采場(chǎng)礦山壓力顯現(xiàn)

中國(guó)礦業(yè)大學(xué)ChinaUniversityOfMiningAndTechnology采場(chǎng)礦山壓力主講人：方新秋教授時(shí)間：

1.礦山壓力概述

2.采場(chǎng)頂板活動(dòng)規(guī)律

3.老頂?shù)某醮蝸?lái)壓和周期來(lái)壓

4.影響礦壓顯現(xiàn)的主要因素

5.采場(chǎng)頂板支護(hù)6.采場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)規(guī)律實(shí)例7.總結(jié)

目錄中國(guó)礦業(yè)大學(xué)ChinaUniversityOfMiningAndTechnology1.采場(chǎng)礦山壓力概述1.1掌握礦山壓力的必要性生態(tài)環(huán)境保護(hù)：水、瓦斯、地表、矸石等。保證安全和正常生產(chǎn)：通風(fēng)、行人、生產(chǎn)。減少資源損失：減小煤柱等。改善開(kāi)采技術(shù)：巷道支護(hù)、采煤方法。提高社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。1.2礦山壓力基本知識(shí)礦山壓力：由于礦山開(kāi)采活動(dòng)的影響，在巷硐周圍巖體中形成的和作用在巷硐支護(hù)物上的力。礦山壓力顯現(xiàn)：礦山壓力作用下引起的各種力學(xué)現(xiàn)象，以及在巖體中產(chǎn)生的動(dòng)力現(xiàn)象。礦山壓力控制：減輕、調(diào)節(jié)、改變和利用礦山壓力作用的各種方法。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)ChinaUniversityOfMiningAndTechnology

回采工作面/采場(chǎng)：直接進(jìn)行采煤或采其它礦物的工作空間稱為回采工作面或簡(jiǎn)稱為采場(chǎng)。我國(guó)煤礦主要采用長(zhǎng)壁采煤法，工作面煤壁長(zhǎng)度通常150~200m，推進(jìn)方向1000~2000m。最長(zhǎng)的回采工作面已經(jīng)達(dá)到400m，推進(jìn)度最大的已經(jīng)達(dá)到11km

頂板：賦存在煤層之上的巖層稱為頂板或稱為上覆巖層。

底板：位于煤層下方的巖層稱為底板。

直接頂：直接位于煤層上方的一層或幾層性質(zhì)相近的巖層稱為直接頂。

直接頂指采空區(qū)已經(jīng)冒落巖層的總合。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)ChinaUniversityOfMiningAndTechnology

偽頂：在煤層與直接頂之間有時(shí)存在厚度小于0.3～0.5m、極易垮落（隨采隨冒）的軟弱巖層，稱為偽頂。

基本頂：位于直接頂之上(有時(shí)直接位于煤層之上)對(duì)采場(chǎng)礦山壓力直接造成影響的厚而堅(jiān)硬的巖層稱為基本頂/老頂。頂板下沉：一般指煤壁到采空區(qū)邊緣裸露的頂?shù)装逑鄬?duì)移近量。常用s表示。

有時(shí)為了對(duì)比，把頂板下沉換算為單位采高、單位推進(jìn)度的頂板下沉量，以每米采高、每米推進(jìn)度下沉量表示，即：1.3礦山壓力顯現(xiàn)形式頂板下沉速度：指單位時(shí)間內(nèi)頂?shù)装逡平?，以mm/h計(jì)算，它表示頂板活動(dòng)的劇烈程度。某礦工作面頂板下沉速度變化情況局部冒頂：指回采工作面頂板形成局部塌落，影響回采工作的正常進(jìn)行。工作面頂板沿煤壁切落（或稱大面積冒頂）：指采面由于頂板來(lái)壓而導(dǎo)致頂板沿工作面切落，它常嚴(yán)重影響工作面的生產(chǎn)。煤壁片幫：指采面運(yùn)輸機(jī)前面煤體在沒(méi)有采煤機(jī)切割時(shí)，受支承壓力作用發(fā)生破壞塌落顯現(xiàn)。2.1砌體梁理論由于采礦工程涉及巖層內(nèi)的原巖應(yīng)力場(chǎng)以及巖體性質(zhì)的復(fù)雜性，因而從一開(kāi)始就對(duì)采場(chǎng)的礦山壓力提出了各種不同的解釋，這種解釋就叫“假說(shuō)”。因此，礦山壓力假說(shuō)對(duì)巖層控制具有指導(dǎo)意義。

錢鳴高院士在總結(jié)鉸接巖塊假說(shuō)及預(yù)成裂隙假說(shuō)的基礎(chǔ)上，以及在大量的生產(chǎn)實(shí)踐及對(duì)巖層內(nèi)部移動(dòng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)的基礎(chǔ)上，于20世紀(jì)70年代末80年代初提出了巖體結(jié)構(gòu)的“砌體梁”力學(xué)模型，從而發(fā)展成了“砌體梁”理論。2.采場(chǎng)頂板活動(dòng)規(guī)律砌體梁理論（錢鳴高，1978）砌體梁理論提出以后，很快得到煤炭系統(tǒng)廣泛認(rèn)同，對(duì)采場(chǎng)支架選型設(shè)計(jì)與頂板管理發(fā)揮了重要的理論指導(dǎo)作用。

理論觀點(diǎn)一：采場(chǎng)圍巖分區(qū)性特征彎曲下沉帶裂隙帶垮落帶煤壁支承區(qū)離層區(qū)重新壓實(shí)區(qū)理論觀點(diǎn)二：力學(xué)簡(jiǎn)化模型：軟硬巖分組性；

軟巖處理；

硬巖砌體梁結(jié)構(gòu)；

支護(hù)—頂板相互作用上覆巖層結(jié)構(gòu)的骨架是覆巖中的堅(jiān)硬巖層。可將上覆巖層劃分為若干組，每組以堅(jiān)硬巖層為底層，其上部的軟弱巖層可視為直接作用于骨架上的載荷，同時(shí)也是更上層堅(jiān)硬巖層與下部骨架聯(lián)結(jié)的墊層。

隨著工作面的推進(jìn)，采空區(qū)上方堅(jiān)硬巖層在裂隙帶帶內(nèi)將斷裂成排列整齊的巖塊，巖塊間將受水平推力作用而形成鉸接關(guān)系。巖層移動(dòng)曲線的形態(tài)經(jīng)實(shí)測(cè)呈開(kāi)始為下凹、而后隨工作面的推進(jìn)逐漸恢復(fù)水平狀態(tài)，由此決定了斷裂巖塊間鉸接點(diǎn)的位置。在直接頂上方存在厚度不等、強(qiáng)度不同的多層巖層，其中一層至數(shù)層在采場(chǎng)上覆巖層活動(dòng)中起主要的控制作用。將對(duì)采場(chǎng)上覆巖層局部或直至地表的全部巖層活動(dòng)起控制作用的巖層稱為關(guān)鍵層。前者稱為亞關(guān)鍵層，后者稱為主關(guān)鍵層。為了弄清巖層移動(dòng)由下往上傳遞的動(dòng)態(tài)過(guò)程，巖層移動(dòng)過(guò)程中形成的采場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)、煤巖體中水與瓦斯的流動(dòng)和地表沉陷等狀態(tài)的變化，關(guān)鍵在于弄清關(guān)鍵層的變形破斷及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律。2.2關(guān)鍵層理論關(guān)鍵層相似材料模擬關(guān)鍵層相似材料模擬關(guān)鍵層相似材料模擬煤層開(kāi)采后，將首先引起直接頂?shù)目迓洹；夭晒ぷ髅鎻拈_(kāi)切眼開(kāi)始向前推進(jìn)，直接頂懸露面積增大，當(dāng)達(dá)到其極限跨距時(shí)開(kāi)始垮落。直接頂?shù)谝淮慰迓涓叨瘸^(guò)1～1.5m，范圍超過(guò)全工作面長(zhǎng)度的一半，叫做直接頂初次垮落，此時(shí)直接頂?shù)目缇喾Q為“直接頂初次垮落距”。

2.3直接頂?shù)目迓渲苯禹敵醮慰迓淝?，相?duì)基本頂而言，其變形大，容易出現(xiàn)直接頂與老頂間的離層。對(duì)直接頂初次垮落前可以簡(jiǎn)化為“兩端固支梁”式結(jié)構(gòu)，其離層與變形分析如下。直接頂老頂直接頂初次垮落前的離層分析

鉆孔攝像機(jī)直接頂和老頂間發(fā)生離層

隨著工作面自開(kāi)切眼開(kāi)始推進(jìn)，直接頂發(fā)生初次垮落。由于老頂強(qiáng)度較大，因而繼續(xù)呈懸露狀態(tài)。此時(shí)，可視老頂為一懸露的“板”。2.4老頂?shù)臄嗔?/p>

