上覆岩层在采煤工作面推进方向上的运动发展规律-续三RTF 文件
第二章采煤工作面上覆岩层移动及其矿压显现规律
砌体梁结构为半拱式平衡结构。块体间依靠水平挤压力产
生的摩擦力平衡岩块的自重和上覆岩层传递的载荷。支架
的载荷（支护强度）：
第二章采煤工作面上覆岩层移动及其 矿压显现规律
第一节 采煤工作面上覆岩层移动规律
四、裂隙带岩层的结构形式（矿压假说） （二）传递岩梁结构
图2-4 传递岩梁 结构模型
山东科大宋振骐院士提出。一组或几组基本顶的断裂岩 块的相互咬合，形成一种能向煤壁前方和采空区矸石上 传递力的结构，称为传递岩梁。支架承担岩梁的作用力 的大小，由其对岩梁运动的控制要求而定。位态方程如 下：
初次来压步距L：由开切眼到基本顶初次垮落时工作面推进的距离。 L与岩性、厚度、载荷有关。
统计数字：10~30m 54%； 30~55m 37.5%； >55m 8.5% 特殊的砂岩、砂砾岩顶板的初次来压步距可达100~160m。
第二章采煤工作面上覆岩层移动及其 矿压显现规律
第二节 采煤工作面矿山压力显现规律
第二章采煤工作面上覆岩层移动及其 矿压显现规律
第二节 采煤工作面矿山压力显现规律
四、支承压力及其显现
采煤工作面前后 方支承压力对工作面 矿压显现有着很大影 响。采煤工作面前方 支承压力依次为原岩 应力区、应力增高区、 应力降低区和应力稳 定区。
第二章采煤工作面上覆岩层移动及其 矿压显现规律
拱的一个支点在工作面前方的煤壁上，另一支点在采 空区已垮落的矸石上。工作面支架主要承受拱内部分岩石的 重量及拱运动时的附加载荷。
英国学者伊万斯提出了支架载荷计第算二章式采煤：工作面上覆岩层移动及其 矿压显现规律
第二节 采煤工作面矿山压力显现规律
一.工作面矿压显现方式
由于采动作用促使围岩向已采动空间运动的力称为
采煤工作面上覆岩层移动规律
第三章采煤工作面上覆岩层移动规律第一节概述一、煤层顶底板岩层的构成煤层处于各种岩层的包围之中。
处于煤层之上的岩层称为煤层的顶扳；处于煤层之下的岩层称为煤层的底板。
依据顶、底板岩层离煤层的距离及对开采工作的影响程度不同，煤层的顶、底板岩层可分为：(l)伪顶。
紧贴在煤层之上，极易垮落的薄岩层称为伪顶。
通常由炭质页岩等脆弱岩层组成，厚度一般小于0.5m，随采随冒。
(2)直接顶。
位于伪顶或煤层之上，具有肯定的稳定性，移架或回柱后能自行垮落的岩层称为直接顶。
通常由泥质页岩、页岩、砂质页岩等不稳定岩层组成，具有随回柱放顶而垮落的特征。
直接顶的厚度一般相当于冒落带内的岩层的厚度。
(3)老顶。
位于直接顶或煤层之上坚硬而难垮落的岩层称为老顶。
常由砂岩、石灰岩、砂砾岩等坚硬岩石组成。
(4)直接底。
直接位于煤层下面的岩层。
如为较坚硬的岩石时，可作为采煤工作面支柱的良好支座；如为泥质页岩等松软岩层时，则常造成底臌和支柱插入底板等现象。
二、采煤工作面上覆岩层移动及其破坏在承受长壁采煤法时，随着采工作面的不断向前推动，暴露出来的上覆岩层在矿山压力的作用下，将产生变形、移动和破坏。
依据破坏状态不同，上覆岩层可划分为三个带(图3－l)。
冒落带。
指承受全部垮落法治理顶板时，采煤工作面放顶后引起的煤层直接顶的破坏范围(图3－l，Ⅰ)。
该局部岩层在采空区内已经垮落，而且越靠近煤层的岩石就越紊乱、裂开。
在采煤工作面内这局部岩层由支架临时支撑。
裂隙带。
指位于冒落带之上、弯曲带之下的岩层。
这局部岩层的特点是岩层产生垂直于层面的裂缝或断开，但仍能整齐排列(图3－l，Ⅱ)。
