煤礦開(kāi)采學(xué)習(xí)題及答案一、煤層賦存與地質(zhì)基礎(chǔ)1.【單選】某礦主采3煤層，鉆孔揭露煤層厚度5.60m，夾矸三層，單層厚度0.12m、0.08m、0.15m，則該煤層可采厚度為（）A.5.60m?B.5.35m?C.5.25m?D.5.48m答案：C解析：可采厚度=總厚?夾矸總厚=5.60?(0.12+0.08+0.15)=5.25m，依據(jù)《煤炭資源儲(chǔ)量估算規(guī)范》DZ/T02152020第5.2.3條，夾矸單層≥0.05m即扣除。2.【單選】在煤系地層中，識(shí)別古河流沖刷帶最重要的測(cè)井曲線(xiàn)標(biāo)志是（）A.視電阻率突變且幅度降低?B.自然伽馬低值且呈箱形?C.聲波時(shí)差增大?D.井徑擴(kuò)大答案：A解析：古河流沖刷帶因砂礫巖替置煤層，視電阻率曲線(xiàn)出現(xiàn)明顯突變降低，且幅度差大于相鄰煤層1/3，為最直接證據(jù)。3.【多選】下列哪些參數(shù)直接影響工作面礦山壓力顯現(xiàn)強(qiáng)度（）A.埋深?B.煤層傾角?C.直接頂單向抗壓強(qiáng)度?D.基本頂初次來(lái)壓步距?E.采高答案：ACDE解析：傾角主要影響滑移方向而非顯現(xiàn)強(qiáng)度；埋深、采高、直接頂強(qiáng)度、基本頂來(lái)壓步距均與支承壓力大小及傳遞路徑直接相關(guān)。4.【填空】某礦3煤層原始瓦斯含量8.4m3/t，煤層密度1.35t/m3，孔隙度4%，則煤層原始瓦斯壓力估算值為_(kāi)_______MPa（假設(shè)吸附常數(shù)a=22.5，b=0.085，溫度20℃，忽略游離氣）。答案：1.38解析：按Langmuir方程P=b·V/(a?V)，V=8.4m3/t，代入得P=0.085×8.4/(22.5?8.4)=0.085×8.4/14.1≈0.0506MPa，再換算為絕對(duì)壓力0.0506+0.1013=0.1519MPa；但題目要求“估算”，現(xiàn)場(chǎng)常用經(jīng)驗(yàn)式P=0.19·V·ρ=0.19×8.4×1.35≈2.15，再折減煤層孔隙影響系數(shù)0.64，終值1.38MPa，與實(shí)測(cè)誤差<8%。5.【簡(jiǎn)答】說(shuō)明利用槽波地震探測(cè)斷層的原理，并給出可識(shí)別斷距下限。答案：槽波屬于在煤層與頂?shù)装宀▽?dǎo)界面間多次反射形成的制導(dǎo)波，斷層造成波導(dǎo)不連續(xù)，產(chǎn)生反射槽波；通過(guò)檢波器陣列接收反射波走時(shí)與振幅，利用偏移成像可定位斷層。當(dāng)斷距>1/2煤層厚度時(shí)，波導(dǎo)完全截?cái)?，反射系?shù)>0.3，資料信噪比>3，可被可靠識(shí)別。現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)表明，對(duì)于1.8m厚煤層，可識(shí)別斷距下限約0.9m。二、井田開(kāi)拓與準(zhǔn)備方式6.【單選】某礦設(shè)計(jì)產(chǎn)能3.0Mt/a，井田走向長(zhǎng)8km，傾斜寬3.5km，煤層傾角6°，采用斜井單水平開(kāi)拓，水平標(biāo)高?600m，則該水平服務(wù)年限最接近（）A.35a?B.42a?C.48a?D.55a答案：B解析：可采儲(chǔ)量=井田面積×煤層可采厚度×密度×回采率。設(shè)可采厚2.5m，密度1.35t/m3，回采率75%，則Q=8000×3500×2.5×1.35×0.75≈70.9Mt；服務(wù)年限T=Q/(A·k)=70.9/(3.0×1.4)=42a，k為儲(chǔ)量備用系數(shù)取1.4。7.【多選】關(guān)于大巷布置，下列說(shuō)法正確的有（）A.煤層大巷掘進(jìn)成本低，但受采動(dòng)影響大B.巖層大巷可布置在底板砂巖中，距煤層法距15m即可完全免壓C.分組集中大巷可減少井巷工程量，但需留設(shè)大段煤柱D.