长壁工作面采动压力

长壁工作面采动压力

    工作面周围岩（煤）体内的应力和作用在支护物上压力的统称，又称工作面矿山压力或矿压。在工作面地压作用下引起的一系列力学现象，如顶板下沉、支架变形与折损、煤壁片帮以及在特殊情况下发生的局部冒顶和顶板沿工作面煤壁切落（大冒顶）等，称工作面地压显现或矿压显现。 
   煤系地层是由强度较弱的层状岩石所组成。随着工作面的推进，上覆岩层将引起程度不同的移动，并波及到地表。上覆岩层中由破断岩块组合的岩体结构形式及稳定性，是决定工作面地压显现的基本因素。 
   开采后的上覆岩层可分为冒落带、断裂带和弯曲下沉带。冒落带呈规则或不规则排列，高度一般为采高的2～5倍；断裂带在冒落带之上，虽已断裂成块，仍整齐排列，在弯曲下沉过程中互相铰接平衡；弯曲下沉带位于断裂带之上，岩层破坏较小。 
   从断裂带往上存在着一系列岩块互相铰接的岩拱，使上覆岩层的重量通过岩拱转移到工作面周围的煤体、煤柱和采空区内逐渐压实的充填物或垮落矸石上，形成支承压力，使工作面支架上的受力远小于上覆原岩的重量。 
   顶板  煤层上方的岩层。根据上覆岩层的冒落情况及岩层和煤层的相对位置，可分为： 
   直接顶  位于煤层之上的一层或几层岩层。通常为泥质页岩、页岩和砂质页岩等较易冒落的岩层。 
   伪顶  位于煤层和直接顶之间，和采煤同时冒落的薄层岩层。通常为强度低的碳质页岩、泥质页岩等，厚度在0.3～0.5m以下。 
   老顶  位于直接顶之上的厚而坚固难冒的岩层，少数也有直接位于煤层之上。通常由砂岩、石灰岩和砂砾岩等岩层组成。在采空区上部老顶能维持很大的悬露面积而不随直接顶同时冒落。 
   地压显现  随着工作面的推进，地压显现程度不断变化。直接顶第一次在采空区的大面积冒落称直接顶初次垮落。此时，工作面切顶线到开切眼煤帮的距离叫初次落顶步距，可用来衡量工作面顶板的稳定性。老顶第一次的断裂与下沉称为初次来压。它将使工作面顶板下沉量和下沉速度急剧增加，支架压力增大，地压显现程度比较剧裂。初次来压后，工作面每往前推进一定距离。老顶就相应地出现断裂与下沉，支架压力增大，工作面地压显现明显增剧，并呈周期性，称周期来压。 
   初次来压和周期来压是长壁工作面顶板岩层移动过程中的现象。来压期间,在工作面采取相应的措施,就能保证安全生产。在煤矿的长壁工作面，顶板下沉及煤壁片帮等均属常见的地压现象。中国的多数顶板事故，发生在老顶初次来压和周期来压阶段,此时如控制不当,形成局部冒顶和大冒顶，将危及安全，影响生产。 
   工作面发生局部冒顶，常是由于局部空顶过大、支护不及时和支架架型选择不当所致。若支架工作阻力不足，将引起顶板的台阶下沉，甚至沿煤壁切落，形成工作面大冒顶。 
   当顶板为砂岩、砾岩等厚实性岩层时，顶板常能在采空区悬露数万甚至数十万平方米。当煤柱逐步失去支撑能力后，顶板会产生瞬时大面积冒落，形成强烈震动与暴风，称顶板大面积来压，是矿井的严重灾害。中国大同煤矿自1956～1980年共发生大面积来压达40余次。 
   影响工作面地压显现的主要因素有：直接顶、老顶的岩性与厚度，采高，煤层倾角，采深，节理，裂隙与地质构造，工作面推进速度，煤回采工艺包括支架型式与规格、控顶距大小等参数。 
   长壁工作面地压假说  长壁工作面地压现象最一般的科学概括，它对于理论研究和作业指导具有一定的意义。 
   压力拱假说  传播最广泛的经典假说之一，德国人哈克(W.Hack)和吉利策尔 (G.Gillitzer)于1928年提出。借用巷道顶板岩石的成拱作用，认为长壁采煤工作面自开切眼起也形成压力拱,随工作面不断推进而扩大,直至拱顶达到地表为止。此后,压力拱继续扩伸（图1[煤层顶板和底板中的压力拱]），在工作面前方煤体内形成前拱脚a；后方垮落岩石上形成后拱脚b。a、b均为应力升高区；工作面则处于应力降低区。支架承受的压力仅为上覆岩层重量的百分之几。底板和顶板一样，也存在相似的压力拱。 
   压力拱假说能正确解释围岩卸载原因，但未能说明岩层变形、移动和破坏的发展过程以及围岩和支架的相互作用。 
   悬臂梁假说  它是另一经典假说，受许多学者拥护，是由德国施托克(K.Stke)于1916年提出,后得英国弗兰德(I.Friend)、苏联格尔曼（..）等支持假说认为工作面和采空区上方的顶板可视为梁，一端固定在前方煤壁