弯曲下沉带。
一般是指位于裂隙带之上的岩层，向上可进展到地表。
此带内的岩层将保持其整体性和层状构造(图3－l，Ⅲ)。
生产实践和争论说明，采煤工作面支架上受到的力远远小于其上覆岩层的重量。
只有接近煤层的一局部岩层的运动才会对工作面四周的支承压力和工作面支架产生明显的影响。
所谓采煤工作面矿山压力掌握，也就是对这局部岩层的掌握。
采场上覆 岩层活动规律
12/34
如果不发生离层，应有 即
ymax ymax n
4 4 h1 q1 L1 h L1
384E1 J1
384E2 J 2
且
bh13 J1 12
h h1
bh 3 J2 12
令 q1 h1
有
E1 1 E2 1
显然：直接顶厚度 ≤ 老顶厚度时，易发生离层。
悬臂梁平时承担岩层载荷，当其变形下沉时，一端压在
垮落矸石上，当跨度增大，断裂形成周期来压。
6/34
三、预成裂隙假说：( 1954，比利时，拉巴斯）
顶板岩层受支承压力作 用，产生相互平行的裂隙， 成为“假塑性体”，在工作面 推进过程中，产生塑性弯曲， 由相互挤压形成类似梁的平衡 结构。 顶板分为应力降低区、应 力升高区、采动影响区，三区 随工作面而移动。 工作面支架应具有足够的初 撑力和工作阻力，以阻止岩块滑 落或离层。
（对于反山，顶底板位置发生翻转）
2/34
二、回采工作空间类型： （依据采空区处理方法不同划分）
（a）完整空间——刀柱法或留煤柱开采；
（b）自弯曲空间——顶板缓慢下沉法（顶板塑性大）； （c）充填空间——充填法； （d）垮落空间——全部垮落法。
3/34
三、顶板工作结构：
1、梁式结构——将顶板视为沿工作面推进方向的梁，按照 梁式结构承载变形破坏理论分析顶板破坏现象。 2、板式结构——将顶板岩层视为一个板或经断层、裂隙切 割后，多块板相互咬合组成的板，按板式结构承载变形及强 度理论分析顶板破坏现象。 3、顶板结构端部支撑条件： 固定支座——顶板被煤岩层夹持，未断裂，无自由端 ； 简支梁支座——顶板端部断裂或埋深较浅（可转动） ；
第三章
1采煤工作面上覆岩层移动及矿压显现规律 论文
采煤工作面上覆岩层移动及矿压显现规律摘要：在大多数情况下，矿压显现会给地下开采工作造成不同程度的危害。
为了使矿压显现不影响正常开采工作，保证安全生产，必须采用各种技术措施加以控制。
包括对采掘空间进行支护，对松软破碎的煤层进行加固，用各种方法使巷道或回采工作空间得到卸压，对采空区进行处理等。
此外，对矿压的控制不仅在于消除和减轻矿压对开采工作造成的危害，还包括有效地利用矿压为开采服务。
研究矿压显现规律及各种控制方法的基本目的，是为了保证生产安全和取得良好的经济效益。
关键词：采煤工作面支撑压力及其显现地质因素技术因素1.绪论煤炭是我国的主要不可再生资源，它是我国工业生产必不可少的一部分。
因此，研究如何采煤及煤与岩石的关系是十分重要的。
这篇文章主要是介绍采煤工作面上覆岩层移动及其矿压显现规律，采煤工作面的围岩构成，采动岩体破坏的基本形式，裂隙带岩层的结构形式，工作面得矿压显现方式，直接顶的运动规律，基本顶的运动规律，支撑压力及其显现，地质因素，技术因素。
采煤工作面与矿压是息息相关的，要想安全的采煤，把产量搞上去，我们必须去研究矿山压力，因为在矿山压力作用下，会引起各种力学现象，如顶板下沉、底板鼓起、巷道变形后断面缩小、岩体破坏散离甚至大量冒落、煤被积压产生片帮或突然抛出、支架严重变形或损坏、充填物受压缩以及大量岩层移动、地表发生塌陷等。
