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河南理工大学
河南理工大学《矿山压力及其控制》试卷(A卷)
一、解释下列概念。
(30分)
1、矿山压力;2、岩石的强度理论;3、工作阻力;4、充分采动;5、增载系数;6、周期来压;7、RQD指标;8、强度理论;9、岩石
蠕变;10、岩体变形能。
二、假设岩体为各向同性均质连续的弹性体,岩体的泊松比μ=0.2,试估算埋深500m处岩体的自重应力大小。
(5分)
三、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。
(15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、见表1和图1所示,试按固支梁计算第一层老顶初次破断的极限跨距,其中:
。
(15分)
表1各岩层的参数表
岩层
岩性
体积力i/KN.m-3
层厚hi/m
弹性模量Ei/MPa
抗拉强度Rt/MPa
1
中砂岩
28
4.0
2.5104
7
2
泥岩
25
2.7
1.1104
2
3
砂质泥岩
26
2.0
1.5104
2.5
4
中砂岩
25
5.5
2.3104
7
六、假设老顶破断后如图2所示,
且已知B岩块重量R=2700KN,破
断角=5,岩块A与B间的摩擦
角=35,求出防止B岩块滑落所
需的最小水平力T是多少。
(5分)
七、试述采动影响巷道围岩变形规律(10分)。
八、试论述冲击矿压发生的三个准则(10分)。
《矿山压力及其控制》试卷(A)
一、解释下列概念(30分)
1、矿山压力―由于煤的地下开采,而对井巷、硐室及回采工作面以及其中的支护物的作用。
2、岩石的强度理论—研究岩石在复杂应力状态下破坏机理和破坏条件的理论,主要有莫尔—库仑强度理论和格里菲斯强度理论。
3、工作阻力―支架支设后,由于顶板下沉作用在支架上反映出来的力。
4、充分采动—煤层开采引起地表下沉盆地由尖底边为平底时的采动。
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―工作面推进过程中,老顶周期性破断和失稳而对工作面产生的周期性压力。
7、RQD―钻孔岩芯长度大于10cm的累计长度与钻孔长度比值的百分比。
8、强度理论―研究材料各种复杂应力状态下破坏的机理、破坏条件与建立相应的破坏判据。
9、岩石蠕变―应力不变的条件下,岩石应变随时间增大而增大的现象。
10、岩体变形能―岩体在外力作用下,产生变形而积蓄在岩体内的能量。
二、假设岩体为各向同性均质连续的弹性体,岩体的泊松比μ=0.2,试估算埋深500m处岩体的自重应力大小。
(5分)
三、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(15分)。
1、在弹性条件下
根据弹性力学可以得到
即在巷道边缘切向应力
是所加应力的2倍,径向应力是零。
随着距离的增大,切向应力和径向应力都逐渐接近原岩应力
。
2、在塑性条件下
如图3所示,由于巷道的开挖,而引起巷道周边的应力重新分布,重新分布的力使围岩产生了塑性变形,形成了塑性圈。
而径向应力
与弹性条件下的一致,但切向应力
由于塑性变形而使其在巷道边缘不为零,并在巷道边缘到塑性圈是逐渐增大,过了塑性圈,规律与弹性条件下一致。
四、绘图说明采煤工作面前方支承压力分布基本规律(10分)。
解答:
采煤工作面前方支承压力一般按其大小进行分区。
根据切向应力的大小,可分为A稳压区(
)、B增压区(
)和C减压区(
)。
按煤体性质分为D极限平衡区和E弹性区。
五、见表和图所示,试按固支梁计算第一层老顶初次破断的极限跨距,其中:
。
(15分)
各岩层的参数表
岩层
岩性
体积力i/KN.m-3
层厚hi/m
弹性模量Ei/MPa
抗拉强度Rt/MPa
1
中砂岩
28
4.0
2.5104
7
2
泥岩
25
2.7
1.1104
2
3
砂质泥岩
26
2.0
1.5104
2.5
4
中砂岩
25
5.5
2.3104
7
六、假设老顶破断后如图所示,
且已知B岩块重量R=2700KN,破
断角=5,岩块A与B间的摩擦
角=35,求出防止B岩块滑落所
需的最小水平力T是多少。
(5分)
七、试述采区巷道矿山压力显现的基本规律(10分)。
巷道掘进阶段(
):
由于巷道的掘进,顶底板移近量瞬时产生,但由于巷道掘进时对小部分岩体进行扰动,所以矿山压力显现弱,并很快接近平衡。
无采动影响阶段(
):
由于此阶段采动对其步影响,主要是围岩由于流变而产生的移动,此阶段基本上是平衡的。
采动影响阶段(
):