由于回采工作面長(zhǎng)度（200m左右）遠(yuǎn)大于老頂懸露的跨距（40m左右）。因此可將老頂視為一端由工作面煤壁、另一端由邊界煤柱支撐的固定梁，即所謂“梁”的假說(shuō)。此時(shí)，若老頂之上的巖層強(qiáng)度較低，則上覆巖層的重量將通過(guò)老頂巖“梁”傳遞至兩端的支承點(diǎn)上，即煤壁和煤柱上。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)ChinaUniversityOfMiningAndTechnology3.老頂?shù)某醮蝸?lái)壓和周期來(lái)壓

回采工作面從開(kāi)切開(kāi)始采煤，采空區(qū)范圍逐漸增大，當(dāng)老頂懸露達(dá)到極限跨距時(shí)，老頂斷裂形成三鉸拱式的平衡，同時(shí)發(fā)生已破斷的巖塊回轉(zhuǎn)失穩(wěn)（變形失穩(wěn)），有時(shí)可能伴隨滑落失穩(wěn)（頂板的臺(tái)階下沉），從而導(dǎo)致工作面頂板的急劇下沉。此時(shí)，工作面支架呈現(xiàn)受力普遍加大現(xiàn)象，即稱為老頂?shù)某醮蝸?lái)壓。3.1老頂?shù)某醮蝸?lái)壓由于支架反力（支撐力）P形成的反力矩難以平衡由老頂初次來(lái)壓載荷Q2所形成的力矩，因而老頂巖塊的回轉(zhuǎn)在一定程度上是不可避免的，工作面頂板必然隨之發(fā)生下沉。只有當(dāng)老頂巖塊在采空區(qū)觸矸形成反力后，其回轉(zhuǎn)下沉才會(huì)緩和和停止。為了不使老頂沿工作面切落，支架工作阻力應(yīng)等于Q1與Q2之和。老頂初次來(lái)壓的力學(xué)模型

3.1.1老頂初次來(lái)壓力學(xué)模型P—支架反力；Q1—直接頂載Q2—老頂載荷；R—矸石反力

老頂巖塊滑落失穩(wěn)實(shí)例

老頂初次來(lái)壓前采場(chǎng)四周支承壓力分布3.1.2老頂初次來(lái)壓前支承壓力分布A—增壓區(qū)；B—減壓區(qū)；C—穩(wěn)壓區(qū)。老頂初次來(lái)壓前，采場(chǎng)頂板壓力并不大，但煤壁內(nèi)的支承壓力卻達(dá)到了最大值。所以，煤幫的變形與塌落(片幫)，常常是預(yù)示工作面頂板來(lái)壓的一個(gè)重要標(biāo)志。老頂初次來(lái)壓前強(qiáng)大的前支承壓力可能導(dǎo)致直接頂在煤壁前方剪切破壞，形成預(yù)成裂隙，不利于頂板管理。老頂初次來(lái)壓比較突然，易使人疏忽大意。3.1.3老頂初次來(lái)壓特征與影響因素老頂初次來(lái)壓對(duì)回采工作面的影響較大，必須掌握初次來(lái)壓步距的大小，及時(shí)采取對(duì)策（如加強(qiáng)木垛、抬棚、斜撐等）。老頂初次來(lái)壓步距越大，工作面來(lái)壓顯現(xiàn)越劇烈。老頂初次來(lái)壓步距與來(lái)壓強(qiáng)度，與老頂巖層的力學(xué)性質(zhì)、厚度、破斷巖塊咬合條件、直接頂厚度、采高等因素有關(guān)。來(lái)壓的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)；加強(qiáng)支護(hù)；工作面與開(kāi)切眼斜交，使老頂懸板呈梯形，根據(jù)頂板達(dá)極限跨度時(shí)破斷的原理，老頂初次來(lái)壓的破斷將不致于造成工作面全面來(lái)壓，而呈局部來(lái)壓。讓工作面呈局部來(lái)壓。3.1.4

預(yù)防老頂初次來(lái)壓期間造成事故的主要措施3.1.5幾個(gè)有益的結(jié)論老頂?shù)某醮蝸?lái)壓步距：與老頂初次斷裂步距相當(dāng)。動(dòng)載系數(shù)：支架來(lái)壓時(shí)載荷與平時(shí)載荷之比。老頂初次步距越大，工作面來(lái)壓顯現(xiàn)越劇烈，相應(yīng)的動(dòng)載系數(shù)也越大。老頂初次來(lái)壓步距是老頂巖層分類的主要依據(jù)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)煤礦現(xiàn)有生產(chǎn)工作面中，我國(guó)初次來(lái)壓步距10～30m占54％，30～55m占37.5％。山西大同礦有的礦井有的老頂初次來(lái)壓步距達(dá)到160m左右。

老頂初次來(lái)壓后，隨著回采工作面的推進(jìn)，老頂巖層將發(fā)生周期性破斷，老頂破斷巖塊形成的“砌體梁”結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性將隨之發(fā)生周期性變化。3.2老頂?shù)闹芷趤?lái)壓3.2.1回采工作面推進(jìn)對(duì)巖體結(jié)構(gòu)的影響：A巖塊的受力分析（a）砌體梁結(jié)構(gòu)。工作面推進(jìn)一段距離（L）后，A巖塊斷裂，如圖（b），此時(shí)A、B巖塊不能形成三鉸拱平衡。A、B巖塊回轉(zhuǎn)，經(jīng)過(guò)圖（b）、（c）到（d）又重現(xiàn)原砌體梁結(jié)構(gòu)。如此反復(fù)。老頂結(jié)構(gòu)“穩(wěn)定—失穩(wěn)—再穩(wěn)定”過(guò)程

隨著回采工作面的推進(jìn),上覆巖層的結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了“穩(wěn)定－失穩(wěn)－再穩(wěn)定”的過(guò)程，這種變化將呈現(xiàn)周而復(fù)始的過(guò)程。由于A巖塊的回轉(zhuǎn)，必然導(dǎo)致工作面頂板的不斷下沉。從管理頂板出發(fā)，支架性能必須與之相適應(yīng)。支架應(yīng)具備：①一定的可縮量;②一定的工作阻力：P＝QA＋B－T·tan(ψ-θ)。對(duì)于冒落帶巖層，T＝0，P＝QA+B,即支柱阻力能承受控頂區(qū)全部巖層重量。

隨著回采工作面的推進(jìn)，在老頂初次來(lái)壓以后，裂隙帶巖層形成的結(jié)構(gòu)將始終經(jīng)歷“穩(wěn)定—失穩(wěn)—再穩(wěn)定”周而復(fù)始的變化過(guò)程。老頂巖層的周期性破斷而引起“砌體梁”結(jié)構(gòu)的周期性失穩(wěn)而引起的頂板來(lái)壓現(xiàn)象稱為采場(chǎng)周期來(lái)壓。周期來(lái)壓的主要表現(xiàn)形式是：頂板下沉速度急劇增加，頂板的下沉量變大；支柱載荷普遍增加；有時(shí)還可能引起煤壁片幫、頂板臺(tái)階下沉、支柱折損，甚至工作面冒頂事故。老頂周期來(lái)壓的力學(xué)模型

周期來(lái)壓時(shí)與初次來(lái)壓時(shí)一樣，支架必須保證足夠的支撐力以滿足∑Fy=0，但并不能阻止老頂巖塊的回轉(zhuǎn)。支架對(duì)老頂巖塊所具有的作用力P1應(yīng)為：3.2.2周期來(lái)壓的力學(xué)模型：3.2.3周期來(lái)壓步距：老頂?shù)闹芷趤?lái)壓步距可近似按老頂?shù)膽冶哿赫蹟鄟?lái)確定。

老頂周期來(lái)壓的力學(xué)模型3.2.4周期來(lái)壓期間頂板的控制：

直接頂傳遞老頂?shù)淖饔昧爸Ъ艿闹瘟?。因此，保證直接頂?shù)耐暾詫?duì)老頂?shù)目刂朴惺种匾囊饬x。但是，在老頂來(lái)壓期間。由于煤壁前方強(qiáng)大的支承壓力，使得直接頂在煤壁前方形成剪切破斷，不利于直接頂?shù)墓芾?。此外，?lái)壓大小與直接頂在采空區(qū)冒落矸石充滿采空區(qū)的程度直接相關(guān)。采空區(qū)冒落愈嚴(yán)實(shí)，老頂對(duì)工作面影響愈??；反之，則越大。老頂來(lái)壓時(shí)老頂控制不當(dāng)，將導(dǎo)致工作面的垮頂現(xiàn)象。3.2.5預(yù)防老頂來(lái)壓期間造成事故的主要措施：來(lái)壓的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。加強(qiáng)支護(hù)。工作面與開(kāi)切眼斜交，使老頂懸板呈梯形，讓工作面呈局部來(lái)壓。4影響采場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)的主要因素在一定地質(zhì)條件下，采高是影響上覆巖層破壞狀況的最重要因素之一。

