9礦山壓力及其控制(第九章)

1、第九章第九章 厚煤層綜放開采巖層控制厚煤層綜放開采巖層控制 綜合機械化放頂煤開采綜合機械化放頂煤開采 綜合機械化放頂煤開采，簡稱綜放開采。其基本原理是綜合機械化放頂煤開采，簡稱綜放開采。其基本原理是在厚煤層（一般煤厚在厚煤層（一般煤厚5m5m）下部布置一個縱采工作面，高）下部布置一個縱采工作面，高2323米，支架尾部有放煤功能，在工作面前后分別布置一米，支架尾部有放煤功能，在工作面前后分別布置一臺刮板輸送機，采煤機組切割的煤炭有前輸送機運出，工臺刮板輸送機，采煤機組切割的煤炭有前輸送機運出，工作面上方的煤炭冒落放出后，由后輸送機送出。作面上方的煤炭冒落放出后，由后輸送機送出。9.1 頂煤破碎機

2、理與運移規(guī)律頂煤破碎機理與運移規(guī)律 放頂煤開采的實質(zhì)是實現(xiàn)工作面煤炭和頂部煤炭的同時放頂煤開采的實質(zhì)是實現(xiàn)工作面煤炭和頂部煤炭的同時采出，頂部煤炭的開采是依靠礦山壓力作用，使其自行破采出，頂部煤炭的開采是依靠礦山壓力作用，使其自行破碎和冒落，且自行流動和放出。碎和冒落，且自行流動和放出。 頂煤的變形與破碎是一個十分復(fù)雜的過程，在支架和頂煤的變形與破碎是一個十分復(fù)雜的過程，在支架和頂板組成的系統(tǒng)中，支架通過頂煤對頂板實施控制，同時頂板組成的系統(tǒng)中，支架通過頂煤對頂板實施控制，同時頂板的壓力通過頂煤傳遞到支架上，頂煤在傳遞力的過程頂板的壓力通過頂煤傳遞到支架上，頂煤在傳遞力的過程中也要發(fā)生移動、變

3、形、破碎、冒落和放出，因此頂煤起中也要發(fā)生移動、變形、破碎、冒落和放出，因此頂煤起到了一種媒介作用。到了一種媒介作用。9.1.1 頂煤的力學(xué)特征和應(yīng)力場特征頂煤的力學(xué)特征和應(yīng)力場特征 （1 1）頂煤的力學(xué)特征頂煤的力學(xué)特征 在頂煤破碎過程中，原有裂隙擴展與貫通將會起到重在頂煤破碎過程中，原有裂隙擴展與貫通將會起到重要作用。因此，煤體中的裂隙發(fā)育程度和分布密度對頂煤要作用。因此，煤體中的裂隙發(fā)育程度和分布密度對頂煤的破碎塊度有很大的影響。同時，煤體所反映出來的強度的破碎塊度有很大的影響。同時，煤體所反映出來的強度與應(yīng)力狀態(tài)有很大關(guān)系，不同應(yīng)力狀態(tài)的煤體表現(xiàn)出不同與應(yīng)力狀態(tài)有很大關(guān)系，不同應(yīng)力狀態(tài)

4、的煤體表現(xiàn)出不同的強度特征，見圖的強度特征，見圖9-19-1（不同圍壓下煤體的應(yīng)力（不同圍壓下煤體的應(yīng)力應(yīng)變?nèi)珣?yīng)變?nèi)^程曲線）。從圖中可以看出，隨著圍壓升高，煤體的強過程曲線）。從圖中可以看出，隨著圍壓升高，煤體的強度增加。度增加。（2 2）采動應(yīng)力場與約束條件采動應(yīng)力場與約束條件 如圖如圖9-29-2所示，放頂煤開采的工作面前方應(yīng)力場分布所示，放頂煤開采的工作面前方應(yīng)力場分布與單一煤層開采具有類似的規(guī)律，即工作面前方的支承壓與單一煤層開采具有類似的規(guī)律，即工作面前方的支承壓力（切向應(yīng)力力（切向應(yīng)力t t）分為減壓區(qū)（）分為減壓區(qū)（A A）、增壓區(qū)（）、增壓區(qū)（B B）、穩(wěn)壓）、穩(wěn)壓區(qū)（區(qū)（C

5、 C）。若按巖體性質(zhì)分，可將其分為彈性區(qū)（）。若按巖體性質(zhì)分，可將其分為彈性區(qū)（E E）和塑）和塑性區(qū)（性區(qū)（D D）（也稱極限平衡區(qū)）。同時徑向應(yīng)力（垂直工）（也稱極限平衡區(qū)）。同時徑向應(yīng)力（垂直工作面方向的應(yīng)力作面方向的應(yīng)力r r）自煤壁向遠(yuǎn)方逐漸升高。）自煤壁向遠(yuǎn)方逐漸升高。 在穩(wěn)壓區(qū)，使頂煤處于三向等壓應(yīng)力狀態(tài)，此時煤體在穩(wěn)壓區(qū)，使頂煤處于三向等壓應(yīng)力狀態(tài)，此時煤體不易破壞。隨著距煤壁距離減小，頂煤所受的應(yīng)力差不易破壞。隨著距煤壁距離減小，頂煤所受的應(yīng)力差（t t-r r）增大，即頂煤中的剪應(yīng)力增大，當(dāng)頂煤處于支）增大，即頂煤中的剪應(yīng)力增大，當(dāng)頂煤處于支承壓力峰值區(qū)時，頂煤所受的主應(yīng)力

6、差達到最大值，由此承壓力峰值區(qū)時，頂煤所受的主應(yīng)力差達到最大值，由此時的兩個主應(yīng)力所繪制的莫爾園與莫爾時的兩個主應(yīng)力所繪制的莫爾園與莫爾庫侖強度曲線相庫侖強度曲線相切，頂煤形成剪切破壞，見圖切，頂煤形成剪切破壞，見圖9-39-3。 進入塑性區(qū)后，頂煤破裂，煤體的強度曲線為破壞頂煤進入塑性區(qū)后，頂煤破裂，煤體的強度曲線為破壞頂煤的強度曲線，即為煤體的殘余強度曲線，而由此時的的強度曲線，即為煤體的殘余強度曲線，而由此時的t t和和r r所繪制的莫爾圓與殘余強度曲線始終處于相切狀態(tài)，即所繪制的莫爾圓與殘余強度曲線始終處于相切狀態(tài)，即頂煤處于極限平衡狀態(tài)。頂煤處于極限平衡狀態(tài)。r r的變化規(guī)律實際上也

7、反映了沿的變化規(guī)律實際上也反映了沿工作面推進方向?qū)斆旱募s束條件，即隨著工作面的推進，工作面推進方向?qū)斆旱募s束條件，即隨著工作面的推進，頂煤的約束條件逐漸減弱，甚至消失，這就為頂煤的冒落頂煤的約束條件逐漸減弱，甚至消失，這就為頂煤的冒落提高了條件。提高了條件。 由巖石力學(xué)理論，巖石處于多向壓應(yīng)力狀態(tài)下，其破由巖石力學(xué)理論，巖石處于多向壓應(yīng)力狀態(tài)下，其破壞的機理主要為剪切破壞，即破壞面上的剪應(yīng)力大于該面壞的機理主要為剪切破壞，即破壞面上的剪應(yīng)力大于該面的抗剪強度所致，且破壞面與最大主應(yīng)力的夾角的抗剪強度所致，且破壞面與最大主應(yīng)力的夾角為銳角為銳角（=45=45-/2-/2，為巖石的內(nèi)摩擦角）。