由于采动的影响,顶底板移近量增大,此阶段矿山压力显现最强烈,一般超前工作面10—20米到40—50米不等,峰值区一般在5—2米内;此阶段在工作面采动影响下,容易产生顶板破坏,支架支护困难,是巷道支护最困难的阶段。
采动影响稳定阶段(
):
由于采动对其影响已经过去,巷道接近稳定;一般在工作面后40—60米,有时从100—120米开始。
二次采动影响阶段(
):
与一次采动影响基本相似,但矿压显现更加强烈。
八、试论述冲击矿压发生的三个准则(10分)。
(写出公式,不写出公式的扣2分)
(1)强度理论
(2)能量理论
(3)冲击倾向理论
河南理工大学《矿山压力及其控制》试卷(B卷)
一、解释下列概念(30分)
1、矿山压力;2、原岩应力;3、工作阻力;4、顶板;
5、增载系数;6、周期来压步距;7、冲击矿压;8、支架初撑力;
9、关键层;10、岩石碎胀系数。
二、运用莫尔—库仑强度曲线推导出以极限主应力σ1和σ3表示的莫尔—库仑强度准则(15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μ=0.2,试估算埋深500m处岩体的自重应力大小。
(5分)
四、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)
五、绘图说明采煤工作面前方支承压力分布的基本规律(10分)。
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、试述影响工作面矿山压力显现的主要因素(5分)
八、无煤柱护巷的基本原理是什么?
(10分)
《矿山压力及其控制》试卷(B)参考答案
一、解释下列概念(30分)
1、矿山压力――由于煤的地下开采,而对井巷、硐室及回采工作面以及其中的支护物的作用。
2、原岩应力――岩石中自然条件下存在的应力,包括自重应力和构造应力。
3、工作阻力――支架支设后,由于顶板下沉作用在支架上反映出来的力。
4、顶板——位于煤层之上的岩层。
5、增载系数――来压时的工作阻力与平时工作阻力之比。
6、周期来步距――工作面推进过程中,老顶两次相邻周期性来压的工作面推进距离。
7、冲击矿压――冲击矿压是聚集在矿井巷道和采场周围岩体中的能量突然释放,在井巷发生爆炸性事故,产生的动力将煤岩抛向巷道,同时发出强烈声响,造成煤岩体振动和煤岩体破坏,支架与设备损坏,人员伤亡,部分巷道垮落破坏的力学现象。
8、支架初撑力――支架支设时,支架对顶板的主动力。
9、关键层―在对采场上覆岩层的整体或局部活动起关键作用的坚硬岩层。
10、岩石碎胀系数―岩石破碎后,破碎后的体积与破坏前的体积之比。
二、运用莫尔—库仑强度曲线推导出以极限主应力σ1和σ3表示的莫尔—库仑强度准则(15分)。
解答:
如图1所示,
图1莫尔-库仑准则强度曲线
则
解得:
莫尔认为,固体材料的破坏是由于材料面上的剪应力达到一定程度(即极限剪应力),剪应力不仅与材料端面性质有关,并与作用在端面上的主应力有关。
三、假设岩体为各向同性均质连续的弹性体,岩体的泊松比μ=0.2,试估算埋深500m处岩体的自重应力大小。
(5分)
四、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)
1、在弹性条件下
根据弹性力学可以得到
即在巷道边缘切向应力
是所加应力的2倍,径向应力是零。
随着距离的增大,切向应力和径向应力都逐渐接近原岩应力
。
2、在塑性条件下
如图3所示,由于巷道的开挖,而引起巷道周边的应力重新分布,重新分布的力使围岩产生了塑性变形,形成了塑性圈。
而径向应力
与弹性条件下的一致,但切向应力
由于塑性变形而使其在巷道边缘不为零,并在巷道边缘到塑性圈是逐渐增大,过了塑性圈,规律与弹性条件下一致。
五、绘图说明采煤工作面前方支承压力分布的基本规律(10分)。
解答:
采煤工作面前方支承压力一般按其大小进行分区。
根据切向应力的大小,可分为A稳压区(
)、B增压区(
)和C减压区(
)。
按煤体性质分为D极限平衡区和E弹性区。
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)。
解答:
近水平工作面推进过程中的矿压显现规律如下:
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,此时工作面推进的距离是初次垮落步距。
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-失稳-稳定-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。
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