在單一煤層或厚煤層第一分層開(kāi)采時(shí)，冒落帶與裂隙帶帶的總厚度與采高基本上成正比關(guān)系。采高越大，采出的空間越大，必然導(dǎo)致采場(chǎng)上覆巖層破壞嚴(yán)重。4.1采高與控頂距的影響

4.1.1采高對(duì)冒落帶、裂隙帶高度的影響4.1.2采高與控頂距對(duì)工作面頂板下沉的影響工作面開(kāi)采后上覆巖層的下沉曲線按負(fù)指數(shù)函數(shù)。采場(chǎng)支架的支撐力一般不能改變此曲線的性質(zhì)。因此從采場(chǎng)支護(hù)的“小結(jié)構(gòu)”必須與覆巖形成的“大結(jié)構(gòu)”相適應(yīng)的觀點(diǎn)出發(fā)，工作面頂板下沉量也將基本上遵循此規(guī)律。上覆巖層移動(dòng)實(shí)測(cè)曲線上覆巖層移動(dòng)與工作面空間頂板下沉的關(guān)系θ-煤壁支承區(qū)的影響角，L0-移動(dòng)曲線中由前最大曲率點(diǎn)到后最大曲率點(diǎn)的距離，L-控頂距，s0和sL-分別是L0和L范圍內(nèi)的巖層與頂板的下沉量?；夭晒ぷ髅娴捻敯逑鲁亮颗c采高、控頂距大小成正比。

據(jù)我國(guó)50個(gè)工作面統(tǒng)計(jì)，離煤壁4m處的頂板下沉量一般相當(dāng)于采高的10%~20%，即下沉系數(shù)=0.025~0.05。

采用充填法處理采空區(qū)，回采工作面頂板下沉量要比垮落法為小。根據(jù)實(shí)際統(tǒng)計(jì)，充填面控頂距為4m處的頂板下沉量?jī)H為采高的4%~5%，即下沉系數(shù)=0.01左右。4.1.3采高對(duì)工作面煤壁穩(wěn)定性的影響

采高越大，回采工作面煤壁越不易穩(wěn)定，容易出現(xiàn)煤壁片幫等問(wèn)題。片幫會(huì)增加工作面支架頂梁與煤壁之間的頂板懸露面積，可能導(dǎo)致冒頂事故的發(fā)生。

我國(guó)《液壓支架設(shè)計(jì)規(guī)范》（MT/T556-1996)：采高大于2.5m時(shí)一般宜設(shè)護(hù)幫裝置。

4.2工作面推進(jìn)速度的影響頂板下沉量是時(shí)間的函數(shù)。

所以有人認(rèn)為：“既然頂板下沉量與時(shí)間有關(guān)，若加快推進(jìn)速度，縮短工作面每個(gè)循環(huán)的時(shí)間，必然可使頂板下沉量減少。這樣就能把頂板壓力甩掉”。這個(gè)想法對(duì)嗎？落煤、放頂時(shí)頂板下沉劇烈；平時(shí)頂板下沉較平緩。放頂影響范圍向上20m，向下10m；劇烈影響向上10m，向下5m

。放頂對(duì)頂板下沉的影響A——傾斜向上；B——傾斜向下。放炮影響范圍沿工作面傾斜上下15m，劇烈影響上下5m。放炮對(duì)工作面頂板下沉速度的影響1—放炮經(jīng)過(guò)測(cè)點(diǎn)；2—測(cè)點(diǎn)下4m處放炮；3—測(cè)點(diǎn)下10m處放炮。落煤后，增大了回采工作面的控頂距,因而破壞了煤壁前方的應(yīng)力平衡，使支承壓力產(chǎn)生一個(gè)向煤壁深處移動(dòng)的過(guò)程，同時(shí)使得老頂破斷巖塊進(jìn)一步回轉(zhuǎn)，從而引起工作面頂板下沉加劇。

放頂后，老頂巖層形成的結(jié)構(gòu)本來(lái)由“煤壁－工作面支架－采空區(qū)已冒落的矸石”支撐體系所支撐.放頂過(guò)程就是撤除了靠近采空區(qū)一側(cè)的支架支撐力,導(dǎo)致“支架-圍巖”的力學(xué)系統(tǒng)發(fā)生變化，這種變化將使頂板下沉量急劇增加。

落煤與放頂工序?qū)敯逑鲁恋挠绊?，?shí)質(zhì)上是開(kāi)采后老頂“砌體梁”結(jié)構(gòu)在其前后支承壓力不斷推移過(guò)程中對(duì)工作面頂板所帶來(lái)的影響。加快工作面推進(jìn)速度只是縮短了落煤與放頂這兩個(gè)主要生產(chǎn)過(guò)程的時(shí)間間隔,只能消除一部分平時(shí)的下沉量,但絕不能消除因落煤和放頂所造成的下沉量。所以,只有在原先的工作面推進(jìn)速度比較緩慢的條件下，加快工作面推進(jìn)速度才會(huì)對(duì)工作面頂板狀態(tài)有所改善。當(dāng)工作面推進(jìn)速度提高到一定程度后，頂板下沉量的變化將逐漸減小。因而想把頂板壓力“甩掉”的企圖實(shí)際上是不能實(shí)現(xiàn)的。4.3開(kāi)采深度的影響開(kāi)采深度影響原巖應(yīng)力和支承壓力值。開(kāi)采深度對(duì)礦山壓力具有絕對(duì)的影響，但對(duì)礦山壓力顯現(xiàn)的影響則不盡相同。開(kāi)采深度對(duì)巷道礦壓、沖擊地壓影響顯著。

據(jù)德國(guó)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)開(kāi)采深度>1400m時(shí)，巷道圍巖的變形與支架上承受的壓力都將增加，估計(jì)有30％的巷道不能采用現(xiàn)有的維護(hù)方法。巖層受重力變形所積聚的能量與深度的平方成正比。因此，對(duì)有沖擊礦壓危險(xiǎn)的礦井，隨著深度的增加，發(fā)生沖擊礦壓的次數(shù)與強(qiáng)度都將顯著增加。開(kāi)采深度對(duì)采場(chǎng)頂板壓力大小的影響并不突出，因而對(duì)礦山壓力顯現(xiàn)的影響也不明顯，尤其是對(duì)頂板下沉量的影響。在目前的開(kāi)采深度條件下，實(shí)際測(cè)定表明，采場(chǎng)頂板下沉量與采深之間并無(wú)直接關(guān)系。

支架所受載荷的大小，與裂隙帶形成“結(jié)構(gòu)”的條件有關(guān)，因而主要應(yīng)視煤層采高、直接頂和老頂?shù)牧W(xué)性質(zhì)、厚度等因素而定。

隨著采深進(jìn)一步增加，支承壓力必然增加，從而導(dǎo)致煤壁片幫及底板鼓起的幾率增加，由此也可能導(dǎo)致支架載荷增加。4.4煤層傾角的影響

（1）隨著煤層傾角增大，頂板下沉量將逐漸變小。如圖，傾斜煤層上覆巖層的重量W分解為垂直壓力、切向壓力二個(gè)分量。煤層傾角增大，必然使沿巖層面的切向滑移力Wsinα(即Q2)增大，而使作用于層面的垂直壓力Wcosα(即Q1)減小，所以頂板下沉量變小。

（2）煤層傾角增加到一定程度可能導(dǎo)致冒落矸石沿底板滑移，從而改變上覆巖層的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

冒落帶、裂隙帶不對(duì)稱，兩帶在采場(chǎng)上部大、下部小。傾角達(dá)到80甚至出現(xiàn)底板破壞滑移。冒落矸石滑移還與h/M比值有關(guān)。1—裂隙帶；2—冒落帶。由于冒落巖塊滑移，使采空區(qū)下部充填較滿，而上部卻形成冒空。這樣必然使采場(chǎng)支架受力不均勻。（3）傾斜長(zhǎng)壁工作面上覆巖層更易形成“結(jié)構(gòu)”。

當(dāng)厚煤層用傾斜分層開(kāi)采時(shí)，可采用全部垮落法自上而下逐層回采。顯然，開(kāi)采第一分層時(shí)，礦山壓力顯現(xiàn)于普通單一中厚煤層開(kāi)采沒(méi)有任何區(qū)別。但是，當(dāng)回采以下各分層時(shí)，工作面頂板就變成了第一分層回采時(shí)冒落得巖塊。破碎的頂板必然給頂板管理工作帶來(lái)新的困難。