8、為巖石的內(nèi)摩擦角）。 當(dāng)巖石處于單向壓縮狀態(tài)時，如無側(cè)向約束或側(cè)向約當(dāng)巖石處于單向壓縮狀態(tài)時，如無側(cè)向約束或側(cè)向約束很小時，巖石會發(fā)生側(cè)向拉伸變形，當(dāng)拉伸變形大于巖束很小時，巖石會發(fā)生側(cè)向拉伸變形，當(dāng)拉伸變形大于巖石的極限應(yīng)變時，巖石將發(fā)生拉伸破壞：頂煤在支承壓力石的極限應(yīng)變時，巖石將發(fā)生拉伸破壞：頂煤在支承壓力峰值區(qū)主要以剪切破壞為主，是由于頂煤體中的采動應(yīng)力峰值區(qū)主要以剪切破壞為主，是由于頂煤體中的采動應(yīng)力場形成的剪應(yīng)力大于頂煤抗剪強度所致。在支承壓力峰值場形成的剪應(yīng)力大于頂煤抗剪強度所致。在支承壓力峰值以后隨著靠近工作面，沿工作面方向的約束減弱，頂煤的以后隨著靠近工作面，沿工作面方向的約

9、束減弱，頂煤的破壞逐漸以拉伸破壞為主，工作面繼續(xù)推進，頂煤失去側(cè)破壞逐漸以拉伸破壞為主，工作面繼續(xù)推進，頂煤失去側(cè)向約束，在頂板壓力和頂煤自重作用下，頂煤將產(chǎn)生冒落，向約束，在頂板壓力和頂煤自重作用下，頂煤將產(chǎn)生冒落，堆積在支架上方或掩護梁上。堆積在支架上方或掩護梁上。（3 3）頂煤的變形與位移頂煤的變形與位移 頂煤累計位移量往往反映頂煤的破碎程度和塊度。位移頂煤累計位移量往往反映頂煤的破碎程度和塊度。位移量大說明頂煤破碎充分，破碎的塊度小，具有很好的流動量大說明頂煤破碎充分，破碎的塊度小，具有很好的流動性，易于放出。反之，頂煤破碎不充分。性，易于放出。反之，頂煤破碎不充分。 圖圖9-49-4

10、是典型的頂煤位移觀測曲線，其中橫坐標(biāo)是典型的頂煤位移觀測曲線，其中橫坐標(biāo)0 0點為工點為工作面煤壁位置，作面煤壁位置，h h為測點距煤層底板的距離。觀測的平均為測點距煤層底板的距離。觀測的平均煤厚為煤厚為9.1m9.1m，割煤高，割煤高2.2m2.2m，煤層硬度系數(shù)，煤層硬度系數(shù)f=0.3f=0.3，屬于極，屬于極軟煤層。軟煤層。 觀測結(jié)果表明，在工作面前方觀測結(jié)果表明，在工作面前方15m15m處頂煤開始發(fā)生移處頂煤開始發(fā)生移動，且隨著距工作面越近，累計位移量迅速增加，上位頂動，且隨著距工作面越近，累計位移量迅速增加，上位頂煤的累計位移量明顯大于下位頂煤。一般情況下可采用負(fù)煤的累計位移量明顯大

11、于下位頂煤。一般情況下可采用負(fù)指數(shù)函數(shù)擬合頂煤的累積位移量指數(shù)函數(shù)擬合頂煤的累積位移量s s與距工作面距離與距工作面距離L L的關(guān)系，的關(guān)系，即即 S=S=aeae-hL-hL 式中式中 a a、hh為回歸系數(shù)。為回歸系數(shù)。 根據(jù)頂煤移動觀測以及綜合數(shù)值模擬計算結(jié)果，可以根據(jù)頂煤移動觀測以及綜合數(shù)值模擬計算結(jié)果，可以推測頂煤的位移場圖，見圖推測頂煤的位移場圖，見圖-5-5。 通過比較不同厚度、不同硬度煤層的實測結(jié)果，可得通過比較不同厚度、不同硬度煤層的實測結(jié)果，可得到不同頂煤的移動特征：到不同頂煤的移動特征： 煤體的硬度不同，頂煤開始移動的位置不同。煤體的硬度不同，頂煤開始移動的位置不同。如同

12、如同為厚為厚6 68m8m的煤層，在的煤層，在h=6mh=6m處，軟煤層（處，軟煤層（f=0.3f=0.30.50.5）中）中硬煤層（硬煤層（f=2f=23 3）和硬煤層（）和硬煤層（f3.5f3.5）的頂煤始動點超前）的頂煤始動點超前工作面的距離分別為工作面的距離分別為15m15m、10m10m、5m5m左右。煤層的硬度系數(shù)左右。煤層的硬度系數(shù)越低，頂煤始動點超前距離越大，累積位移量越大，頂煤越低，頂煤始動點超前距離越大，累積位移量越大，頂煤破碎越充分。破碎越充分。 不同高度頂煤始動點的位置不同，無論是軟煤、中不同高度頂煤始動點的位置不同，無論是軟煤、中硬煤或是硬煤，頂煤位置越高，其始動點超

13、前工作面距離硬煤或是硬煤，頂煤位置越高，其始動點超前工作面距離越遠(yuǎn)，累計的位移量越大。越遠(yuǎn)，累計的位移量越大。 在頂煤移動初期，以水平移動為主，隨著工作面推在頂煤移動初期，以水平移動為主，隨著工作面推進，垂直位移逐漸增大，在工作面支架上方垂直位移量超進，垂直位移逐漸增大，在工作面支架上方垂直位移量超過水平位移量，具體位置根據(jù)煤層的硬度系數(shù)不同而變化，過水平位移量，具體位置根據(jù)煤層的硬度系數(shù)不同而變化，軟煤在煤壁前方附近，而硬煤在煤壁后方軟煤在煤壁前方附近，而硬煤在煤壁后方0.50.51m1m處。處。 9.1.2 頂煤的破壞過程描述及分區(qū)頂煤的破壞過程描述及分區(qū) 軟煤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不致密，且含有大量

14、微裂隙；軟煤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不致密，且含有大量微裂隙； 中硬煤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)致密，微裂隙較少，但裂隙的延展性中硬煤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)致密，微裂隙較少，但裂隙的延展性較好。因此可認(rèn)為軟煤層的變形、破碎是由眾多微裂隙和較好。因此可認(rèn)為軟煤層的變形、破碎是由眾多微裂隙和不致密（強度低）的煤塊共同完成的，所以，軟煤層累計不致密（強度低）的煤塊共同完成的，所以，軟煤層累計的位移量大，破碎的塊度小且均勻。的位移量大，破碎的塊度小且均勻。 對硬煤層而言，由于煤體致密，強度大，在采動應(yīng)力場對硬煤層而言，由于煤體致密，強度大，在采動應(yīng)力場作用下，應(yīng)力水平難以達到破壞致密煤塊的程度，因此，作用下，應(yīng)力水平難以達到破壞致密煤塊的程度

