《矿山压力与岩层控制》课程复习大纲
名词解释：
原岩体 原岩应力 矿山压力 矿山压力显现 矿山压力控制
支承压力 极限平衡状态 极限平衡区 顶板 底板 直接顶 伪顶
老顶 老顶的初次来压 老顶来压步距 老顶的周期来压 老顶的周期来压步距 支架的初撑力 关键层 巷道的稳定性系数 煤矿动压现象
简答：
什么是构造应力，有什么特点？p42
双向的等压应力场中圆形孔周边的的应力分布特点？
什么叫支承压力?它和矿山压力有何不同？
矿山压力是指在岩体中开掘巷道或在煤层中进行采煤以后，破坏了岩体内的原岩应力平衡状态，而在井巷、硐室及回采工作面周围煤岩体中和支护物上引起的力。
支承压力是指在岩体中开掘巷道，在煤层内进行采煤时，巷道两侧或回采工作面周围煤壁上形成的高于原岩应力的垂直集中应力。支承压力时矿山压力的一个重要组成部分，支承压力的存在度于围岩变形与破坏，对于巷道维护，工作面落煤，开采过程中的冲击地压，煤与瓦斯突然喷出等都有直接的影响。所以，支承压力是研究矿山压力及其控制的一个重要组成部分和主要研究对象。但它不是矿山压力的全部内容，矿山压力除支承压力以外，还包括巷道及回采工作面周围岩体对支架产生的力，围岩中的水平应力等等。
什么是围岩的极限平衡区？绘图说明支承压力分布的特点？
围岩的极限平衡离不开支撑压力的分布规律，支承压力是指在岩体中开掘巷道，在煤层内进行采煤时，巷道两侧或回采工作面周围煤壁上形成的高于原岩应力的垂直集中应力，若是围岩两侧是松软破碎的软岩层时，由于周边的应力分布特征，围岩会进入破坏的状态，随着向岩体内部的发展，岩块会处于三向应力的状态，强度提高，知道某一半径R处岩块又会处于弹性状态。这样，半径R范围的岩体就处于极限平衡状态，即此范围内岩块所处的应力圆与强度包络线相切。这个范围称为极限平衡区。图见p60，图2-26，支承压力的分区。
试述原岩应力场的概念、组成部分及其分布的基本特点。减压区的形成及其实际意义。
在巷道或采场周围岩体中垂直应力小于原岩应力的区域称为减压区。
当在岩体内开掘了巷道或回采工作面以后，巷道或回采工作面周围岩体中必然耍产生应力重新分布，在巷道两侧形成2—3倍原始应力的集中应力，在工作面前方煤壁上形成4—5倍以上原始应力的集中应力。在这样大的垂直应力的作用下巷道周围岩体或工作面前煤壁必然要发生破坏。从而使围岩的支撑力降低，集中的支承压力就要向岩体内部转移。由于深部岩体处于三向应力状况其强度逐渐增加，直到某一半径为R处岩体的强度等于或大于集中应力时为止。这样就在巷道成采扬周围的岩体中形成了减压区。
由于巷道或采场周围岩体中存在减压区，使巷道或采场内的支架免受高应力的作用，因此，采用支撑能力较小的支架就可能较好地维护这些开采空间，从而降低支架的支护费用。
什么是直接顶、伪顶和老顶，它们之间有何不同？
赋存在煤层之上的岩层统称为煤层的顶板。直接位于煤层之上的一层或几层性质相似的岩层称为直接顶，它由具有一定稳定性，在回采工作面回柱放顶后易垮落的页岩、砂页岩等不太坚硬的岩层组成。
位于直接顶和煤层之间，厚度小于0.3至0.5m极易冒落的较软弱岩层称为伪顶。它随着煤体的破落而冒落，通常由炭质页岩组成。
位于直接顶之上(有时直接位于煤层之上)的厚而坚硬的岩层称为老顶。它通常不随回采工作面回柱放顶而冒落，而是以铰接岩梁的形式下沉，一船由砂岩、砾岩和石灰岩等坚硬岩层组成。
老顶是引起回来工作面顶板初次来压和周期来压的主要原因。老顶岩层愈厚、愈坚硬，矿山压力显现愈强烈。直接顶是影响回采工作面顶板初次来压和周期来压剧烈程度的主要原因，直接顶愈厚初次来压和周期来压显现就愈弱，反之．来压显现愈强烈。
简述煤层开采后，上覆岩层的破坏方式。怎样按破坏方式分区？