目前為防止下分層開(kāi)采頂板破碎巖塊塌落，一般在上分層開(kāi)采時(shí)在采空區(qū)側(cè)鋪金屬底網(wǎng)，甚至灌注適當(dāng)?shù)狞S泥漿等，使冒落矸石頂板在上覆巖層重量的壓力下，重新結(jié)成一個(gè)整體頂板（叫再生頂板、人工假定）。4.5分層開(kāi)采時(shí)的礦山壓力顯現(xiàn)（1）下分層開(kāi)采老頂來(lái)壓步距較小、強(qiáng)度較低。某礦工作面老頂來(lái)壓步距實(shí)測(cè)值（2）下分層支架載荷變小。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，無(wú)論采用液壓支架還是單體支柱，第二分層采場(chǎng)支架載荷要比第一分層小，有時(shí)可低40%。

其原因首先是回采第一分層時(shí)，頂板來(lái)壓表現(xiàn)的“動(dòng)載荷”(即老頂折斷時(shí)對(duì)支柱形成的載荷)較大，而在第二分層則主要表現(xiàn)為“靜載荷’。其次，在第一分層回采時(shí)，“支架—圍巖”系統(tǒng)形成的剛度要比以下各分層大。

（3）下分層頂板下沉量變大?；夭晒ぷ髅妫ú蓤?chǎng)）是地下移動(dòng)著的工作空間。為了保證安全生產(chǎn)，必須對(duì)采場(chǎng)頂板進(jìn)行支護(hù)。直接頂板是回采工作面支護(hù)直接作用的對(duì)象，直接頂?shù)暮脡膶?duì)生產(chǎn)與安全有直接影響，而直接頂?shù)耐暾杂质艿嚼享斊胶馓卣鞯挠绊?，例如工作面的初次?lái)壓與周期來(lái)壓都是老頂?shù)幕顒?dòng)而形成的。從一定意義上講，控制采場(chǎng)礦山壓力顯現(xiàn)主要是控制老頂?shù)幕顒?dòng)規(guī)律，使其不危及到工作面的安全。所以，采場(chǎng)支護(hù)的直接對(duì)象是直接頂巖層，通過(guò)直接頂間接地對(duì)老頂?shù)幕顒?dòng)起一定的控制作用。5.1采場(chǎng)頂板分類5采場(chǎng)頂板支護(hù)設(shè)計(jì)與控制采空區(qū)處理方法對(duì)老頂?shù)幕顒?dòng)有著明顯的影響，我國(guó)煤礦目前普遍采用的是全部垮落法管理頂板，在回采工作面從開(kāi)切眼回采一定寬度出現(xiàn)頂板破斷冒落以后，回采工作面便是處于一側(cè)是待采的煤壁，另一側(cè)是冒落破壞的采空區(qū)。為了選擇合適得液壓支架形式、單體支柱的支護(hù)方法、液壓支架支護(hù)強(qiáng)度、單體支柱的支護(hù)密度和采空區(qū)處理措施，以提高工作面的安全程度，減少頂板事故等，按照原煤炭工業(yè)部頒發(fā)了《緩傾斜煤層采煤工作面頂板分類》（MT554-1996）行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行工作面頂板管理。全部垮落法回采工作面采空區(qū)空間的演化過(guò)程回采工作面采空區(qū)處理方法回采工作面采空區(qū)常見(jiàn)處理方法a刀柱(留煤柱)；b頂板緩慢下沉法；c充填法

；d全部垮落法直接頂分類指標(biāo)及參考要素老頂（基本頂）分級(jí)指標(biāo)老頂分級(jí)IIIIIIIV老頂來(lái)壓顯現(xiàn)不明顯明顯強(qiáng)烈非常強(qiáng)烈IVaIVb分級(jí)指標(biāo)pe895895<pe975975<pe10751075<pe1145pe>11455.2采場(chǎng)頂板控制頂板控制的目標(biāo)：能最大限度地消除壓、漏、推冒頂隱患，防止發(fā)生各種類型的冒頂事故。能保持頂板移近量、臺(tái)階下沉量以及端面冒高等頂板狀態(tài)參數(shù)在一定限度之內(nèi)，保證頂板處于良好狀態(tài)。所需的費(fèi)用最少。頂板種類直接頂厚度與采高之比附加條件直接頂上覆巖層特征ⅠⅡⅡa老頂?shù)目迓鋷Б騜老頂?shù)牧严稁Б騝厚層難冒巖層Ⅲ非厚層難冒巖層采用垮落法控制頂板時(shí)，根據(jù)直接頂厚度與采高之比及直接頂上覆巖層破壞特征的不同可將緩斜、中斜煤層頂板分為下表所示的幾種情況。5.2.1單體液壓支柱工作面的頂板控制原則單體液壓支柱工作面的頂板控制原則：對(duì)垮落帶巖層采取“支”的原則。對(duì)裂隙帶巖層采取“讓”的原則。當(dāng)直接頂厚度不足1倍采高，尤其是煤層上面直接就是厚度不大的老頂時(shí)，可用“切”的原則切斷采空區(qū)上方老頂。當(dāng)直接頂厚度不足1倍采高時(shí)，可用“挑”的原則挑落1倍采高頂板。不論那一種頂板，都要針對(duì)直接頂?shù)姆€(wěn)定性考慮“護(hù)”的問(wèn)題。不論那一種頂板，如果是復(fù)合頂板，應(yīng)使支柱的初撐力本身就能防推。支護(hù)參數(shù)應(yīng)保證頂板處于良好狀態(tài)。一般情況下，應(yīng)保持工作面控頂范圍內(nèi)頂?shù)装逡平棵棵撞筛卟淮笥?00mm，頂板不出現(xiàn)臺(tái)階下沉，端面冒高不大于200mm。綜采工作面的頂板控制問(wèn)題突出地表現(xiàn)在支架與圍巖的適應(yīng)性上，當(dāng)適應(yīng)性好時(shí)，頂板事故率低，工作面高產(chǎn)、高效。適應(yīng)性主要表現(xiàn)在以下三方面：液壓支架的架型及主要參數(shù)。支架在煤層特殊賦存條件下的適應(yīng)性。工作面處于特殊地點(diǎn)及時(shí)期的控頂技術(shù)。

5.2.2綜采工作面液壓支架控制設(shè)計(jì)

液壓支架選型不僅包括支架的架型及額定工作阻力，支護(hù)強(qiáng)度等參數(shù)，而且涉及頂梁、護(hù)幫、底座、側(cè)推及閥組等主要部件的選型及其參數(shù)的決定。

液壓自移支架的選型順序

目前液壓支架的選型有兩種方法：系統(tǒng)分析比較法及綜合評(píng)分法。

對(duì)液壓支架設(shè)計(jì)使用起決定作用的力學(xué)參數(shù)是工作阻力和初撐力。

決定支架合理工作阻力的方法主要有：載荷估算法、實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)法及理論分析法等。載荷估算方法：

式中，、、分別為第層直接頂?shù)暮穸?、懸頂距及容重。圖8支架受力圖支架受力圖實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)法：支架的時(shí)間加權(quán)平均工作阻力在每一循環(huán)是不同的，它是一個(gè)隨機(jī)變量。據(jù)一些工作面的統(tǒng)計(jì)，它服從正態(tài)分布，故支架合理工作阻力P可用下式表示：式中—標(biāo)準(zhǔn)均方差，kN；—置信度系數(shù)。若允許有3％的支架時(shí)間加權(quán)平均阻力大于額定工作阻力而使安全閥開(kāi)啟，則k值約為2,故上式為：若以支架最大工作阻力Pm作為統(tǒng)計(jì)值，則k可取為1～1.3，支架合理工作阻力P為：5.3采場(chǎng)頂板事故的預(yù)防5.3.1

采場(chǎng)頂板事故分類壓垮型冒頂老頂來(lái)壓時(shí)的壓垮型冒頂厚層難垮頂板大面積冒頂漏冒型冒頂大面積漏垮型冒頂局部漏冒型冒頂大面積漏垮型冒頂局部漏冒型冒頂靠煤幫附近的局部冒頂工作面兩端的局部冒頂放頂線及其附近的局部冒頂?shù)刭|(zhì)破壞帶附近的局部冒頂

推垮型冒頂復(fù)合頂板推垮型冒頂金屬網(wǎng)下推垮型冒頂復(fù)合頂板推垮型冒頂金屬網(wǎng)下推垮型冒頂大塊孤立頂板旋轉(zhuǎn)推垮型冒頂沖擊推垮型冒頂綜合類型冒頂5.3.2

