为巷道半径，
σ
1
由自重应力引起，且
σ
1=
γ
h
应力分布如图所示，且有以下特点
:
①巷道周围岩体全部处于压缩状态
②应力大小与弹性常数
E
、
u
无关
③
σ< /p>
t
与
σ
r
分布与角度无关，皆为主应 力，即切向和径向平面均为
主平面
④巷道周边的切向应力为最大应力，其最大应力集中系数
k=2
， 且与
巷道半径大小无关
⑤其它各点的应力大小则与孔径有关
⑥巷道周围任意点的切向应力和径向应力之和为常数，且等于
2
σ
1
(2)
塑性变形区及应力分布
即形成塑
形圈，径向应力
σ
r
与弹性条件下一致，但切向应力由塑性变形而 使其在巷
道边缘不为
0
，并在巷道边缘到塑形圈是逐渐增 大的，过了塑形圈规律与弹性条件下
一致，其应力分布如图所示。
五
:
答
:
按切向应力大小可分 为
:
A:
减压区
:
比原岩应力小得压力区
B:
增压区
:
比原岩应 力高的应力区即通常所说的支撑压力区
C:
稳压区
:
处于稳压状态的原岩应力区
按煤体性质可分为
:
D:
极限平衡区
E:
弹性区
六
:
答
:
首先开切眼，随着工作面的推进，直 接顶冒落，工作面再推进，直接顶大面
积冒落，老顶产生裂隙，并形成三铰拱式平衡，工
作面再推进，老顶平衡失稳，老
顶垮落，对工作面形成冲击，这次冲击叫初次来压，此时
工作面的推进距离就是初
次垮落步距。
初次来压后，工作面再推进，老顶又形成三铰拱式平衡，再推进三铰拱式平衡
失稳，老顶垮落，周而复始，老顶由稳定一失稳一稳定一失稳的过程就形成了周期
来
压，两次来压之间，工作面推进的距离叫周期来压步距。
七：答
: 1.
经验估算法
(1)
直接顶载荷
Q1
Q1=
∑
hL1
γ
,(
∑
h
为直接顶厚
;L1
为悬顶距
;
γ
为体积力
)
悬顶距 等于控顶距
L
，则
Q1=
∑
hL
γ
，其载荷为
q1=
∑
hL
γ
(2)
老顶载荷
Q2
以直接顶载荷的倍数估计老顶载荷
P=q1+q2=n
∑
h
γ
( n
为增载系数，取
2)
∑
h= M/
（
K-1) (M
为采高，
k
为碎胀
系数取
1.25~1.5 )
，故
P=2 M/ (K-1)
γ
=(4~8) M
γ
，周期来压时顶板作用在支架上
的载荷相当于采高<
/p>
4~8
倍的岩柱重量。
2.
从老顶形成的平衡关系估算
此 估算法认为直接顶的载荷应由支架全部承受，而老顶岩层由于能形成结构，因
此支架所承
受的载荷仅是当老顶岩层结构失稳时所形成的。
(1)
从老顶结构的滑落失稳估算顶板压力
控制顶板滑落失稳时，产生的力，即老顶对工作面支架的作用力，
F=R
。—
T(tan(
ψ
一
θ
)(R
。一老顶岩块在煤壁前的剪力
;T
一老顶破裂岩块之间
的水平推力
;
θ
,
ψ
一岩块间的破断角和内摩擦角
)
(2)
由老顶破断岩块结构的变形失稳估算顶板压力
根据支架与工作阻力和顶板下沉量的关系，有人认为支架工作阻力和顶板
下沉量的乘积为一个常数，
为此，
老顶对支架的作用载荷
P=ko.(
△
ho/
△
hi)
（△
h
。一实测回采工作面顶板下 沉量
;
△
hi
一要求控制的回采工作面顶板下沉 量
;)k
。
=(Me
γ
) /(Kt.L) (Me
一老顶岩梁厚度
;
γ
e< /p>
一老顶岩层体积力
;Le
一老顶岩梁跨
度，
L
一控顶距
;Kt
一支架承担岩梁重量的系数。< /p>
)
3.
威尔逊估算法
只考虑直接顶的形状与载荷，引出由于支架与围岩相互平衡时产 生的附加力概
念，直接顶形状由垮落角
α
决定，因为直接 顶形状不同，顶板压力为
Ql
作用点就发
生变化，
(a)
作用于前方，
(b)
于后方，整个支架可视为一 个反作用力
P
。由于
P ,Q1
位置上的
差异形成了
Q3
，关系为
P=Q1+Q3, P Lp=Q1.L1+Q3.L3.
八
:
答
:
采场支架与围岩相互作用体系是由老顶一直接顶一支架一底板组成。在采场
< br>内，由于煤壁支撑影响角的存在以及回采工作面不断推进的事实，使得老顶的回转
是不可控的，因而其回转变形为给定变形。因此，在支架与围岩相互作用体系中，
老丁的
运动及作用是有主导性的。而且支架与围岩是相互作用影响的。围岩的运动
状态影响支架
的工作状况和承载特性，而支架的工作状况反过来影响到对顶板的维
护效果。
总的来说，回采工作面的支架与其支撑的围岩是相互作用 的矛盾统一体，两者
的关系既支撑又适应的关系。支架的设计必须符合回采工作面围岩的
运动规律，只
有这样才能使支护结构设计既经济又合理。同时也只有支架的支撑力分布合
适，护
顶装置可靠，才能维护好顶板，保证矿工安全和生产正常进行，即要求在结构与性
能上适应采场顶板岩层的基本运动规律，又能支架既能有效地支撑顶板岩层。
九
:
答
:(l)
对 水平工作面如图所示，
①巷道掘进阶段。煤体内开 掘巷道后，巷道围岩出现应力集中，在形成塑性区的
过程中，围岩向巷道空间显著位移，
但随着巷道掘出时间的延长，围岩变形速度逐
渐衰减，趋向缓和。所以该阶段矿山压力显
现弱，显现时间短。
②掘进影响稳定阶段。此阶段采动对其无影响，而
且煤岩变形移动主要是由于本身
的流变性所致，因此本阶段矿山压力显现基本上是平衡的
。
③采动影响阶段。巷道受上区段工作面的回采影响后，在回采引起的
超前移动支承
压力作用下，巷道围岩应力再次重新分布，顶底板移近量增大，矿压显现非
常强烈。
在工作面后方附近由于巷道上方和采空区一侧顶板弯曲下沉和显著运动使得支承
压
力和巷道围岩变形速度都达到最大值。远离工作面后方，变形速度减弱。
④采动影响稳定阶段。回采引起的应力重新分布趋向稳定后，巷道围岩的变形速度<
/p>
重庆大学尹超-重庆大学尹超
四川大学印章-四川大学印章
大学寝室窗帘-大学寝室窗帘
李雪广州大学-李雪广州大学
西南大学茶叶-西南大学茶叶
武汉大学瑜伽-武汉大学瑜伽
挪威管理大学-挪威管理大学
台湾所有大学-台湾所有大学
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