2.1采煤工作面的围岩构成在煤层或岩层中开掘巷道和进行回采工作，称为对煤层或岩层的“采动”。
采动后在煤层或岩层中形成的空间，称为“采动空间”。
直接位于煤层上方和下方的岩层分别称为煤层的顶板和底板。
根据顶底板岩层距煤层的距离和对回采工作的影响，煤层的顶、底板岩层可以分为伪顶、直接顶、基本顶和直接底。
2.1.1伪顶位于煤层之上，极易垮落的薄岩层称为伪顶。
2.1.2直接顶直接顶位于伪顶或煤层之上，具有一定的稳定性，移架或回采后能自行垮落的一层或数层岩层。
2.1.3基本顶位于直接顶之上较难垮落的厚层坚硬岩层称为基本顶。
采场上覆岩层移动规律
对采场产生明显的动压冲击，支架阻力不够易产生沿煤 壁切下的重大冒顶事故，即使不垮也会出现台阶下沉。
必须有高初撑力，其阻力能抗衡顶板沿煤壁切下，把 切断线推至控顶距之外。支架缩量按照出现台阶下沉而 不能压死支架考虑。
出现台阶下沉时支架阻力与缩量分别为：
PT A m L k k G
2LK
q
Qx
Mx
综上：老顶岩梁破坏形式有两个受弯矩作用拉断受剪力 作用剪断
二、梁式断裂时的极限跨距：
q
（一）固支情况 1、按弯矩计算：
M
任意点A 处正应力： My
Q
其中断面矩
JZ
Jz
1 h3 12
最大拉应力在梁的端部
max
M
max
h 2
Jz
1 ql 2 h 12 2
1 h3
ql 2 2h 2
12
当 max 时Rt，则岩梁被拉断裂。
说明：
1）先计算第一层载荷 q1 1h1
2）计算第二层对第一层的作用；计算至第三层时第一层载荷…… 3）一直计算到第n+1层时，第一层载荷反而小于第n层时的载荷为止 4）取第n层时的计算载荷为 q ，此值为计算过程中得到的最大值。
四、老顶运动规律 1）老顶的初次垮落 由开切眼到老顶初次垮落时工作面推进的距离称为老顶的初 次垮落步距。 2) 老顶的周期性垮落 随工作面的推进将周期性地出现，称为老顶的周期性垮落。
ql 2
ql 2 M1 M 2 12
２）任意截面剪力：（Ｄ—Ｄ’）
Qx
R1
qx
ql 2
qx
ql 1 2
2x l
ql Q |x0 2
Q |xl 0 2
Q
第三章采场上覆岩层运动的基本规律
2.铰接岩梁 由于“拱”结构难以解释采场周期来压等现象，
现场也难以找到定量描述拱结构的参数，所以“拱” 假说只停留在对一些矿压现象的一般解释的水平上， 不能很好地应用于实际，为生产服务。因此，诞生了 以T· 库茨佐涅夫为代表的铰接岩块学说，这是定量 H· 地研究矿压现象的一个重大突破。 库氏认为，需要控制的顶板由冒落带和其上的铰 接岩梁组成，冒落带给予支架的是“给定载荷”，它 的作用力必须由支架全部承担。而铰接岩块在水平推 力的作用下，构成一个梁式的平衡结构，这个结构与 支架之间存在“给定变形”的关系（如图所示）。
也有学者把直接顶与老顶定义为：直接在煤层上面、有一定
强度、并会随回柱放顶而冒落的岩层叫直接顶；常见的直接 顶岩层有页岩、砂页岩等。直接在直接顶上面、强度比较大、 厚度在1.5m以上，大面积暴露后才冒落的岩层叫老顶。常见 的老顶岩层有砂岩、砂砾岩、石灰岩等。这是从地质角度来 定 义 的 。
第二节 上覆岩层的基本运动规律
墩柱切顶示意图
四、老顶的基本运动规律