采場(chǎng)頂板事故機(jī)理及預(yù)防壓垮型冒頂?shù)臋C(jī)理及預(yù)防老頂來(lái)壓時(shí)的壓垮型冒頂機(jī)理圖11老頂初次來(lái)壓a—老頂斷裂下沉；b—頂板臺(tái)階下沉圖老頂周期來(lái)壓a—老頂斷裂下沉；b—頂板臺(tái)階下沉老頂初次來(lái)壓a—老頂斷裂下沉；b—頂板臺(tái)階下沉預(yù)防措施：合理設(shè)計(jì)采場(chǎng)支護(hù)，使支護(hù)具有足夠的支撐力和可縮量，當(dāng)老頂來(lái)壓比較強(qiáng)烈時(shí)，要選用可縮量較大的支柱，有時(shí)要選用具有大流量安全閥的支柱，并加強(qiáng)后排支柱的支撐強(qiáng)度。要進(jìn)行頂板斷層情況的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。頂板大面積懸露后，因彎曲應(yīng)力超過(guò)其強(qiáng)度導(dǎo)致頂板巖層斷裂并大面積垮落頂板大面積懸露后，采空區(qū)周邊煤柱上方巖層內(nèi)的剪應(yīng)力超過(guò)其極限強(qiáng)度，導(dǎo)致頂板巖層大面積冒厚層難垮頂板大面積冒頂預(yù)防措施采用煤柱支撐法(即刀柱采煤法)時(shí)，如果煤柱上方頂板需懸露大面積才垮落(煤柱上方頂板，視其巖性、分層厚度及煤柱尺寸，有時(shí)能自行沉落)，則應(yīng)在刀柱之間的采空區(qū)內(nèi)用鉆孔爆破法強(qiáng)制放頂。厚層難垮頂板大面積冒頂機(jī)理采用長(zhǎng)壁法采煤時(shí)，或超前工作面用鉆孔爆破法、高壓注水法預(yù)先松動(dòng)或弱化頂板，或在采空區(qū)用循環(huán)淺孔及步距式深孔法崩落頂板。漏冒型冒頂?shù)臋C(jī)理及預(yù)防靠煤幫附近的漏冒工作面兩端的漏冒放頂線附近的漏冒地質(zhì)破壞帶附近的漏冒

局部漏冒型冒頂圖13工作面漏垮示意圖θ－自然安息角；α－煤層傾角大面積漏垮型冒頂機(jī)理選用合適的支護(hù)，使工作面支護(hù)系統(tǒng)有足夠的支撐力和可縮量。頂板必須背嚴(yán)接實(shí)。嚴(yán)防放炮、移輸送機(jī)等工序推倒支架，防止出現(xiàn)局部冒頂。

大面積漏垮型冒頂機(jī)理及防治措施端面頂板冒頂?shù)姆乐卧瓌t鑒于端面距對(duì)直接頂穩(wěn)定性有決定性影響，因而在推移支架時(shí)應(yīng)盡可能縮小端面距，尤其在直接頂本身力學(xué)性質(zhì)較差時(shí)更應(yīng)注意端面距的控制。老頂?shù)淖冃闻c失穩(wěn)將直接影響端面頂板穩(wěn)定性，為此應(yīng)根據(jù)直接頂厚度與采高的比值N、直接頂本身的力學(xué)性質(zhì)選擇合適的架型。應(yīng)保證支架處于良好的工作狀態(tài)，尤其應(yīng)避免頂梁過(guò)分抬頭(不宜大于10°～15°)及過(guò)分低頭(不宜大于10°)的工作狀態(tài)。對(duì)于特別松軟的直接頂，在采用縮小端面距及改變支護(hù)參數(shù)均難于改變端面冒頂時(shí)，應(yīng)采取固化頂板以提高直接頂自身的抗冒能力。應(yīng)盡可能保證工作面具有較快的推進(jìn)速度對(duì)每一工作面可進(jìn)行實(shí)地觀測(cè)，而后根據(jù)統(tǒng)計(jì)規(guī)律分析所得的影響端面頂板冒落穩(wěn)定性指標(biāo)，對(duì)支護(hù)質(zhì)量與頂板動(dòng)態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。端面頂板冒落的影響因素及監(jiān)測(cè)內(nèi)容影響綜采面控頂效果的因素主要包括頂板條件、控頂技術(shù)和支護(hù)質(zhì)量。監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括頂板狀態(tài)、支架工況、工作面各生產(chǎn)環(huán)節(jié)等。4.4綜采工作面支護(hù)質(zhì)量監(jiān)測(cè)頂板支架管理水平：日進(jìn)度v，反映綜合管理水平老頂直接頂穩(wěn)定性片幫深度C支架阻力增量△P

巖塊單向抗壓強(qiáng)度Rc裂隙間距I分層厚度h初撐力P0：反映支架參數(shù)合理性和操作的完善程度時(shí)間加權(quán)阻力Pt：反映支架支撐力的發(fā)揮情況頂梁低、抬頭角：反映頂板狀態(tài)和平衡千斤頂操作情況接頂距a：反映操作質(zhì)量和頂板狀態(tài)梁端距b：反映移架是否到位頂梁傾向角：反映支架的自穩(wěn)性影響控頂效果的因素

監(jiān)測(cè)方法主要是在工作面布置監(jiān)測(cè)線，由數(shù)據(jù)自動(dòng)采集儀監(jiān)測(cè)支架支護(hù)質(zhì)量信息，人工取數(shù)進(jìn)行分析處理，或通過(guò)在線監(jiān)測(cè)方法將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)直接由井下傳輸?shù)降孛嬲{(diào)度室和各職能部門，監(jiān)測(cè)結(jié)果由分析軟件自動(dòng)分析處理，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)ChinaUniversityOfMiningAndTechnology6采場(chǎng)礦山壓力顯現(xiàn)規(guī)律實(shí)例6.1大采高采場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)規(guī)律實(shí)例6.1.1陽(yáng)泉一礦地質(zhì)特征

山西陽(yáng)泉煤業(yè)一礦位于山西省陽(yáng)泉境內(nèi)，地理位置優(yōu)越，交通便利。井田走向長(zhǎng)14.5km，傾斜長(zhǎng)9.8km，面積約83.6km2一礦屬高瓦斯礦井，井田地質(zhì)條件比較簡(jiǎn)單。

一礦海拔最低點(diǎn)位蒙村河床，標(biāo)高為605.3m，一般相對(duì)高差470m?？偟牡匦蔚孛蔡卣魇牵何鞅备邧|南低傾斜向下的地貌。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)ChinaUniversityOfMiningAndTechnologyS8310工作面可推進(jìn)長(zhǎng)度為1023m，傾斜長(zhǎng)度為220m。工作面工業(yè)儲(chǔ)量200.71萬(wàn)t，可采儲(chǔ)量186.66萬(wàn)t，煤種為WY3。該工作面內(nèi)15#煤層總厚度最大6.60m，最小6.35m，平均厚度6.51m，煤層傾角1~13°，平均6°，煤層賦存穩(wěn)定，構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單。煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜。S8310工作面直接頂厚度為12.25m，直接頂上方為11.3m厚的黑色泥巖，厚度較大，黑色致密，同時(shí)其運(yùn)動(dòng)空間較小，因此認(rèn)為基本頂為11.3m的黑色泥巖。工作面基本頂為11.3m的黑色泥巖。S8310工作面布置圖1號(hào)測(cè)區(qū)

根據(jù)S8310工作面液壓支架立柱、平衡千斤載荷的平均值，對(duì)工作面內(nèi)5個(gè)測(cè)區(qū)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，繪制出工作面支架壓力隨觀測(cè)時(shí)間的關(guān)系曲線，如圖所示：6.1.2陽(yáng)泉一礦現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)2號(hào)測(cè)區(qū)

根據(jù)以上圖分析可知，S8310工作面整面支架立柱工作阻力在10.44~36.46MPa之間，當(dāng)支架達(dá)到平均額定工作阻力12000kN時(shí)，液壓支架載荷約為43.3MPa，初撐力為10548kN（37.5MPa）。

根據(jù)工作面5個(gè)測(cè)區(qū)中工作面支架載荷實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和相關(guān)圖形變化曲線可知，在2013年12月3日~2013年12月10日期間S8310工作面各測(cè)區(qū)內(nèi)支架工阻力值普遍都出現(xiàn)增大的趨勢(shì)，其中3號(hào)測(cè)區(qū)支架平均工作阻力達(dá)到28.3MPa，在12月3日工作面推進(jìn)到9.4m時(shí)，直接頂黑色泥巖出現(xiàn)局部面積的初次垮落，進(jìn)而造成工作面支架工作阻力的普遍增大。6.1.3陽(yáng)泉一礦實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析