当煤层开采以后，由于直接顶下部形成较大的空间，直接顶破断后，岩块呈不规则垮落排列极不整齐，其松散系数较大。一船将具有这种破坏方式的岩层称为冒落带，如下图中的Ⅰ区域。冒落带以上的顶板岩层由于其下部自由空间较小，岩层断裂后，其向下移动时受到相互牵制，岩层只是断裂下沉而无翻转，通常将这个区域叫做裂隙带，如图中的Ⅱ区域。再向上直至地表的岩层只有弯曲下沉而无断裂，这一带称为弯曲下沉带，图中的Ⅲ区域。
根据裂隙带内岩层的移动特点，沿工作面推进方向可将其分为以下几个区域：
1） A区域，即煤壁支撑影响区。这个区域在煤壁前方30-40m范围内。该区域内岩层有较明显的水平移动，而垂直移动甚小，有时岩层还可能出现上升观象。
2） A区域，也称为离层区。这个区域是在回来工作面推过以后的采空区上方。这个区的岩层移动特点是：破断岩层的垂直位移急剧增大，其下部岩层的垂直移动速度大于上部岩层的运直移动速度，因而下部岩层和上部岩层发生离层。
3） C区域，称为重新压实区。这个区域内裂隙带的岩层受到已冒落矸石的支撑
垂直移动减缓，其下部岩层的垂直移动速度小于上部盐城，因而使岩层离层时出现的层间空隙又重新闭合。
.简述对开采后上覆岩层形成的结构有哪几种主要假说及其各自的优缺点。
压力拱假说：比较明确的解释了围岩的卸载原因和减压区的存在，给出了围岩的最终平衡状态，可以解释在松软顶板条件下，回采空间压力减小的原因。但它不能全面的解释矿山压力的各种现象，特别是对岩层移动的力学特性未作任何分析。
悬臂梁假说可以说明工作面前方煤体中存在应力集中（支承压力）的现象，说明工作面靠近煤壁处顶板下沉量小，顶板压力也小的原因。这种假说假设条件过于简单，一般煤层顶板很少是弹性连续介质，因而该假说不能从数量上解释矿山压力问题。特别是对松软顶板不适用，对于坚硬顶板还有一定的参考价值。
预成裂隙假说：假说认为，为了更有效地控制顶板，要求支架应有足够的初撑力和工作阻力。为了减小支架所受的载荷，工作面的控项距不要过大，而且支架应有足够的可缩性。有些情况下符合实际情况的，它比前两种假说有进一步的发展。但对于坚硬岩层往往不能形成‚预成裂隙‛，对于松软岩层又不能形成假塑性梁。所以这种假说有一定的局限性。而且这种假说对于一些矿山压力现象（如顶板的初次来压和周期来压等）没有给予明确的解释
铰接岩块假说：较正确地说明了工作面上覆岩层的分带情况，并提出了岩层内部岩块间的力学关系及可能形成的结构，但对于岩块之间的平衡条件探讨不够，因而对不同强度的顶板岩层中出现的矿山压力现象未能作出正确的解释。
该对于解释直接顶上部存在有老顶的岩层，在煤层开采后形成结构的机理有一定的参考价值。
裂隙体梁假说：在铰接岩块假说的基础上发展起来的一种假说，它较明确地解释了裂隙带内破断岩块的平衡条件。所以，它对直接顶上部有较坚硬岩层的顶板是比较适用的。面对于煤层之上有较厚松软顶板岩层的情况则不适用。
什么是矿山压力和矿山压力显现？
地下岩体被采动以前，在其自重的作用下形成的原岩应力是处于平衡状态的。当在煤、岩体内开掘巷道或进行回采工作时，就会破坏原来的平衡状态，引起岩体内的应力重新分布。这种由于在地下煤、岩体内进行采掘活动而在井巷、硐室及回采工作面周围煤、岩体中和支护物上引起的力就叫做‘矿山压力‛，简称‚矿压‛、‚地压‛或‚岩压’等等。
由于矿山压力的作用在巷道、回采工作面引起的一系列力学现象如围岩的变形或挤
入巷道，岩体破坏、移动或冒落，煤体被压碎、片帮成突然抛出，支架的变形或破坏，充
填物产生压实，岩层和地表的移动或塌陷等，统称为‚矿山压力显现‛，简称为矿压显现。
在实际生产中，习惯上常用哪些矿山压力现象作为衡量矿山压力现现程度的指标？ 各自的含义是什么？
在煤层的开采过程中，常用以下几种矿山压力现象作为衡量矿山压力显现剧烈
程度的指标：
1）顶扳下沉量：一般指回采工作面煤壁至采空区边缘裸露的项底板之间或巷道顶底