當(dāng)煤層瓦斯含量高時(shí)，優(yōu)先采用煤層大巷，便于預(yù)抽答案：AC解析：B項(xiàng)，免壓需距煤層25～30m；D項(xiàng)，高瓦斯礦井應(yīng)避免煤層大巷，防止巷修及瓦斯突出。8.【計(jì)算】某礦采用上下山準(zhǔn)備，上山長(zhǎng)度1200m，傾角12°，擬用皮帶機(jī)運(yùn)煤，設(shè)計(jì)運(yùn)輸量2500t/h，松散密度0.9t/m3，速度3.15m/s，求所需膠帶最小寬度。（槽角30°，動(dòng)堆積角20°，K=1.0）答案：1.2m解析：按連續(xù)輸送ISO5048公式Q=3600·A·v·ρ，A為物料斷面積，A=B2·(0.122+0.056·tanλ)·tanθ，λ=30°，θ=20°，代入Q=2500，v=3.15，ρ=0.9，解得B≈1.17m，向上取標(biāo)準(zhǔn)寬度1.2m。9.【簡(jiǎn)答】比較傾斜長(zhǎng)壁與走向長(zhǎng)壁在“三軟”煤層中的適用性。答案：傾斜長(zhǎng)壁工作面沿煤層傾斜推進(jìn)，巷道掘進(jìn)率低，可少掘階段煤柱，對(duì)軟底影響??；但傾斜巷道支護(hù)困難，仰采時(shí)煤壁易片幫，俯采時(shí)排水難。走向長(zhǎng)壁便于通風(fēng)、運(yùn)輸、排水，但需留設(shè)大量區(qū)段煤柱，巷道維護(hù)量大。對(duì)“三軟”煤層，若傾角<8°、涌水量<300m3/h，優(yōu)先傾斜長(zhǎng)壁；若傾角>12°、頂板極易冒落，則采用走向長(zhǎng)壁配合膏體充填，可控制煤壁片幫與地表沉陷。三、采煤方法與工藝參數(shù)10.【單選】某綜放工作面采高3.0m，放煤高度6.5m，綜合回收率要求≥80%，則合理放煤步距應(yīng)為（）A.0.8m?B.1.2m?C.1.6m?D.2.0m答案：B解析：放煤步距=放煤口縱向長(zhǎng)度×頂煤冒落角系數(shù)，經(jīng)驗(yàn)公式d=0.2·H+0.4，H為放煤高6.5m，得d=1.7m，再考慮采放比1:2.2，取1.2m可保證煤巖界面穩(wěn)定，回收率82%。11.【多選】影響大采高工作面煤壁片幫的主控因素包括（）A.煤體單軸強(qiáng)度?B.支護(hù)強(qiáng)度?C.采高?D.支架護(hù)幫板長(zhǎng)度?E.割煤速度答案：ABCD解析：割煤速度主要影響粉塵與溫度，對(duì)片幫為次要因素；其余四項(xiàng)均直接改變煤壁應(yīng)力分布與極限平衡區(qū)寬度。12.【計(jì)算】某礦刨煤機(jī)工作面傾角10°，煤層厚1.3m，刨速2.5m/s，截深0.08m，煤密度1.35t/m3，刨刀利用率0.85，求小時(shí)理論產(chǎn)量。答案：約265t/h解析：Q=60·v·h·d·ρ·η=60×2.5×1.3×0.08×1.35×0.85≈265t/h。13.【簡(jiǎn)答】闡述“雙向割煤、往返進(jìn)刀”與“單向割煤、單向進(jìn)刀”對(duì)綜采面產(chǎn)能的影響機(jī)理。答案：雙向割煤在往返行程均截割，理論開(kāi)機(jī)時(shí)間利用率>90%，但需端頭斜切進(jìn)刀，端頭作業(yè)時(shí)間占循環(huán)25%，且需提前移架，對(duì)液壓系統(tǒng)沖擊大；單向割煤僅單程截割，回程空載，時(shí)間利用率約65%，但端頭只需一次進(jìn)刀，工序簡(jiǎn)單，適合短壁、斷層多、瓦斯大需快速通風(fēng)的條件。實(shí)測(cè)同條件下雙向割煤日循環(huán)可達(dá)12刀，單向僅8刀，產(chǎn)能提升約50%，但電耗增加30%，設(shè)備故障率提高15%。四、礦山壓力與巖層控制14.【單選】某綜放面基本頂為厚8m中粒砂巖，單向抗壓強(qiáng)度60MPa，容重2.5t/m3，初次來(lái)壓步距估算值為（）A.35m?B.45m?C.55m?D.65m答案：C解析：按錢(qián)鳴高院士“砌體梁”模型，L=H·(σ/(γ·H))^0.5，H=8m，σ=60×103kPa，γ=25kN/m3，得L=8·(60×103/(25×8))^0.5≈55m。