綜上分析可知，直接頂黑色泥巖的垮落步距在9.4~11.3m，直接頂垮落期間將導(dǎo)致支架工作阻力的普遍增大；基本頂初次來(lái)壓極限垮落步距為31.9m左右，周期破斷垮落步距在12.3~15.5m之間。截至2014年1月6日八點(diǎn)班工作面各測(cè)區(qū)內(nèi)支架工作阻力值又普遍呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，即工作面正處于第三次周期來(lái)壓階段。S8310工作面周期來(lái)壓步距平均為13.5m，平均動(dòng)載系數(shù)為1.25，動(dòng)載系數(shù)較小，且無(wú)沖擊載荷，說(shuō)明基本頂?shù)氖Х€(wěn)對(duì)工作面影響程度較弱。這是由于大采高工作面頂板變形位移大，部分原來(lái)的基本頂變?yōu)橹苯禹?，隨支架前移及時(shí)垮落，垮落頂板的墊層加厚，使動(dòng)載系數(shù)減小，且無(wú)沖擊性。

利用現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)針對(duì)大采高綜采工作面采場(chǎng)頂板巖層的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和采場(chǎng)壓力顯現(xiàn)規(guī)律有其特殊性的特點(diǎn),得出大采高綜采工作面礦壓顯現(xiàn)特征結(jié)論如下:采場(chǎng)支架載荷大,較普通綜采面高10一30%。這是由于大采高工作面支架需控制的頂板巖層層位高。來(lái)壓時(shí)動(dòng)載系數(shù)小,且無(wú)沖擊載荷。這是由于大采高工作面直接頂垮落空間大,頂板變形位移增大,部分原來(lái)的基本頂變?yōu)橹苯禹?垮落頂板的墊層加厚,使動(dòng)載系數(shù)減小,且無(wú)沖擊性。6.1.4陽(yáng)泉一礦大采高礦壓顯現(xiàn)規(guī)律總結(jié)基本頂來(lái)壓明顯,但不強(qiáng)烈。這是因?yàn)榛卷攷r層的破斷步距不因采高的增大而變化,但因下位頂板及時(shí)垮落,研石墊層加厚而造成來(lái)壓減弱。工作面周期來(lái)壓期間支架載荷及動(dòng)載系數(shù)大于初次來(lái)壓期間支架載荷及動(dòng)載系數(shù)。這是由于在大采高條件下,基本頂厚度相對(duì)較薄時(shí),承受上覆巖層的壓力弱,隨著工作面推進(jìn),基本頂層位必然上升,造成周期來(lái)壓期間支架載荷較初次來(lái)壓大。采場(chǎng)支架載荷以靜載為主。這是由于支架初撐力和工作阻力呈線性關(guān)系,在靜載作用下,支架的初撐力愈高,控制的頂板層位愈高,支架末阻力愈高,是正比線性關(guān)系,若是動(dòng)載作用下,支架的初撐力超過(guò)其臨界初撐力后,由于基本頂結(jié)構(gòu)被支架初撐力所控制,故不可能失穩(wěn),基本頂基本處于平衡狀態(tài),隨著初撐力的增大,支架阻力增長(zhǎng)緩慢,也就是說(shuō)基本頂通過(guò)自身平衡減緩了支架載荷的增加,故為對(duì)數(shù)關(guān)系。支架降阻式運(yùn)行特性多,占10%以上。說(shuō)明在大采高條件下,對(duì)支架穩(wěn)定性、支架操作及支護(hù)強(qiáng)度等的要求高。

郭家河井田設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力5Mt/a，井田東西長(zhǎng)約14.8km，南北寬約8.4km，面積94.72km2，呈不規(guī)則矩形。全井田煤炭資源量為73447萬(wàn)t，其中先期開(kāi)采地段29656萬(wàn)t，可滿足5Mt/a礦井33a。3煤層為大部可采，為主要可采煤層。3煤層為厚煤層，厚度1.20～27.75m，平均厚度12.80m。煤層傾角較緩，一般為6°以下，部分煤層傾角為6～12°，局部煤層傾角達(dá)到16°。煤層埋藏深度為410～810m。3號(hào)煤層1301試采綜放工作面屬該礦I盤區(qū)，1301試采綜放工作面走向長(zhǎng)度947m，工作面傾向長(zhǎng)度為235m，回采面積約為222545m2。工作面標(biāo)高為+695～+825m，均厚度10.4米，煤層傾角3～18°，平均10°。6.2綜放采場(chǎng)礦山壓力顯現(xiàn)規(guī)律實(shí)例6.2.1郭家河地質(zhì)概況郭家河工作面布置圖6.2.2郭家河現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)1301試采綜放工作面內(nèi)液壓支架阻力數(shù)據(jù)的連續(xù)觀測(cè)和記錄，并通過(guò)收集數(shù)據(jù)的整理和分析。在1301試采綜放工作面正?；夭善陂g，根據(jù)每次液壓支架阻力讀數(shù)的變化，繪制出了工作面內(nèi)每個(gè)測(cè)站和整個(gè)工作面內(nèi)液壓支架的平均循環(huán)載荷P隨著1301試采綜放工作面的不斷推進(jìn)，與距離開(kāi)切眼煤壁L對(duì)應(yīng)的變化曲線，如下圖所示，從而研究分析3號(hào)特厚不穩(wěn)定煤層1301試采綜放工作面正?；夭善陂g頂板的來(lái)壓規(guī)律。

根據(jù)以上1301試采綜放工作面正常回采期間相關(guān)的變化曲線分析得出，郭家河礦3號(hào)特厚不穩(wěn)定煤層1301試采綜放工作面在觀測(cè)期間內(nèi)液壓支架總共經(jīng)歷了周期來(lái)壓4次。當(dāng)1301試采綜放工作面推進(jìn)距離為6.4m左右的時(shí)候，下部區(qū)域測(cè)站和中部區(qū)域測(cè)站內(nèi)液壓支架經(jīng)歷了基本頂?shù)牡谝淮沃芷趤?lái)壓峰值，其來(lái)壓的影響范圍為2.8m左右；上部區(qū)域測(cè)站內(nèi)液壓支架推進(jìn)到距離為9.6m的時(shí)侯，液壓支架經(jīng)歷第一次周期來(lái)壓的峰值，基本頂來(lái)壓時(shí)影響范圍的約為2.9m左右，由此可以得出1301試采綜放工作面經(jīng)歷一次周期來(lái)壓時(shí)，支架載荷均值為25.4Mpa，動(dòng)載系數(shù)1.12，來(lái)壓的影響范圍約為2.8m左右。6.2.3郭家河實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析

當(dāng)1301試采綜放工作面推進(jìn)到距離56.8m左右的時(shí)侯，下部區(qū)域測(cè)站和中部區(qū)域測(cè)站內(nèi)液壓支架經(jīng)歷了基本頂?shù)牡谒拇沃芷趤?lái)壓峰值，影響范圍為2.9m左右；上部區(qū)域測(cè)站內(nèi)液壓支架推進(jìn)到距離為60.0m的時(shí)侯，液壓支架經(jīng)歷第四次周期來(lái)壓的峰值，基本頂來(lái)壓時(shí)影響范圍的約為2.3m左右，由此可以得出1301試采綜放工作面經(jīng)歷的第四次周期來(lái)壓步距約為17.6m左右，支架載荷均值為20.3Mpa，動(dòng)載系數(shù)1.32，來(lái)壓時(shí)的影響范圍約為3.1m左右。根據(jù)以上對(duì)1301試采綜放工作面基本頂來(lái)壓相關(guān)數(shù)據(jù)的整理和分析，結(jié)果見(jiàn)下表所示。1301試采綜放工作面基本頂來(lái)壓規(guī)律分析表隨工作面推進(jìn)液壓支架俯角變化曲線

1301試采綜放工作面液壓支架的載荷數(shù)值總體不大，并且液壓支架的動(dòng)載系數(shù)約在1.23左右，液壓支架的動(dòng)載系數(shù)過(guò)小，使得綜放工作面液壓支架的載荷發(fā)生變化時(shí)不易被觀測(cè)，而且這也可以說(shuō)明工作面基本頂?shù)氖Х€(wěn)對(duì)綜放工作面的影響在逐漸減弱?，F(xiàn)場(chǎng)隨著1301試采綜放工作面不斷推進(jìn)，基本頂呈現(xiàn)周期性的來(lái)壓，頂煤受工作面內(nèi)液壓支架的反復(fù)支撐和擠壓，加之受上覆巖層破斷下沉后的壓力作用，致使頂煤破碎較充分，從而在1301試采綜放工作面正?；夭善陂g，頂部煤層被放出較為充分。在非來(lái)壓期間，1301試采綜放工作面煤壁和頂板比較穩(wěn)定。