15、，因此，硬煤的變形、移動、破碎主要由煤體內(nèi)部的裂隙完成，致硬煤的變形、移動、破碎主要由煤體內(nèi)部的裂隙完成，致使破碎的硬煤塊體帶有明顯裂隙分割的跡象。使破碎的硬煤塊體帶有明顯裂隙分割的跡象。 硬煤層頂煤破壞狀況硬煤層頂煤破壞狀況 開采中硬煤層是頂煤的破壞狀況如圖開采中硬煤層是頂煤的破壞狀況如圖9696所示。由圖所示。由圖可知，頂煤的裂隙始于煤壁前方支承壓力峰值區(qū)內(nèi)，在支可知，頂煤的裂隙始于煤壁前方支承壓力峰值區(qū)內(nèi)，在支承壓力作用下，頂煤發(fā)生剪切和拉伸破壞，出現(xiàn)裂隙或擴承壓力作用下，頂煤發(fā)生剪切和拉伸破壞，出現(xiàn)裂隙或擴展煤體內(nèi)的原有裂隙。隨著工作面推進、頂板的回轉(zhuǎn)下沉，展煤體內(nèi)的原有裂隙。隨著工作

16、面推進、頂板的回轉(zhuǎn)下沉，頂煤裂隙進一步發(fā)展，這些被裂隙和層理等弱面切割成塊頂煤裂隙進一步發(fā)展，這些被裂隙和層理等弱面切割成塊體的頂煤由于受到約束和積壓作用，整體處于塑性狀態(tài)，體的頂煤由于受到約束和積壓作用，整體處于塑性狀態(tài)，可視為可視為“似連續(xù)體似連續(xù)體”。隨著工作面繼續(xù)推進，當(dāng)頂煤進入。隨著工作面繼續(xù)推進，當(dāng)頂煤進入到支架上方后，將逐漸冒落，并堆積在支架掩護梁上形成到支架上方后，將逐漸冒落，并堆積在支架掩護梁上形成散體。散體。 頂煤分區(qū)頂煤分區(qū) 頂煤自開始移動、破裂到冒落是一個連續(xù)的、漸進的頂煤自開始移動、破裂到冒落是一個連續(xù)的、漸進的破壞過程，隨著工作面推進，這一過程也自然動態(tài)地向前破壞過

17、程，隨著工作面推進，這一過程也自然動態(tài)地向前推進。為了對頂煤的破壞過程有一清晰認(rèn)識，可將頂煤自推進。為了對頂煤的破壞過程有一清晰認(rèn)識，可將頂煤自原始狀態(tài)至冒落這一連續(xù)漸進過程進行劃分，稱為頂煤分原始狀態(tài)至冒落這一連續(xù)漸進過程進行劃分，稱為頂煤分區(qū)，即根據(jù)頂煤裂隙發(fā)育和破壞程度，沿工作面推進方向，區(qū)，即根據(jù)頂煤裂隙發(fā)育和破壞程度，沿工作面推進方向，一般可劃分為四個區(qū)，見圖一般可劃分為四個區(qū)，見圖9797所示。所示。 原始狀態(tài)區(qū)原始狀態(tài)區(qū) 頂煤進入支承壓力區(qū)以前未受到采動力場的影響，處頂煤進入支承壓力區(qū)以前未受到采動力場的影響，處于原巖應(yīng)力狀態(tài)，其內(nèi)部只包含一些成煤及構(gòu)造等作用形于原巖應(yīng)力狀態(tài)，其

18、內(nèi)部只包含一些成煤及構(gòu)造等作用形成的裂隙和層理等地質(zhì)弱面。成的裂隙和層理等地質(zhì)弱面。 壓縮變形區(qū)壓縮變形區(qū) 頂煤進入支承壓力以后，煤體處于加載階段，煤體內(nèi)頂煤進入支承壓力以后，煤體處于加載階段，煤體內(nèi)原有裂隙和空隙受壓閉合，體積收縮，頂煤開始發(fā)生小量原有裂隙和空隙受壓閉合，體積收縮，頂煤開始發(fā)生小量的變形移動。隨著工作面繼續(xù)推進，頂煤繼續(xù)受壓變形，的變形移動。隨著工作面繼續(xù)推進，頂煤繼續(xù)受壓變形，但處于塑性階段，符合廣義胡克定律，整體體積仍然處于但處于塑性階段，符合廣義胡克定律，整體體積仍然處于收縮階段，但收縮的速率逐漸減小。此區(qū)內(nèi)頂煤的整體位收縮階段，但收縮的速率逐漸減小。此區(qū)內(nèi)頂煤的整體位

19、移不大，主要是由于煤體內(nèi)原生裂隙的閉合和彈性變形產(chǎn)移不大，主要是由于煤體內(nèi)原生裂隙的閉合和彈性變形產(chǎn)生的。生的。 拉剪破裂區(qū)拉剪破裂區(qū) 隨著工作面繼續(xù)推進，煤體發(fā)生剪切和拉伸破壞，煤隨著工作面繼續(xù)推進，煤體發(fā)生剪切和拉伸破壞，煤體中原有裂隙逐漸張開，隨著上部巖層壓力作用和側(cè)向約體中原有裂隙逐漸張開，隨著上部巖層壓力作用和側(cè)向約束逐漸減弱，煤體中也會產(chǎn)生一些縱向拉伸裂隙和與支承束逐漸減弱，煤體中也會產(chǎn)生一些縱向拉伸裂隙和與支承壓力呈銳角的剪切裂隙，在原有裂隙和新產(chǎn)生裂隙的尖端壓力呈銳角的剪切裂隙，在原有裂隙和新產(chǎn)生裂隙的尖端會出現(xiàn)拉應(yīng)力集中，導(dǎo)致這些裂隙擴展、張開和貫通，頂會出現(xiàn)拉應(yīng)力集中，導(dǎo)致

20、這些裂隙擴展、張開和貫通，頂煤的整體強度逐漸失效。煤的整體強度逐漸失效。 隨著各種裂隙的急劇產(chǎn)生擴展和貫通，進入到支承壓隨著各種裂隙的急劇產(chǎn)生擴展和貫通，進入到支承壓力峰值后，頂煤整體強度失效，維持殘余強度值，各種裂力峰值后，頂煤整體強度失效，維持殘余強度值，各種裂隙將煤體切割成碎裂的塊狀，各種裂隙就成了頂煤破碎時隙將煤體切割成碎裂的塊狀，各種裂隙就成了頂煤破碎時的煤塊界面，由于支架的支托，頂煤的破裂塊體中大部分的煤塊界面，由于支架的支托，頂煤的破裂塊體中大部分仍處于原位的鑲嵌狀態(tài)，或以平動為主。煤體體積已經(jīng)開仍處于原位的鑲嵌狀態(tài)，或以平動為主。煤體體積已經(jīng)開始增大（始增大（“擴容擴容”），頂