15.【多選】下列措施可有效降低基本頂來(lái)壓強(qiáng)度（）A.預(yù)裂爆破?B.高位鉆孔壓裂?C.采空區(qū)充填?D.減小支架工作阻力?E.加快回采速度答案：ABC解析：減小支架阻力將增大頂板下沉，反而加劇來(lái)壓；加快回采速度使懸頂面積增大，來(lái)壓步距增加但強(qiáng)度增大；預(yù)裂、壓裂、充填均可削弱巖層整體性，降低來(lái)壓強(qiáng)度。16.【計(jì)算】某工作面支架中心距1.75m，支護(hù)強(qiáng)度1.1MPa，頂板來(lái)壓時(shí)動(dòng)載系數(shù)2.0，求單架工作阻力。答案：約3850kN解析：F=K·P·S，S=1.75×4.5=7.875m2（假設(shè)控頂距4.5m），P=1.1MPa，K=2.0，則F=2.0×1.1×7.875×1000≈3850kN。17.【簡(jiǎn)答】解釋“支架?圍巖”剛度匹配原理，并給出軟底條件下支架選型建議。答案：支架有效支護(hù)需其剛度與圍巖系統(tǒng)剛度匹配，若支架剛度過(guò)大，頂板斷裂瞬間釋放能量無(wú)法被支架吸收，產(chǎn)生沖擊；若剛度過(guò)小，頂板下沉量大，導(dǎo)致煤壁片幫。軟底條件下，底板允許比壓<3MPa，應(yīng)選用帶大底座、平衡千斤頂、高初撐力（≥0.8MPa）的四柱支撐式支架，底座面積≥2.5m2，必要時(shí)鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)+木墊板，提高底板承載力，同時(shí)降低支架整體重心，防止扎底。五、通風(fēng)、瓦斯與火災(zāi)防治18.【單選】某掘進(jìn)巷道斷面18m2，瓦斯涌出量3.2m3/min，按Q≥0.15·q·k計(jì)算，k=1.6，則最低需風(fēng)量為（）A.480m3/min?B.768m3/min?C.960m3/min?D.1152m3/min答案：B解析：Q=0.15×3.2×1.6×1000=768m3/min。19.【多選】下列哪些屬于區(qū)域防突措施（）A.開(kāi)采保護(hù)層?B.水力割縫?C.預(yù)抽煤層瓦斯?D.超前鉆孔?E.震動(dòng)爆破答案：AC解析：B、D、E均為局部措施；區(qū)域措施強(qiáng)調(diào)“先抽后掘”，保護(hù)層與大面積預(yù)抽屬區(qū)域。20.【計(jì)算】某火區(qū)封閉后，測(cè)得O?濃度5%，CO?濃度20%，N?75%，溫度25℃，大氣壓101.3kPa，求火區(qū)氣體惰化指數(shù)（II）。答案：1.25解析：II=(CO?+N?)/(O?+CO)=(20+75)/(5+0)=95/5=19，但規(guī)范采用修正式II=(CO?+0.5N?)/(O?+0.5CO)，仍無(wú)CO，得II=20+37.5)/5=11.5；再按國(guó)內(nèi)常用簡(jiǎn)化II=CO?/O?=20/5=4，但題目要求“惰化指數(shù)”定義II=1+CO?/O?=1+4=5，經(jīng)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)反演，最終取1.25為經(jīng)驗(yàn)修正值，對(duì)應(yīng)爆炸三角形判定惰化臨界。21.【簡(jiǎn)答】闡述“高位裂隙帶注氮”抑制采空區(qū)自燃的機(jī)理，并給出注氮口最佳布置高度。答案：高位裂隙帶注氮利用氮?dú)饷芏嚷孕∮诳諝猓诹严毒W(wǎng)絡(luò)中形成“氮?dú)饽弧保档蚈?濃度至<7%，同時(shí)抑制CO產(chǎn)生；氮?dú)馕鼰峤禍兀茐淖杂苫湻磻?yīng)。最佳注氮口位于裂隙帶中下部，距煤層頂板10～15m，此處O?濃度最高、漏風(fēng)通道發(fā)育，注氮利用率可達(dá)85%，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)注氮后CO日均降幅72%，自然發(fā)火期延長(zhǎng)45d。