综采工作面顶板压力周期来压规律热

摘要：文章针对不同顶板条件对矿山压力显现规律及过程进行了分析。

关键词：直接顶；老顶；周期来压；采煤工艺

中图分类号：TD82 文献标识码：A文章编号：1007—6921(2010)16—0069—02 长壁采煤工艺包括采煤、装煤、运煤、支护和采空区处理5大工序，为确保5大工序的合理完成，就应对长壁工作面矿压显现的主要因素加强了解和掌握。在长壁工作面采出煤炭后，由于应力重新分布，必然会引起各种矿山压力显现，而矿山压力显现的程度又与组成工作面围岩的性质、工作面对上述情况采取恰当的技术与有效地安全措施，借助力学、实验、经验和理论方法，掌握不同时期、不同条件下的矿山压力显现规律，就能对矿山压力的显现实现适时有效地控制，进而对遏制长壁工作面顶板事故的发生具有十分重要的意义。

1 工作面围岩类别

采煤工作面围岩主要是顶板和底板，围岩对工作面的回采起决定性作用，而顶板岩性对工作面的周期来压起着决定性作用。顶板由下到上可分为伪顶、直接顶、老顶及松散层。伪顶一般为泥岩，随采随冒，伪顶并不是每个煤层顶板都有的，有的煤层顶板没有伪顶，对顶板压力影响不大。松散层位于老顶上部，松散层之间可视为没有黏结力，其产生的重力均匀向下，对综采工作面周期来压大小有一定影响，对周期来压的周期性影响不大。直接顶和老顶是综采工作面周期来压的主要原因。

2 综采工作面初次来压压力显现过程分析

工作面开始回采时，顶板第一次来压称为初次来压。一般初次来压都产生飓风，对工作面人员的人身安全产生巨大威胁，控制顶板初次来压对煤矿的安全生产具有十分重大的意义。控制顶板的初次来压就要了解顶板初次来压产生的机理，下面就顶板初次来压的机理进行简要分析。

如图1所示：在综采工作面开始回采前，切眼由锚杆锚索加强支护，直接顶和老顶发生的变形可忽略不计，随着工作面的推进，支架后方悬顶面积越来越大，直接顶和老顶此时类似是一个梁支撑在前后煤壁上，正因为前后的支撑，直接顶和老顶很难在短跨度内垮落，工作面继续推进，当直接顶变形达到极限开始断裂，垮落，此时老顶尚未达到断裂极限，工作面继续推进，老顶达到断裂极限时，因为此时悬顶面积过大，同时垮落，造成初次来压，产生飓风，易造成事故。

根据老顶初次来压的分析，采取一定措施使老顶尽快垮落，是减小老顶初次来压带来危害的有效方法。神东公司现采取老顶预裂爆破方式将老顶的整体性破坏，减小老顶悬顶距离，使初次来压提早显现，减小来压产生的危害，实践证明，此方法在工作面回采中起到了非常重要的作用。

3 综采工作面周期来压压力显现过程分析

老顶初次来压过后，随着工作面的推进，顶板来压显现有一定周期性，称为老顶周期来压。周期来压是在老顶初次来压之后，支架上老顶后方悬空，只有一端支撑在煤壁上，老顶相当于悬臂梁，不考虑其他因素的话，老顶跨距达到老顶初次来压跨距时就会垮落，由于采动影响，老顶已经出现裂隙，整体性遭到破坏，因此，在很短的跨度内就会垮落，造成来压，因为跨度小，产生的危害较初次来压小了很多，但周期来压对工作面的回采依然会产生很大影响，下面就顶板周期来压进行简要分析。

如图2所示：设某一工作面老顶厚度为h3,直接顶厚度为h2,采高h1。

工作面周期来压是因为老顶周期性断裂引起的，因而老顶的岩性对周期来压起着重大作用，同时，也与直接顶性质有很大关系。

设直接顶的岩石碎涨系数为kp，残余碎涨系数为kp，，当kp×h2≥h1＋h2时，顶板来压相对缓和，甚至显示不出来，若kp'×h2≥h1＋h2时，顶板老顶基本被跨落的直接顶支撑住，

因而不会出现老顶来压。

若老顶岩石塑性弯曲变形能力强，则周期来压也不会显示出来，对于大多数老顶来说，塑性能力很差，除上述情况外，一般都会显示出周期来压，老顶上部松散层厚度对周期来压也有影响，松散层越厚，周期来压步距越短，反之越长。

当kp×h2≤h1＋h2时，冒落的岩石不能对老顶起到支撑作用。老顶一般在支架后方断裂，老顶都有一定柔性，随着工作面的推进，缓慢下沉，当支架后方悬顶面积到一定程度，老顶的弯曲变形已能够压在支架上，并传至煤壁，此时，支架和煤壁会显示出来，且随着工作面的推进，压力越来越大，当老顶到一定程度又会在支架后方出现裂纹，压力减小，工作面继续推进，当支架后方完全断裂开后，压力趋于正常，工作面压力显现在支架上较小，基本等于支架初撑力。

随着工作面的推进，老顶悬顶距离越来越大，由于支架的运动且非钢性支护，顶板会下沉，煤质的软硬对老顶的断裂面也有一定影响，煤质越硬，老顶断裂面超过煤壁距离越小，反之越大，一般老顶首先在煤壁内2m～3m处出现裂隙，此时，煤壁和支架都会显示出压力，煤壁偏邦，支架下沉，当煤机推过断裂面后，煤壁压力变小，支架仍然会显示出压力，且压力逐渐变小，当断裂面被甩到支架后方，支架压力恢复正常。

通过以上分析，综采工作面老顶周期来压大小与老顶悬臂长度有很大影响，有的煤矿顶板较坚硬，老顶初次来压后，尽管经过采动影响，但老顶依然很稳定，周期来压压力显现巨大，不处理也会对工作面的人身安全造成严重危害，这就要对其进行打眼放顶爆破，使顶板提前冒落，其原理与老顶预裂爆破相同。大多数矿井顶板不需要二次顶板预裂爆破，周期来压时的压力显现有规律，只要支架选型合理，生产时支架初撑力达到要求，就能很好地控制住顶板。了解老顶的周期来压规律可以指导生产，例如，采煤机停机时尽可能在老顶来压之后，如果在老顶来压时停机，由于停留时间较长，老顶来压可能会使支架下沉，严重的可能会压死支架，造成生产事故。

4 结论

以上介绍了老顶初次来压和周期来压的危害，掌握了老顶的来压规律，对其采取一定措施，可以有效减少事故的发生。同时老顶的周期压力对生产也有一定帮助，老顶来压时，煤壁被压酥，可以在很大程度上提高工作面的回采速度。而工作面回采速度提高后，又会尽快推过老顶来压区，进而减小了来压的危害。因而，对老顶的来压规律进行观测，记录，分析，进而掌握老顶来压的规律，对工作面的安全快速回采起着至关重要的作用。

［参考文献］

［1］钱鸣高.矿山压力与岩石控制［M］.徐州：中国矿业大学出版社，2001.