21、煤的整體位移迅速增加，其原因），頂煤的整體位移迅速增加，其原因即是由于頂煤中宏觀裂隙的擴張，也有由于煤體內(nèi)裂隙的即是由于頂煤中宏觀裂隙的擴張，也有由于煤體內(nèi)裂隙的產(chǎn)生和發(fā)育導(dǎo)致體積膨脹。產(chǎn)生和發(fā)育導(dǎo)致體積膨脹。 散體冒放區(qū)散體冒放區(qū) 在支架頂梁尾部，頂煤開始冒落，以散體形態(tài)堆積在在支架頂梁尾部，頂煤開始冒落，以散體形態(tài)堆積在支架掩護梁上。在頂煤位移觀測中，由于頂煤的冒落或觀支架掩護梁上。在頂煤位移觀測中，由于頂煤的冒落或觀測基點的失效或以散體形態(tài)的大位移流動，所以難以觀測測基點的失效或以散體形態(tài)的大位移流動，所以難以觀測到此階段的頂煤移動量。到此階段的頂煤移動量。9.1.3 影響頂煤冒放性的因

22、素影響頂煤冒放性的因素 頂煤的冒放性是指頂煤冒落與放出的難易程度，事實頂煤的冒放性是指頂煤冒落與放出的難易程度，事實上，頂煤的冒放性包括兩方面的含義，一是頂煤冒落的形上，頂煤的冒放性包括兩方面的含義，一是頂煤冒落的形態(tài)，二是放出特性，放出特性與頂煤冒落的塊度分布密度態(tài)，二是放出特性，放出特性與頂煤冒落的塊度分布密度有關(guān)。有關(guān)。 影響頂煤冒放性的因素很多，如煤層自身強大、各種影響頂煤冒放性的因素很多，如煤層自身強大、各種弱面（裂隙、層理等弱面（裂隙、層理等) )的發(fā)育與分布情況、夾矸情況、開的發(fā)育與分布情況、夾矸情況、開采深度、頂煤厚度、頂板巖型、工作面長度、支架的架性采深度、頂煤厚度、頂板巖型

23、、工作面長度、支架的架性與開采工藝等。與開采工藝等。 （1 1）煤體強度煤體強度 煤體強度是影響頂煤冒放性的主要因素。頂煤硬度系煤體強度是影響頂煤冒放性的主要因素。頂煤硬度系數(shù)數(shù)f f越大，頂煤的冒落角越大，頂煤的冒落角越小，見圖越小，見圖9898。對于堅硬煤。對于堅硬煤層（層（f3f3），通常），通常小于小于6060；對于中硬煤層（；對于中硬煤層（f=1f=13 3），），介于介于60608080；對于軟煤層（；對于軟煤層（f f1 1），），大于大于9090；對于極軟煤層（對于極軟煤層（f0.5f0.5），由于頂煤在達到支架上方以前），由于頂煤在達到支架上方以前已表現(xiàn)出了散體流動狀態(tài)，無法

24、分辨軟煤層頂煤的冒落邊已表現(xiàn)出了散體流動狀態(tài)，無法分辨軟煤層頂煤的冒落邊界，因此不能簡單地用界，因此不能簡單地用反映軟煤的冒落形態(tài)。反映軟煤的冒落形態(tài)。 頂煤的冒落塊度也與硬度系數(shù)頂煤的冒落塊度也與硬度系數(shù)f f密切相關(guān)密切相關(guān) 軟煤（軟煤（f f1 1）最易冒落，冒落塊度小，一般塊徑在）最易冒落，冒落塊度小，一般塊徑在0.20.20.3m0.3m以下，可放性好；以下，可放性好； 中硬煤層（中硬煤層（f=1f=13 3）次之，塊徑多為）次之，塊徑多為0.30.30.6m0.6m，少，少數(shù)可達數(shù)可達1.0m1.0m，可放性較好；，可放性較好； 硬煤的冒放性最差，冒落塊徑硬煤的冒放性最差，冒落塊徑

25、1.0m1.0m左右，大于左右，大于1.0m1.0m的的很常見，且支架后部常有懸空的頂煤。對于裂隙不發(fā)育的很常見，且支架后部常有懸空的頂煤。對于裂隙不發(fā)育的堅硬頂煤，由于冒落角小、冒落塊徑大、支架后方頂煤懸堅硬頂煤，由于冒落角小、冒落塊徑大、支架后方頂煤懸空等，生產(chǎn)中需采用人工方法預(yù)弱化頂煤，以改善頂煤的空等，生產(chǎn)中需采用人工方法預(yù)弱化頂煤，以改善頂煤的冒放性，提高其采出率。冒放性，提高其采出率。（2 2）煤體裂隙分布的影響煤體裂隙分布的影響 頂煤破裂過程中受煤體中的原有裂隙影響很大，如果頂煤破裂過程中受煤體中的原有裂隙影響很大，如果頂煤中貫通裂隙多，發(fā)育，則這些貫通裂隙往往就會成為頂煤中貫通

26、裂隙多，發(fā)育，則這些貫通裂隙往往就會成為頂煤破裂的塊度邊界。對于非貫通裂隙而言，在支承壓力頂煤破裂的塊度邊界。對于非貫通裂隙而言，在支承壓力作用下，裂隙尖端會產(chǎn)生應(yīng)力集中，裂隙擴展，最終成為作用下，裂隙尖端會產(chǎn)生應(yīng)力集中，裂隙擴展，最終成為分割塊體的邊界。因此裂隙密度大，在支承壓力的充分作分割塊體的邊界。因此裂隙密度大，在支承壓力的充分作用下頂煤破裂的塊度小，易于冒放。用下頂煤破裂的塊度小，易于冒放。 裂隙的方位和組數(shù)影響著頂煤的冒放性。一般說來，裂隙的方位和組數(shù)影響著頂煤的冒放性。一般說來，頂煤中含有平行于工作面的裂隙較含垂直工作面的裂隙更頂煤中含有平行于工作面的裂隙較含垂直工作面的裂隙更容

27、易冒落，見圖容易冒落，見圖9999，圖（，圖（a a）較圖（）較圖（b b）跟容易冒落。如）跟容易冒落。如果頂煤中含有多組裂隙，則更有利于改善頂煤的冒放性，果頂煤中含有多組裂隙，則更有利于改善頂煤的冒放性，如圖（如圖（c c）所示。）所示。 （3 3）頂煤厚度頂煤厚度 放頂煤開采中，會有一個合理的頂煤厚度，在該厚度放頂煤開采中，會有一個合理的頂煤厚度，在該厚度下適宜于頂煤的放出和提高頂煤采出率。過薄的頂煤相當(dāng)下適宜于頂煤的放出和提高頂煤采出率。過薄的頂煤相當(dāng)于一種偽頂，隨采隨冒，很難控制它一定在支架尾部冒落，于一種偽頂，隨采隨冒，很難控制它一定在支架尾部冒落，且冒落也無規(guī)則可循，由于這種偽頂?shù)?/p>