（一）老顶的初次来压与周期来压 随着采场的继续推进，直接顶进入正常垮落阶段，老顶此刻 开始发生离层、弯曲沉降、断裂，最后回转下沉，引起工作面压 力的急增，这个阶段称为老顶初次来压阶段，初次来压步距用L0 表示。 初次来压完成后，采场进入正常推进阶段。此阶段老顶岩梁 将随跨度的不断增加而发生断裂、回转下沉和引起工作面来压， 此阶段的来压称为周期来压。周期来压的强度一般较初次来压此 阶段的来压称为周期来压。周期来压的强度一般较初次来压小， 它由直接顶的厚度和岩梁本身的力学、几何参数决定。此阶段的 一个重要参数是老顶的周期来压步距L。 三个推进过程如图所示。 在一般情况下，周期来压步距为初次来压步距的1/2～1/4， 1 1 L 即 ( 2 ～ 4 ) L 。
上覆岩层在采煤工作面推进方向上的运动发展规律RTF 文件
上覆岩层在采煤工作面推进方向上的运动发展规律随着采煤工作面的推进，煤壁前方的支承压力及支架上显现的压力都在不断的变化，采煤工作面矿压显现的发展变化规律是由对其有影响的上覆各岩层的运动发展规律决定的，除岩层运动的纵向发展规律影响外，还受推进方向的发展规律所影响，因此必须进一步研究岩层运动在推进方向上的发展规律。
一、采煤工作面上覆岩层运动的发展阶段采煤工作面在推进过程中，由于上覆各岩层承受的矿山压力大小不同支承（约束）条件的差别，就其运动发展状态来说可分为初次运动和周期性运动阶段。
1、初次动动阶段从岩层由开切眼开始悬露，到对工作面矿山压力显现有明显影响的一两个传递岩梁初次裂断运动结束为止为初次运动阶段（图2-a、图2-b）。
其中包括直接顶岩层初次垮落和基本顶的初次来压。
该阶段岩层两端由煤壁支撑，其受力状态可视为两端嵌固梁。
采煤工作面各岩层初次运动在采煤工作面的压力显现称为初次来压。
由于任何岩层初次运动步距相对正常情况下的运动步距要大得多，因此初次来压运动来压面积大，强度高，并且可能伴随有动压冲击，在控制岩层运动和矿压显现时，一定要十分注意动压的冲击，以保证采煤工作面在初次来压期间的安全。
2、周期性运动阶段从岩层初次运动结束到工作面采完，顶板岩层按一定周期有规律的断裂运动，称为周期性运动阶段（图2-c、图2f)。
在此发展阶段，岩层的约束条件发生了根本性变化，直接顶岩层在采煤工作面里为一端固定的悬壁梁，直接顶上方各岩梁为一端由煤壁支承，另一端则为由采空区矸石支承的不等高的传递岩梁。
此时，运动步距较初次运动步距小得多。
岩层周期性运动在采煤工作面引起的矿压显现称为采煤工作面的周期来压。
这个阶段岩层的完整性比初次运动前差，运动步距又比较小，因此控制岩层运动和矿压显现和要求也不同。
当两种运动来压强度差别很大时，不仅要尽可能扩大推进方向上的距离，而且支架的选型和设计必须分别处虑。
显然，如果按初次来压设计和选择支架，周期来压阶段支架的阻力不能充分发挥，将带来较大浪费。
大采高综采工作面上覆岩层运动规律研究
破坏 程度 加 大 。顶 板 下 沉 量 随 着 采 高 的增 大 而 增 加 ， 进而 变形 量相 应增 大 。 （ ２ ） 采煤方法和顶板管理 作为影响覆岩破坏 的重要 因素之一 ， 采煤 方法被 广泛 研究 。覆 岩 被破 坏 的空 间 形态 以及 高 度 由顶 板 的 管理方式决定 。工作面上 的覆岩层会 因为实施全部垮 落法 管 理顶 板 而 形成 “ 三带” ； 覆 岩 的开 裂 性 破 坏 则 是 由于实施 充 填法 管理 顶板 所 致 ， 较 之 上 一方 法 ， 此 法 顶 板 下沉 量要 小 。此结 论也 已在 实 际工作 中得 到证 实 。 （ ３ ） 岩性 岩 性包 括岩 性 力 学 性 质 和 层 间结 构 ， 两 者 共 同影 响覆岩 的破 坏 高度 。根 据 岩层 的硬 度不 同大 体可 以分