板之间的相对移近量。用这个指标比较直观，测量比较容易。
2）顶板下沉速度：指单位时间内顶板的下沉量，其单位常以mm/h计算。这项指标反
映了顶板活动的剧烈程度，生产中常据此来预报顶板来压。
3）顶板的破碎情况：常以单位面积无支护顶板内冒落面积所占的百分数即顶板的破
碎度来表示。用它也可以作为衡量矿山压力显现程度和顶扳管理好坏的质量指标。
4）局部冒顶指回来工作面顶板局部塌落情况。这项指标也可反映项板管理质量。
工作面局部冒顶是影响工作面正常生产的重要因素。
5）顶板沿工作面煤壁切落或大面积冒顶：指由于顶板来压造成的顶板沿工作面切落。
它是坚硬项板来压的结果。
6）煤壁片帮指回来工作面煤壁由于支承压力作用而破坏、塌落的现象。煤壁是否
片帮，片帮是否严重是顶板来压情况的一项重要指标。实际生产中常用工作面煤壁片帮情
况的变化来预报顶板来压。
7）此外，还可用单体支架的变形和折损，支柱插入底板，底板鼓起等一系列矿山压
力现象作为矿山压力显现的指标。
什么是老顶的初次来压和初次来压步距？其特点是什么?老所初次来压时应采取什么措施？
回采工作面由于老顶的第一次失稳而引起顶板压力异常增大的现象叫做老顶的初次来压。从开切眼到顶板初次来压所推进的距离称为老顶的初次来压步距。
老顶的初次来压并不一定是老顶的第一次断裂。初次来压前老顶可能已经断裂，但由于老顶‚梁‛或‚拱‛结构的存在，保护着回采工作面，使回采工作面顶板压力显现不大。当回来工作面继续推进时，老顶形成的‚梁‛或‚拱‛结构发生失稳，使工作面顶板下沉急剧增大，才显现出顶板的初次来压。
老顶初次来压时，回采工作面表现有以下一些特点：
1）回采工作面顶板急剧下沉，支架载荷增大。
2）工作面内直接项破碎，甚至产生台阶状下沉现象。 3）煤壁中支承压力增大，表现为煤壁片帮严重。这是老顶初次来压的预兆之一。
4）老顶初次来压比较突然，易造成顶板垮落事故。
5）工作面内顶板出现型缝，并有顶板掉碴现象，有时顶板有断裂声。
老顶初次来压的剧裂程度与老顶的岩石性质、厚度，直接顶的厚度，煤层的采高以及是否有地质构造等因素有关。
老顶初次来压时，由于对工作面的安全影响较大，所以在生产实际中常采取以下安全措施：
1）掌握该煤层老顶的初次来压规律和初次来压步距的大小，做好提前预报工作，以便事先做好防范准备。
2）初次来压前注意工作面支架质量，加强工作面支架对顶板的文护能力。如在靠采空区一侧增设密集支柱，适当扩大控顶距等。
3）加强支架的稳定性。在靠近来空区一例增设一梁三往的斜撑支架在工作面内增设木垛等特种支架。
什么是老顶的初次来压和周期来压步距？试分析周期来压的形成原因及表现形式。
在老顶初次来压以后，工作面继续推进，裂隙带内岩层形成的结构周期性失稳而引起的顶板来压现象称为工作面顶板的周期来压。相邻两次周期来压之间工作面推进的距离叫做周期来压步距。
在老顶初次来压以后，随着工作面的推进，老顶岩层继续断裂并形成裂隙体梁结构，工作面再向前推进，裂隙体粱向下回转发生失稳形成第一次周期来压。工作面再向前推进，老顶再断裂，形成的新的裂隙体梁又向下回转、失稳，导致第二次周期来压。如此反复，上覆岩层经历了‚稳定—失稳—再稳定—再失稳。的过程。这种过程反复出现导致工作面顶板压力周而复始地增大，形成了工作面顶板的周期来压。
工作面周期来压有以下表现形式：
1）工作面顶板下沉速度急剧增大，顶板下沉量也增大。
2）支架上所受的载荷急剧增大，有时会导致支柱折损。
3）煤壁上支承压力增大，从而引起煤壁片帮。
4）工作面内顶板破碎，难于管理，有时还可能出现顶板台阶下沉。
试简述老顶初次来压前和周期来压后开采空间周围岩休中的应力分布，并绘图说明之。
老顶初次来压前，直接顶已垮落，老顶以板的形式支撑在回来空间四周的煤壁上。回采空间上方岩层的重量被传送到四周煤壁上，其应力分布如2-4-1图所示。