28、存在，增加了出煤且冒落也無規(guī)則可循，由于這種偽頂?shù)拇嬖?，增加了出煤口的含矸率?？诘暮仿省?過厚的頂煤在控頂區(qū)內(nèi)，尤其是上部頂煤很難的到充過厚的頂煤在控頂區(qū)內(nèi)，尤其是上部頂煤很難的到充分松動，直至放煤過程中才開始松動，致使其冒落在采空分松動，直至放煤過程中才開始松動，致使其冒落在采空區(qū)難以回收。因此，一般認(rèn)為頂煤厚度介于區(qū)難以回收。因此，一般認(rèn)為頂煤厚度介于2 210m10m之間會之間會好一些，對于硬煤層，頂煤厚度應(yīng)不超過好一些，對于硬煤層，頂煤厚度應(yīng)不超過6m6m，否則頂煤將，否則頂煤將冒落在采空區(qū)內(nèi)。冒落在采空區(qū)內(nèi)。 （4 4）夾矸影響夾矸影響 對于放頂煤開采，對于放頂煤開采，0.3m0.

29、3m以下的夾矸多呈片狀和板狀冒以下的夾矸多呈片狀和板狀冒落，對冒放性影響不大，但大于落，對冒放性影響不大，但大于0.4m0.4m厚的夾矸多呈大塊狀厚的夾矸多呈大塊狀冒落，冒落后有時堵塞放煤口，其上的頂煤無法放出。另冒落，冒落后有時堵塞放煤口，其上的頂煤無法放出。另外頂煤中的厚層夾矸會起到懸臂支托上部頂煤的作用，以外頂煤中的厚層夾矸會起到懸臂支托上部頂煤的作用，以至于上部頂煤無法及時冒落。最后冒落到采空區(qū)無法收回。至于上部頂煤無法及時冒落。最后冒落到采空區(qū)無法收回。見圖見圖910910所示。所示。9.1.4 改善堅硬頂煤冒放性的人工輔助措施改善堅硬頂煤冒放性的人工輔助措施 對于裂隙不發(fā)育的堅硬厚

30、煤層（對于裂隙不發(fā)育的堅硬厚煤層（f3.5f3.5），實施綜放），實施綜放開采時，通常需采用頂煤爆破或注水方法改善頂煤的冒落開采時，通常需采用頂煤爆破或注水方法改善頂煤的冒落形態(tài)和冒落塊度。形態(tài)和冒落塊度。 大同煤礦（集團）公司在忻州窯礦實施了頂煤預(yù)爆破大同煤礦（集團）公司在忻州窯礦實施了頂煤預(yù)爆破技術(shù)弱化頂煤收到了良好效果。見圖技術(shù)弱化頂煤收到了良好效果。見圖911911所示，在工作所示，在工作面頂煤中沿頂板掘進兩條平行煤巷，在巷內(nèi)鉆進平行于采面頂煤中沿頂板掘進兩條平行煤巷，在巷內(nèi)鉆進平行于采面的深孔，在工作面支承壓力區(qū)前方利于深孔實施頂煤預(yù)面的深孔，在工作面支承壓力區(qū)前方利于深孔實施頂煤預(yù)

31、爆破，在頂煤中形成爆破裂隙和擴展煤體中的原有裂隙，爆破，在頂煤中形成爆破裂隙和擴展煤體中的原有裂隙，增大裂隙密度，從而在整體上改變了頂煤的性質(zhì)，衰減了增大裂隙密度，從而在整體上改變了頂煤的性質(zhì)，衰減了頂煤整體強度，然后再支承壓力作用下，對頂煤進行壓裂頂煤整體強度，然后再支承壓力作用下，對頂煤進行壓裂和破碎，使之具有較好的冒落形態(tài)和冒落塊度，易于頂煤和破碎，使之具有較好的冒落形態(tài)和冒落塊度，易于頂煤放出。放出。 在產(chǎn)量較低的工作面，也可在支架間向頂煤鉆孔進行在產(chǎn)量較低的工作面，也可在支架間向頂煤鉆孔進行爆破，破碎支架上方頂煤。采用注水軟化頂煤時，可在頂爆破，破碎支架上方頂煤。采用注水軟化頂煤時，

32、可在頂煤中開掘?qū)Ｓ米⑺┕は锏?，向兩?cè)頂煤中鉆進注水鉆孔，煤中開掘?qū)Ｓ米⑺┕は锏?，向兩?cè)頂煤中鉆進注水鉆孔，也可利用工作面兩巷施工注水鉆孔。也可利用工作面兩巷施工注水鉆孔。 9.2 放頂煤開采礦山壓力顯現(xiàn)的基本規(guī)律放頂煤開采礦山壓力顯現(xiàn)的基本規(guī)律 9.2.1 綜放采場支架與圍巖力學(xué)系統(tǒng)模型綜放采場支架與圍巖力學(xué)系統(tǒng)模型 綜放開采與單一煤層開采在圍巖性質(zhì)方面的差異就是綜放開采與單一煤層開采在圍巖性質(zhì)方面的差異就是支架上方存在著一層破碎的、強度低的頂煤，該頂煤的存支架上方存在著一層破碎的、強度低的頂煤，該頂煤的存在，不僅增大了直接頂（包括頂煤）的厚度，而且改變了在，不僅增大了直接頂（包括頂煤）的

33、厚度，而且改變了直接頂?shù)恼w力學(xué)特征。因此采場上覆巖層及其結(jié)構(gòu)所形直接頂?shù)恼w力學(xué)特征。因此采場上覆巖層及其結(jié)構(gòu)所形成的載荷再通過直接頂（包括頂煤）傳遞到支架上時，將成的載荷再通過直接頂（包括頂煤）傳遞到支架上時，將引起支架與圍巖力學(xué)體系特征的改變。引起支架與圍巖力學(xué)體系特征的改變。 老頂活動對采場及支架的影響程度取決于直接頂和頂老頂活動對采場及支架的影響程度取決于直接頂和頂煤的性質(zhì)、頂煤破壞的發(fā)展程度以及支架的剛度。煤的性質(zhì)、頂煤破壞的發(fā)展程度以及支架的剛度。根據(jù)支根據(jù)支架與圍巖體系各組分的力學(xué)性質(zhì)和作用影響程度，建立如架與圍巖體系各組分的力學(xué)性質(zhì)和作用影響程度，建立如圖圖912912所示的

34、綜放采場支架與圍巖力學(xué)系統(tǒng)模型。構(gòu)成所示的綜放采場支架與圍巖力學(xué)系統(tǒng)模型。構(gòu)成綜放菜場支架綜放菜場支架圍巖整體力學(xué)模型的基本單元與一般長壁圍巖整體力學(xué)模型的基本單元與一般長壁開采工作面是相同的，即開采工作面是相同的，即 老頂老頂，由于綜放開采一次采出煤厚大于分層開采，因，由于綜放開采一次采出煤厚大于分層開采，因而形成穩(wěn)定的砌體梁結(jié)構(gòu)層的高度必將高于分層開采。而形成穩(wěn)定的砌體梁結(jié)構(gòu)層的高度必將高于分層開采。 直接頂直接頂，不僅直接頂?shù)暮穸纫笥诜謱娱_采情況，而，不僅直接頂?shù)暮穸纫笥诜謱娱_采情況，而且其結(jié)構(gòu)的損傷程度也嚴(yán)重。且其結(jié)構(gòu)的損傷程度也嚴(yán)重。 支架支架，不僅綜放支架結(jié)構(gòu)較分層綜采支架復(fù)雜