在基本頂周期來(lái)壓期間，老頂來(lái)壓時(shí)煤壁片幫和頂板破碎較為嚴(yán)重，加之受煤層厚度、傾角變化等因素的影響，致使綜放工作面礦壓顯現(xiàn)比較強(qiáng)烈，伴隨著綜放工作面煤壁出現(xiàn)局部的片幫并伴有劇烈的破裂聲，支架的安全閥先后打開(kāi)，而且1301試采綜放工作面內(nèi)液壓支架的壓力數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出急劇增大的現(xiàn)象，液壓支架上方出現(xiàn)大量的淋水等礦壓顯現(xiàn)現(xiàn)象。

根據(jù)3號(hào)煤層1301試采綜放工作面的實(shí)際開(kāi)采條件，工作面從500m處向前推進(jìn)時(shí)為俯斜開(kāi)采，隨著工作面推進(jìn)到6～25m左右時(shí)，煤層的厚度和傾角都逐漸增大，工作面頂板上覆巖層和煤層呈現(xiàn)出現(xiàn)“凸”狀。當(dāng)工作面基本頂破斷后，破斷后的巖塊之間不能形成相互鉸接的結(jié)構(gòu)，致使工作面基本頂破斷后滑落失穩(wěn)，使第一次周期來(lái)壓步距偏小。

當(dāng)1301試采綜放工作面推進(jìn)到20～42m時(shí)，3號(hào)煤層的厚度和傾角呈現(xiàn)出逐漸減小狀態(tài)，工作面頂板上覆巖層和煤層呈現(xiàn)“凹”狀。當(dāng)工作面基本頂破斷后，破斷的巖塊之間由于形成了鉸接結(jié)構(gòu)而保持相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，從而稍微延緩了工作面基本頂破斷和冒落的來(lái)壓步距，進(jìn)而致使周期來(lái)壓步距稍大，1301試采綜放工作面經(jīng)歷的第二次周期來(lái)壓步距約18.1m左右；當(dāng)工作面推進(jìn)至40～70m時(shí)，3號(hào)煤層的厚度和傾角呈現(xiàn)逐漸增大的狀態(tài)，工作面頂板上覆巖層和煤層呈現(xiàn)“凸”狀，使工作面基本頂更容易破斷回轉(zhuǎn)并失穩(wěn)，而且受3號(hào)煤層厚度和傾角變化的影響，致使來(lái)壓步距進(jìn)一步減小，1301試采綜放工作面基本頂?shù)谌沃芷趤?lái)壓步距約14.7m左右。

由此可以看出，麟北煤田郭家河礦區(qū)1301試采綜放工作面在正常回采期間，工作面基本頂?shù)钠茢嗪兔奥涫?號(hào)煤層厚度和傾角變化的影響，致使破斷巖塊反復(fù)的形成鉸接結(jié)構(gòu)和失穩(wěn)，對(duì)工作面基本頂?shù)钠茢嗪兔奥洳骄喈a(chǎn)生一定程度的影響，從而導(dǎo)致1301試采綜放工作面的基本頂來(lái)壓步距呈現(xiàn)一定范圍內(nèi)變化，在來(lái)壓期間綜放工作面礦壓顯現(xiàn)劇烈。

利用現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)針對(duì)綜合放頂煤工作面采場(chǎng)頂板巖層的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和采場(chǎng)壓力顯現(xiàn)規(guī)律有其特殊性的特點(diǎn),得出綜放工作面礦壓顯現(xiàn)特征結(jié)論如下:

綜放面來(lái)壓強(qiáng)度緩和、周期來(lái)壓不明顯、來(lái)壓步距減小、動(dòng)載系數(shù)不大;綜放面支架載荷不大,支架受載并不因開(kāi)采煤厚的增加而加大,反而減小:支架前柱工作阻力普遍大于后柱工作阻力,一般高10%-15%,支架后柱在放煤后有相當(dāng)比例呈阻力下降,甚至降為零。工作阻力較小,初次來(lái)壓步距有所增加,周期來(lái)壓步距與分層炮采工作面的來(lái)壓步距相當(dāng),礦壓顯現(xiàn)不明顯。6.2.4郭家河綜放采場(chǎng)壓顯現(xiàn)規(guī)律總結(jié)破碎度與生產(chǎn)工序和工作面推進(jìn)度有關(guān),推進(jìn)度大時(shí),工作面頂板破碎度測(cè)氏。片幫與漏頂往往與周期來(lái)壓的時(shí)間吻合,說(shuō)明周期來(lái)壓不明顯,但對(duì)工作面現(xiàn)場(chǎng)管理有較大的影響。煤壁片幫和架前冒頂與回采工藝有較大的相關(guān)性,加快推進(jìn)速度是減少煤壁片幫的有效手段。

常村礦S5-5綜放工作面，是S5采區(qū)第一個(gè)回采工作面，S5-5工作面地面位置位于王莊南部，張家莊村東部。地面標(biāo)高為926.5～937.3m，工作面底板標(biāo)高為518～564.6m，埋藏深度為327.2～419.3m。該工作面北接S5回風(fēng)下山，東臨S5-3綜放工作面（未布置），西鄰S5-6工作面（未布置），南至KF22斷層防隔水煤柱邊界?；夭珊髮⒃斐晒ぷ髅嫔喜康孛娓厮?。

工作面采用走向長(zhǎng)壁后退式、一次采全高、開(kāi)后窗低位放頂煤、全部垮落的綜合機(jī)械化采煤方法。工作面采高為采高3.2m，放頂煤高度為2.88m，采放比為1.11。循環(huán)進(jìn)尺0.8m，循環(huán)產(chǎn)量1609.1t；日推進(jìn)4m，日產(chǎn)量8045.5t。

6.3.1常村煤礦地質(zhì)概況6.3大采高綜放采場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)規(guī)律實(shí)例

放煤工藝采用一刀一放，多輪順序不等量的作業(yè)方式。初采10m（過(guò)切眼）不放頂煤。過(guò)切眼后可逐步調(diào)整放煤量，待頂煤全部壓在尾梁上時(shí)，方可正常放煤，放煤步距0.8m。放煤做到隔架見(jiàn)矸即止。

采用端部割三角煤的斜切進(jìn)刀方式，采煤工序?yàn)椋焊蠲骸⒀b運(yùn)煤→移架→推前溜→放頂煤→拖后溜，當(dāng)工作面局部地段出現(xiàn)頂板破碎，片幫達(dá)到（超過(guò)）循環(huán)進(jìn)度時(shí)采煤工序?yàn)椋和虾罅铩萍堋蠲?、裝運(yùn)煤（掃底煤）→推前溜→放頂煤。

工作面推進(jìn)20m后，工作面上下兩端頭的液壓支架承載情況依然處于初撐階段，支架內(nèi)加權(quán)阻力曲線值30MPa左右；工作面中部的液壓支架明顯有了增阻變化，說(shuō)明工作面采空區(qū)上方部一直懸露的頂板中“O-X”形裂隙開(kāi)始發(fā)育并造成液壓支架工作阻力增加，工作面中間局部來(lái)壓，這就是工作面初次來(lái)壓。6.3.2常村煤礦現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)90號(hào)支架工作阻力隨工作面推進(jìn)的變化150號(hào)支架工作阻力隨工作面推進(jìn)的變化

在工作面推進(jìn)至大約35m時(shí)，工作面煤壁呈現(xiàn)片幫、頂板多處冒落及淋水較大的現(xiàn)象，基本頂大面積垮落，可以確定工作面基本頂初次來(lái)壓，初次來(lái)壓步距約為35m，基本頂初次來(lái)壓持續(xù)時(shí)間較短，強(qiáng)度較大。工作面初次來(lái)壓期間30號(hào)、75號(hào)、135號(hào)支架原始?jí)毫εc工作阻力變化曲線如圖所示。30號(hào)液壓支架的支護(hù)阻力隨工作面推進(jìn)的變化規(guī)律75號(hào)液壓支架的支護(hù)阻力隨工作面推進(jìn)的變化規(guī)律135號(hào)液壓支架的支護(hù)阻力隨工作面推進(jìn)的變化規(guī)律

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，當(dāng)S5-5工作面推進(jìn)至35m左右時(shí)，隨著工作面后方采空區(qū)的巖石破斷，支架上方淋水，煤壁局部片幫并伴有破裂的聲音，工作面中部支架壓力數(shù)據(jù)突然急劇增大，液壓支架的安全閥先后打開(kāi)。因此可以判斷此時(shí)工作面來(lái)壓?；卷斠呀?jīng)開(kāi)始垮落，主要發(fā)生在工作面中部。當(dāng)工作面推進(jìn)至約40m時(shí)，兩端基本頂開(kāi)始垮落，伴隨有前述來(lái)壓預(yù)兆，兩端頭也開(kāi)始來(lái)壓，工作面開(kāi)始大面積來(lái)壓，由此可確定S5-5工作面初次來(lái)壓步距為40m左右。工作面中部初次來(lái)壓超前兩端來(lái)壓1～2d，但端頭來(lái)壓持續(xù)時(shí)間比工作面中部持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。初次來(lái)壓期間礦壓顯現(xiàn)較為明顯，支架最大工作阻力6990kN，占額定工作阻力的99.86%。