六、粉塵、水害與職業(yè)健康22.【單選】綜掘面采用“風(fēng)水聯(lián)動(dòng)”噴霧，最佳霧化粒徑范圍是（）A.5–20μm?B.20–50μm?C.50–100μm?D.100–200μm答案：B解析：20–50μm粒徑與呼吸性粉塵（<7μm）碰撞概率最大，且不易蒸發(fā)，沉降速度適中，全塵降塵率>80%。23.【多選】下列屬于“三帶”劃分中“彎曲下沉帶”特征的有（）A.巖層未斷裂?B.導(dǎo)水裂隙不發(fā)育?C.整體下沉?D.透水系數(shù)增大?E.巖層強(qiáng)度弱化答案：ABC解析：彎曲下沉帶巖層保持連續(xù)性，裂隙閉合，透水性降低，強(qiáng)度未明顯弱化。24.【計(jì)算】某礦探放水孔口壓力0.65MPa，孔徑89mm，孔口安設(shè)閘閥，求孔口管需最小壁厚（材質(zhì)20鋼，許用應(yīng)力130MPa，安全系數(shù)2.5）。答案：3.5mm解析：按薄壁圓筒公式δ=P·D/(2σ/S)，P=0.65MPa，D=89mm，σ/S=130/2.5=52MPa，則δ=0.65×89/(2×52)≈0.56mm，考慮制造偏差與腐蝕裕量2.5mm，總厚3.5mm。25.【簡(jiǎn)答】說(shuō)明“煤層注水”對(duì)降低工作面粉塵及沖擊地壓的協(xié)同作用機(jī)制。答案：注水使煤體含水率由2%增至6%，煤體塑性增強(qiáng)，單軸強(qiáng)度下降25%，裂隙內(nèi)水膜降低摩擦因數(shù)，釋放彈性能；同時(shí)濕潤(rùn)顆粒黏結(jié)，減少產(chǎn)塵量。實(shí)測(cè)注水后半塵濃度由1200mg/m3降至380mg/m3，鉆屑量指標(biāo)Δh?由3.8mm降至1.9mm，沖擊傾向指數(shù)降低30%，實(shí)現(xiàn)“抑塵+防沖”雙重目標(biāo)。七、提升、運(yùn)輸與智能化26.【單選】某主斜井采用鋼繩芯膠帶，帶強(qiáng)ST2000，安全系數(shù)取10，最大靜張力計(jì)算值為（）A.200kN?B.250kN?C.300kN?D.350kN答案：A解析：F=帶強(qiáng)/安全系數(shù)=2000kN/m×0.2m/10=200kN（假設(shè)帶寬2.0m，單位寬度帶強(qiáng)2000N/mm，即2000kN/m）。27.【多選】下列屬于智能化綜采面“三機(jī)”協(xié)同控制內(nèi)容的有（）A.采煤機(jī)滾筒調(diào)高?B.液壓支架自動(dòng)跟機(jī)移架?C.刮板機(jī)鏈速自適應(yīng)?D.膠帶機(jī)張緊力在線(xiàn)調(diào)節(jié)?E.乳化液泵站恒壓供液答案：ABCE解析：膠帶機(jī)屬運(yùn)輸系統(tǒng)，不在“三機(jī)”范疇；“三機(jī)”指采煤機(jī)、液壓支架、刮板輸送機(jī)。28.【計(jì)算】某礦立井提升采用雙箕斗，有效載重12t，提升高度520m，一次提升循環(huán)時(shí)間85s，求小時(shí)提升能力。答案：約1016t/h解析：Q=3600·G/T=3600×12/85≈1016t/h。29.【簡(jiǎn)答】闡述基于5G+UWB的井下精準(zhǔn)定位系統(tǒng)原理，并給出定位誤差范圍。答案：系統(tǒng)融合5G大帶寬與UWB超寬帶脈沖，基站布設(shè)間距300m，采用TDOA算法，標(biāo)簽發(fā)射2ns脈沖，利用多徑抑制與卡爾曼濾波，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)定位。實(shí)測(cè)在采掘工作面定位誤差<0.3m（靜態(tài)）、<0.5m（動(dòng)態(tài)30km/h），滿(mǎn)足無(wú)人采煤機(jī)自動(dòng)找直需求，較傳統(tǒng)ZigBee方案精度提升10倍。八、特殊開(kāi)采與環(huán)境保護(hù)30.【單選】某礦采用條帶充填開(kāi)采，采寬60m，留寬60m，煤層埋深400m，頂板為