35、，而且，不僅綜放支架結(jié)構(gòu)較分層綜采支架復(fù)雜，而且，由于受放煤等影響，綜放支架更加復(fù)雜，并受動載影響嚴(yán)由于受放煤等影響，綜放支架更加復(fù)雜，并受動載影響嚴(yán)重。重。 底板底板，綜放采場底板的完整性較分層要好。，綜放采場底板的完整性較分層要好。 根據(jù)綜放采場支架根據(jù)綜放采場支架圍巖整體力學(xué)模型中各單元的受力圍巖整體力學(xué)模型中各單元的受力狀態(tài)和結(jié)構(gòu)特征，可將其簡化為相應(yīng)的受力體。狀態(tài)和結(jié)構(gòu)特征，可將其簡化為相應(yīng)的受力體。 老頂老頂，為剛體，在整體力學(xué)模型中起主動力作用，給，為剛體，在整體力學(xué)模型中起主動力作用，給定整個系統(tǒng)轉(zhuǎn)動和滑移變形。定整個系統(tǒng)轉(zhuǎn)動和滑移變形。 直接頂直接頂，可簡化為損傷或破碎體，其

36、作用有兩個：給，可簡化為損傷或破碎體，其作用有兩個：給支架加載；傳遞老頂給支架的作用。支架加載；傳遞老頂給支架的作用。 支架支架，可作為彈性，可作為彈性滑移體支架為采場礦壓控制的主滑移體支架為采場礦壓控制的主體。體。 底板底板，為彈性體或剛體，如用數(shù)學(xué)方法分析力學(xué)模型，為彈性體或剛體，如用數(shù)學(xué)方法分析力學(xué)模型，可將其視為彈性體，如做理論分析，可將其簡化為剛體?？蓪⑵湟暈閺椥泽w，如做理論分析，可將其簡化為剛體。 在綜放采場在綜放采場圍巖整體力學(xué)模型分析中圍巖整體力學(xué)模型分析中, ,老頂單元和直老頂單元和直接頂單元是關(guān)鍵接頂單元是關(guān)鍵, ,老頂單元作為覆巖中的第一關(guān)鍵層老頂單元作為覆巖中的第一關(guān)鍵

37、層, ,要形要形成穩(wěn)定的砌體梁結(jié)構(gòu)成穩(wěn)定的砌體梁結(jié)構(gòu), ,它的剛性轉(zhuǎn)動量是有一定范圍的它的剛性轉(zhuǎn)動量是有一定范圍的, ,作作為直接頂為直接頂, ,即稱為給定變形即稱為給定變形. . 對于直接頂單元對于直接頂單元, ,在綜放開采條件下在綜放開采條件下, ,考慮到頂煤的可考慮到頂煤的可放性放性, ,其部分介質(zhì)必將進入破碎狀態(tài)其部分介質(zhì)必將進入破碎狀態(tài), ,破碎狀態(tài)直接頂?shù)牧ζ扑闋顟B(tài)直接頂?shù)牧W(xué)特征對于綜放采場支架與圍巖體系具有重要影響學(xué)特征對于綜放采場支架與圍巖體系具有重要影響. . (1)(1)直接頂直接頂( (包含頂煤包含頂煤) )的整體力學(xué)特征的整體力學(xué)特征 綜放采場條件下綜放采場條件下,

38、,把頂煤和其上的直接頂巖層統(tǒng)一視為把頂煤和其上的直接頂巖層統(tǒng)一視為直接頂直接頂. .在經(jīng)歷工作面前方超前支承壓力作用后在經(jīng)歷工作面前方超前支承壓力作用后, ,該直接頂該直接頂一般進入塑性狀態(tài)一般進入塑性狀態(tài), ,因此因此, ,處在采場支架上方的直接頂其力處在采場支架上方的直接頂其力學(xué)狀態(tài)是處于學(xué)狀態(tài)是處于全程曲線的峰后區(qū)全程曲線的峰后區(qū). .直接頂成為具有直接頂成為具有一定剛度的可變形介質(zhì)一定剛度的可變形介質(zhì), ,而非完全剛性體而非完全剛性體. .起作用一方面是起作用一方面是作為施力介質(zhì)將其自身的重量作用在支架上。作為施力介質(zhì)將其自身的重量作用在支架上。 另一方面作為傳力介質(zhì)另一方面作為傳力介

39、質(zhì), ,傳遞老頂回轉(zhuǎn)變形產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)傳遞老頂回轉(zhuǎn)變形產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)變形壓力變形壓力. .直接頂傳遞老頂回轉(zhuǎn)產(chǎn)生的作用力的能力取決直接頂傳遞老頂回轉(zhuǎn)產(chǎn)生的作用力的能力取決于其承載特性于其承載特性. .根據(jù)對采場直接頂承載特性的研究結(jié)果根據(jù)對采場直接頂承載特性的研究結(jié)果, ,直直接頂?shù)某休d具有區(qū)域性接頂?shù)某休d具有區(qū)域性, ,由煤壁向采空區(qū)方西分為弱承載由煤壁向采空區(qū)方西分為弱承載區(qū)、承載區(qū)和非承載區(qū)區(qū)、承載區(qū)和非承載區(qū), ,直接頂越軟直接頂越軟, ,區(qū)域性越明顯區(qū)域性越明顯. .根據(jù)根據(jù)直接頂承載的區(qū)域性特征和剛度特征直接頂承載的區(qū)域性特征和剛度特征, ,從便于分析支架和從便于分析支架和圍巖關(guān)系出發(fā)圍巖

40、關(guān)系出發(fā), ,可將直接頂按剛度分為似剛性直接頂、似可將直接頂按剛度分為似剛性直接頂、似零剛度直接頂和中間型剛度直接頂三類零剛度直接頂和中間型剛度直接頂三類. .不同類型剛度的不同類型剛度的直接頂表現(xiàn)出不同的力學(xué)特征直接頂表現(xiàn)出不同的力學(xué)特征, ,對支架與圍巖關(guān)系的影響對支架與圍巖關(guān)系的影響機制不同機制不同. . (2)(2)綜放采場支架的工作狀態(tài)綜放采場支架的工作狀態(tài) 支架受力的大小及載荷分布取決于直接頂?shù)恼w力支架受力的大小及載荷分布取決于直接頂?shù)恼w力學(xué)特性以及與支架的相互作用學(xué)特性以及與支架的相互作用. .因此因此, ,支架的工作狀態(tài)與支架的工作狀態(tài)與直接頂?shù)膭偠忍匦杂嘘P(guān)。當(dāng)直接頂處于似