工作面推進(jìn)至約58m時(shí)，工作面煤壁呈現(xiàn)片幫，中部頂板多處淋水，底板積水較多，工作面大面積來(lái)壓，且呈現(xiàn)出中間大、兩端小的特點(diǎn)?？梢源_定是工作面第一次周期來(lái)壓，來(lái)壓步距約18m，周期來(lái)壓持續(xù)時(shí)間較短，強(qiáng)度較初次來(lái)壓小。工作面第一次周期來(lái)壓期間30號(hào)、75號(hào)、135號(hào)支架工作阻力變化曲線。

由圖可知，第一次周期來(lái)壓支架工作阻力與初次來(lái)壓時(shí)強(qiáng)度相當(dāng)，局部區(qū)域礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)烈，工作面老頂周期來(lái)壓的動(dòng)力現(xiàn)象很明顯，具體表現(xiàn)為伴隨支架上方一聲悶響，多架液壓支架安全閥同時(shí)開(kāi)啟。30號(hào)液壓支架的支護(hù)阻力隨工作面推進(jìn)的變化規(guī)律75號(hào)液壓支架的支護(hù)阻力隨工作面推進(jìn)的變化規(guī)律135號(hào)液壓支架的支護(hù)阻力隨工作面推進(jìn)的變化規(guī)律

在工作面推進(jìn)至約78m時(shí)，工作面呈現(xiàn)大面積來(lái)壓現(xiàn)象。比較明顯的現(xiàn)象主要有：21號(hào)~24號(hào)架處煤壁上方頂板淋水嚴(yán)重；33號(hào)~44號(hào)處煤壁大面積片幫；52號(hào)~56號(hào)架煤壁片幫特別嚴(yán)重，刮板機(jī)上堆滿冒落的大塊煤與頂板巖石；57號(hào)~79號(hào)架處煤壁上方頂板淋水，但不是太大；62號(hào)~76號(hào)架煤壁片幫嚴(yán)重，大塊冒落的煤與有巖石堆滿支架通道；88號(hào)~104號(hào)架處刮板機(jī)機(jī)道中積水嚴(yán)重；119號(hào)~143號(hào)架頂板冒落也很嚴(yán)重，大部分支架處于懸頂狀態(tài)；114號(hào)~160號(hào)架處煤壁片幫嚴(yán)重，采煤機(jī)上方堆滿了冒落的大塊的煤與巖石；工作面呈現(xiàn)大面積來(lái)壓態(tài)勢(shì)，這就是工作面第二次周期來(lái)壓。

根據(jù)第一次周期來(lái)壓以及推進(jìn)度，并結(jié)合第一次周期來(lái)壓以后支架工作阻力數(shù)據(jù)，可以確定工作面第二次周期來(lái)壓，其來(lái)壓步距約20m。本次周期來(lái)壓工作面煤壁片幫程度大，

也有所增大強(qiáng)度比第一次周期來(lái)壓強(qiáng)度大，來(lái)壓持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。工作面第二次周期來(lái)壓期間30號(hào)、75號(hào)、135號(hào)支架工作阻力變化曲線如圖3-25至3-27所示。由圖2-19至圖2-21可知，第二次周期來(lái)壓期間支架壓力顯現(xiàn)整體上較第一次周期來(lái)壓強(qiáng)烈，其。第二次周期來(lái)壓期間位于工作面中間的液壓表讀數(shù)最大值達(dá)到58.83MPa，非來(lái)壓期間支架工作阻力5825kN（36.22MPa），是額定工作阻力的66.01%。30號(hào)液壓支架初撐力與工作阻力曲線75號(hào)液壓支架初撐力與工作阻力曲線135號(hào)液壓支架初撐力與工作阻力曲線

通過(guò)對(duì)S5-5工作面支架支護(hù)阻力觀測(cè)，結(jié)合不同時(shí)期的來(lái)壓特征，分析來(lái)壓規(guī)律如下：在工作面割三角煤過(guò)程中，工作面上方煤層頂板初次垮落，然后工作面中部、下部順序垮落，平均垮落步距18m；工作面繼續(xù)推進(jìn)，頂板活動(dòng)又趨于激烈，有明顯頂板斷裂響聲，支架壓力明顯增大，頂板冒落度加大，這說(shuō)明基本頂開(kāi)始斷裂，根據(jù)工作面支架載荷觀測(cè)數(shù)據(jù)和曲線分析可知，工作面（全長(zhǎng)）基本頂板大面積來(lái)壓步距為40m，中部來(lái)壓強(qiáng)烈，兩端由于端頭未放頂煤礦壓顯現(xiàn)相對(duì)緩和，且超前兩端支架礦壓顯現(xiàn)1d左右。6.3.3常村煤礦現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析基本頂初次來(lái)壓后，頂板活動(dòng)又趨于穩(wěn)定，然而隨著工作面的推進(jìn)，支架壓力開(kāi)始變化，在非來(lái)壓期間，工作阻力均小于其額定工作阻力。各架均能接近支架的額定工作阻力；S5-5工作面各部位支架工作阻力主要分布在6500~7000kN之間，可見(jiàn)所選支架富余系數(shù)不是很大，有時(shí)工作面來(lái)壓期間非常強(qiáng)烈，應(yīng)加強(qiáng)防護(hù)工作；S5-5工作面推進(jìn)初期或者是工作面推進(jìn)較慢時(shí)（小于3m/d），工作面來(lái)壓步距比較大，平均超過(guò)了20m，在工作面推進(jìn)較快的情況下（大于6m/d）來(lái)壓步距較小，平均為15m左右，工作面正常開(kāi)采推進(jìn)速度為4m/d，老頂周期來(lái)壓步距平均為18m左右。

利用現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)針對(duì)綜合放頂煤工作面采場(chǎng)頂板巖層的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和采場(chǎng)壓力顯現(xiàn)規(guī)律有其特殊性的特點(diǎn),得出綜放工作面礦壓顯現(xiàn)特征結(jié)論如下:

與大采高工作面和普通綜放工作面一樣,大采高綜放工作面在推進(jìn)過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生頂板初次來(lái)壓和周期性來(lái)壓,而且來(lái)壓現(xiàn)象比較明顯。大采高綜放工作面隨著頂煤厚度增加,工作面初次來(lái)壓步距隨之增大。但周期來(lái)壓歩距變化較小。大采高綜放工作面液壓支架的工作阻力隨采高增加而增大。6.3.4常村煤礦大采高綜放采場(chǎng)壓顯現(xiàn)規(guī)律總結(jié)大采高綜放工作面液壓支架的工作阻力隨頂煤厚度的增加而增大。大采高綜放工作面液壓支架的工作阻力要大于普通綜放工作面液壓支架的工作阻力。大采高綜放工作面液壓支架的工作阻力要大于機(jī)采高度相同的大采高工作面液壓支架的工作阻力。6.4卸壓開(kāi)采下被保護(hù)層礦壓顯現(xiàn)規(guī)律實(shí)例6.4.1沙曲礦煤層地質(zhì)條件

沙曲煤礦隸屬于華晉焦煤有限責(zé)任公司，其地理位置在山西省柳林縣西部，工業(yè)場(chǎng)地距縣城約5km。井田走向長(zhǎng)22km，傾斜寬4.5~8km，面積約135km2。全井田地質(zhì)儲(chǔ)量2252.28Mt，生產(chǎn)能力為5.0Mt/a。礦井水平水平標(biāo)高+400m。主要煤層為2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)，其中北翼3號(hào)、4號(hào)煤層合并，稱為3+4號(hào)煤層。

沙曲礦井北翼山西組2、3+4、5號(hào)煤層間距較近，2號(hào)煤層賦存于山西組中部，可采厚度0.70～1.46m，平均厚度1.1m，下距3+4號(hào)煤平均14m，下距5號(hào)煤平均22.1m，下距6號(hào)煤39.7m。3+4號(hào)重疊煤層厚度合并厚度平均4.62m，5號(hào)煤平均3.6m。綜上所述，礦井北翼2、3+4、5號(hào)煤層屬于近距離煤層群，煤層群剖面圖如圖所示。近距離煤層群剖面圖6.4.2沙曲礦現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及分