41、剛性條件下時直接頂?shù)膭偠忍匦杂嘘P(guān)。當(dāng)直接頂處于似剛性條件下時, ,頂板的下沉量與老頂?shù)奈粦B(tài)有關(guān)頂板的下沉量與老頂?shù)奈粦B(tài)有關(guān), ,并不取決于支架的工并不取決于支架的工作阻力作阻力. .而老頂?shù)奈粦B(tài)取決于采空區(qū)矸石的充填程度和而老頂?shù)奈粦B(tài)取決于采空區(qū)矸石的充填程度和壓實程度壓實程度, ,由于老頂?shù)幕剞D(zhuǎn)變形為給定變形由于老頂?shù)幕剞D(zhuǎn)變形為給定變形, ,因此因此, ,支架支架此時處于給定變形工作狀態(tài)。此時處于給定變形工作狀態(tài)。 當(dāng)直接頂為似零剛度條件時當(dāng)直接頂為似零剛度條件時, ,老頂回轉(zhuǎn)作用于直接頂?shù)睦享敾剞D(zhuǎn)作用于直接頂?shù)幕剞D(zhuǎn)變形壓力為零回轉(zhuǎn)變形壓力為零, ,因此支架的載荷與老頂?shù)奈粦B(tài)無關(guān)因此支架的載

42、荷與老頂?shù)奈粦B(tài)無關(guān), ,只只取決于直接頂?shù)闹亓咳Q于直接頂?shù)闹亓? .此時支架處在給定載荷工作狀態(tài)此時支架處在給定載荷工作狀態(tài), ,頂頂板的下沉量取決于支架的剛度板的下沉量取決于支架的剛度. .當(dāng)直接頂為中間型剛度時當(dāng)直接頂為中間型剛度時, ,其在老頂回轉(zhuǎn)過程中的變形量介于似剛性和似零剛度直接其在老頂回轉(zhuǎn)過程中的變形量介于似剛性和似零剛度直接頂之間頂之間, ,支架的載荷由直接頂?shù)闹亓亢屠享數(shù)幕剞D(zhuǎn)變形壓支架的載荷由直接頂?shù)闹亓亢屠享數(shù)幕剞D(zhuǎn)變形壓力分兩部分組成力分兩部分組成, ,后者則取決于直接頂?shù)膭偠群笳邉t取決于直接頂?shù)膭偠? .此時此時, ,支架支架工作阻力與頂板下沉量呈近似雙曲線關(guān)系工作阻力

43、與頂板下沉量呈近似雙曲線關(guān)系. . 9.2.2 工作面礦壓顯現(xiàn)的基本規(guī)律工作面礦壓顯現(xiàn)的基本規(guī)律 放頂煤工作面也具有單一煤層采面的一般礦壓顯現(xiàn)規(guī)放頂煤工作面也具有單一煤層采面的一般礦壓顯現(xiàn)規(guī)律律, ,如初次來壓如初次來壓, ,周期來壓等周期來壓等. .但由于一次采高增大但由于一次采高增大, ,煤炭開煤炭開采對直接頂巖層和老頂?shù)臄_動范圍增大采對直接頂巖層和老頂?shù)臄_動范圍增大, ,加之直接頂力學(xué)加之直接頂力學(xué)特征的變化特征的變化, ,勢必引起采面礦壓顯現(xiàn)的新特點勢必引起采面礦壓顯現(xiàn)的新特點. .為此我國進為此我國進行了大量的現(xiàn)場觀測和理論研究行了大量的現(xiàn)場觀測和理論研究, ,基本結(jié)論如下。基本結(jié)論

44、如下。 (1)(1)支承壓力分布支承壓力分布. . 我國關(guān)于綜放面的支承壓力分布規(guī)律進行了許多觀測我國關(guān)于綜放面的支承壓力分布規(guī)律進行了許多觀測和研究和研究. .所得到的基本規(guī)律是與單一煤層開采相比所得到的基本規(guī)律是與單一煤層開采相比, ,在頂板在頂板以及煤層條件力學(xué)性質(zhì)相同情況下以及煤層條件力學(xué)性質(zhì)相同情況下, ,綜放開采的支承壓力綜放開采的支承壓力分布范圍大分布范圍大, ,峰值點前移峰值點前移. .支承壓力集中系數(shù)沒有顯著變化支承壓力集中系數(shù)沒有顯著變化. . 綜放面支承壓力的分布同時受到煤層強度煤層厚度等綜放面支承壓力的分布同時受到煤層強度煤層厚度等影響影響. .煤層愈軟煤層愈軟, ,支

45、承壓力分布范圍愈大支承壓力分布范圍愈大, ,峰值點距煤壁峰值點距煤壁愈遠(yuǎn)愈遠(yuǎn). .一般說來一般說來, ,對于軟煤層對于軟煤層, ,峰值點為峰值點為151525m25m, ,分布范圍分布范圍404050m50m；對于硬煤層，峰值點為；對于硬煤層，峰值點為5 58m8m，分布范圍，分布范圍202030m30m。煤層愈厚，支承壓力分布范圍愈大，峰值點距煤。煤層愈厚，支承壓力分布范圍愈大，峰值點距煤壁愈遠(yuǎn)。放頂煤工作面支承壓力峰值點前移的原因是由于壁愈遠(yuǎn)。放頂煤工作面支承壓力峰值點前移的原因是由于頂煤強度較低引起的。如果頂煤中存在一層較厚的強度頂煤強度較低引起的。如果頂煤中存在一層較厚的強度較大夾矸層

46、，夾矸層除了影響到頂煤冒放形態(tài)外，還會影較大夾矸層，夾矸層除了影響到頂煤冒放形態(tài)外，還會影響到支承壓力分布，使其顯現(xiàn)出較硬煤層的支承壓力分布響到支承壓力分布，使其顯現(xiàn)出較硬煤層的支承壓力分布特征。特征。 由于頂煤強度較低，因此在直接頂與老頂載荷作用下，由于頂煤強度較低，因此在直接頂與老頂載荷作用下，靠近工作面的頂煤首先發(fā)生破壞，進入塑性區(qū)，破壞的頂靠近工作面的頂煤首先發(fā)生破壞，進入塑性區(qū)，破壞的頂煤剛度迅速降低，頂煤變成彈塑性介質(zhì)，當(dāng)載荷繼續(xù)增大，煤剛度迅速降低，頂煤變成彈塑性介質(zhì)，當(dāng)載荷繼續(xù)增大，大于頂煤殘余強度時，頂煤不再具有抗載能力，致使頂板大于頂煤殘余強度時，頂煤不再具有抗載能力，致使

47、頂板載荷向遠(yuǎn)處逐漸逐漸轉(zhuǎn)移，煤體內(nèi)形成塑性區(qū)的范圍大，載荷向遠(yuǎn)處逐漸逐漸轉(zhuǎn)移，煤體內(nèi)形成塑性區(qū)的范圍大，載荷向前方轉(zhuǎn)移的距離較遠(yuǎn)。煤層強度越低，轉(zhuǎn)移的距離載荷向前方轉(zhuǎn)移的距離較遠(yuǎn)。煤層強度越低，轉(zhuǎn)移的距離越大，所以支承壓力峰值處越遠(yuǎn)離工作面，見圖越大，所以支承壓力峰值處越遠(yuǎn)離工作面，見圖913913。 （2 2）實測資料表明，工作面支承載荷不大，說明離工作面實測資料表明，工作面支承載荷不大，說明離工作面不遠(yuǎn)的高處就形成平衡結(jié)構(gòu)。支架受載并不因采高增大而不遠(yuǎn)的高處就形成平衡結(jié)構(gòu)。支架受載并不因采高增大而增加，僅與煤的強度有關(guān)，煤的強度大，則頂煤的完整性增加，僅與煤的強度有關(guān)，煤的強度大，則頂煤的

48、完整性愈好，支架載荷較大。放頂煤工作面仍有周期來壓現(xiàn)象，愈好，支架載荷較大。放頂煤工作面仍有周期來壓現(xiàn)象，但不明顯，初次來壓強度也不大。這是由于破斷巖板離工但不明顯，初次來壓強度也不大。這是由于破斷巖板離工作面較高的原因。作面較高的原因。 在正?；夭呻A段，采空區(qū)已由跨落矸石充滿。上覆巖在正常回采階段，采空區(qū)已由跨落矸石充滿。上覆巖層規(guī)則跨落帶中形成的砌體平衡結(jié)構(gòu)，離采場較遠(yuǎn)，不規(guī)層規(guī)則跨落帶中形成的砌體平衡結(jié)構(gòu)，離采場較遠(yuǎn)，不規(guī)則跨落帶懸梁周期性跨落以及采空區(qū)內(nèi)矸石對懸?guī)r側(cè)向擠則跨落帶懸梁周期性跨落以及采空區(qū)內(nèi)矸石對懸?guī)r側(cè)向擠壓形成的供式平衡，在跨度增加時也要失穩(wěn)而引起小規(guī)模壓形成的供式平衡，

49、在跨度增加時也要失穩(wěn)而引起小規(guī)模的壓力波動。的壓力波動。 （3 3）放頂煤工作面的煤壁及端面頂板的維護顯得特別重要。放頂煤工作面的煤壁及端面頂板的維護顯得特別重要。因為頂板容易破裂，尤其當(dāng)煤壁片幫、煤頂節(jié)理和裂隙比因為頂板容易破裂，尤其當(dāng)煤壁片幫、煤頂節(jié)理和裂隙比較發(fā)育、遇有局部斷層、褶區(qū)結(jié)構(gòu)，老頂來壓時，加上放較發(fā)育、遇有局部斷層、褶區(qū)結(jié)構(gòu)，老頂來壓時，加上放頂煤工作面推進速度較慢，容易產(chǎn)生端部冒頂。因此，改頂煤工作面推進速度較慢，容易產(chǎn)生端部冒頂。因此，改善端部支架結(jié)構(gòu)，加大支架的實際端面初撐支護強度就十善端部支架結(jié)構(gòu)，加大支架的實際端面初撐支護強度就十分重要。分重要。 （4 4）放頂煤工

50、作面，端頭壓力和工作面兩端平巷壓力并不放頂煤工作面，端頭壓力和工作面兩端平巷壓力并不大，雖然由于一次采高增加引起支承壓力增加，但由于一大，雖然由于一次采高增加引起支承壓力增加，但由于一次采全厚，故回采巷道的礦壓顯現(xiàn)較分層多次開采緩和，次采全厚，故回采巷道的礦壓顯現(xiàn)較分層多次開采緩和，在兗州、鄭州及石炭井等局的測定均是這樣。在兗州、鄭州及石炭井等局的測定均是這樣。 （5 5）支架前柱的工作阻力大于后柱阻力。放頂煤工作面綜支架前柱的工作阻力大于后柱阻力。放頂煤工作面綜放支架前柱的工作阻力普遍大于后柱，一般為放支架前柱的工作阻力普遍大于后柱，一般為10101515，最高可達最高可達3737。受放煤工

51、序的影響。受放煤工序的影響, ,支架后立柱在放煤后支架后立柱在放煤后有相當(dāng)比例的呈現(xiàn)阻力下降有相當(dāng)比例的呈現(xiàn)阻力下降, ,甚至降為零甚至降為零, ,造成支架支護強造成支架支護強度下降度下降, ,穩(wěn)定性和可靠性降低穩(wěn)定性和可靠性降低. .具體情況與頂煤的硬度和冒具體情況與頂煤的硬度和冒落形態(tài)有關(guān)落形態(tài)有關(guān). .對于軟煤而言對于軟煤而言, ,頂煤破碎和放出較充分頂煤破碎和放出較充分, ,支架支架頂梁后部上方的頂煤較少頂梁后部上方的頂煤較少, ,不利于傳遞上覆巖層的作用不利于傳遞上覆巖層的作用, ,因因此相對與硬煤而言此相對與硬煤而言, ,支架前柱工作阻力大于后柱工作阻力支架前柱工作阻力大于后柱工作

52、阻力這一特點表現(xiàn)的更加明顯這一特點表現(xiàn)的更加明顯. .同時同時, ,支架承受冒落煤矸沖擊造支架承受冒落煤矸沖擊造成的動載荷影響明顯成的動載荷影響明顯. . (6) (6) 下分層綜放時的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律下分層綜放時的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律. .有些情況為了排放瓦斯有些情況為了排放瓦斯的需要的需要, ,或是由于煤層厚度過大或是由于煤層厚度過大, ,不利于提高煤炭采出率等不利于提高煤炭采出率等, ,采取了先用綜采方法預(yù)采頂分層采取了先用綜采方法預(yù)采頂分層, ,然后剩余的下部煤層采然后剩余的下部煤層采取綜放開采技術(shù)取綜放開采技術(shù). .下分層綜放開采時的礦壓顯現(xiàn)仍然具有下分層綜放開采時的礦壓顯現(xiàn)仍然具有一般開采的礦

53、壓規(guī)律一般開采的礦壓規(guī)律, ,但礦山壓力顯現(xiàn)程度有所減弱但礦山壓力顯現(xiàn)程度有所減弱, ,見表見表91.91. 9.2.3 支架的合理工作阻力支架的合理工作阻力 直接頂跨落高度與采高有關(guān)直接頂跨落高度與采高有關(guān). .放頂煤支架因一次采高在放頂煤支架因一次采高在6m6m以上以上, ,甚至更高甚至更高, ,支架必須支撐住由此產(chǎn)生的靜壓和動壓支架必須支撐住由此產(chǎn)生的靜壓和動壓. .支架工作阻力的增加支架工作阻力的增加, ,可有效地控制頂板可有效地控制頂板. .但如果阻力過大但如果阻力過大, ,往往阻力利用率不高還增加支架重量、造價往往阻力利用率不高還增加支架重量、造價, ,經(jīng)濟效益會經(jīng)濟效益會降低降低. .因此必須合理選擇支架的工作阻力因此必須合理選擇支架的工作阻力. . (1)(1)估算法估算法 估算支架阻力的力學(xué)模型估算支架阻力的力學(xué)模型( (圖圖9-14