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ８－ ０ １ ５ ５ ． ２ ０ １ ４ ． ０ ２ ． ０ ７ ９ 中图分 类号 ： Ｆ ４ ０ ３ ． ７ ； Ｔ Ｄ ３ ２ 文献标 志码 ： Ｂ 文章编号 ： １ ０ ０ ８—０ １ ５ ５ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ２— ０ １ ２ ７－ ０ １
近几 年 随 着 采 煤 技 术 的不 断 发 展 ， 大 采 高 技 术 已 经被 广泛 采 用 ， 国 内外 大批 学 者 对 此 也越 来 越 重 视 ， 这 已经成为采煤发展的主流方 向。但是伴随技术 的不断 发展 ， 相 应 的 问题 也 是 层 出不 穷 ， 如 覆 岩 运 动加 剧 、 地 表严重塌陷等。所以研究大采高覆岩运动规律就有很 强的现实指导意义。本文对上覆岩层运移及破断基本 规律 、 覆岩层运移及破断规律的主要影响因素、 工作 面 顶板岩层垮落规律理论分析 、 裂缝带 岩层 的岩体结构 分析一一进行探讨 ， 针对 这些因素找出行之有效 的解 决 措施 。 １工作面 上 覆岩层 运 移及破 断 基本 规律 采 空 区上 的覆 岩层 会 因煤 层 的开 采 而发 生 移 动 变 形， 产生三个不同的变形 带 ： 弯 曲下沉带 、 冒落带 以及 裂 缝带 。下面将 对其 分别 进行 介 绍 。 （ １ ） 弯曲下沉带一导水裂 隙带顶界 到地表 的那部 分岩层 。因此带呈整体移动 ， 所以又叫作增提移动带。 （ ２ ） 冒落带一上覆岩层在煤层开采出后失去平衡 ， 开采空间被 自直接顶冒落充满。次 区域又可分为规则 冒落带和不规则冒落带 。不则 冒落带是指层 的不规则 堆 积 于采 空 区 ， 而 规 则 冒落 带 则 指 不 连 续 覆 盖 于 不 规 则 冒落 带 之上逐 渐增 大甚 至 似层状 断 块 的岩块 。 （ ３ ） 裂缝带一因 冒落带上方岩层的受力弯 曲超过 本身的强度极 限， 导致 出现离层裂缝或是垂直裂缝 ， 最 终断裂。此过程是连续发展 的， 一直延伸到上覆岩层 ， 这部分被称作裂缝带。 ２工作 面上 覆 岩 层 运移 及 破 断 规 律 的 主 要 影 响 因 素 覆岩 的倾角 、 岩性 以及组合 的不同 ， 它的移动和破 坏规律也大不相 同。 冒落 带、 裂缝带 的高 度因为煤层 顶板覆岩的坚硬程度（ 坚硬 、 中硬 、 极软弱岩层等 ） 不 同 而有所差异。覆岩层 的破 断受多重 因素 的影 响 ， 主要 原 因如 下所 示 ： （ １ ） 采高 作 为影 响覆 岩 层 破 坏 的 根 本 因素 ， 随 着 采 高 的增 大 和采 出空 间 的增大 ， 覆 岩层 活动 高度 也就 越大 ， 导 致
第三章 采场上覆岩层运动和发展的基本规律
《矿山压力与岩层控制》之第三章《矿山压力与岩层控制》之第三章采场上覆岩层运动和发展的基本规律采场上覆岩层运动和发展的基本规律山东科技大学资环学院资源工程系山东科技大学资环学院资源工程系本章提要本章特点学习难点有较多的基本概念有较多的基本规律矿岩层运动和破坏形式的判断方法岩层纵向组合运动的分析方法岩层推进方向岩层运动各阶段的参数特点上覆岩层运动和破坏的基本形式上覆岩层在推进方向上的运动规律上覆岩层纵向运动发展的基本规律上覆岩层运动参数的确定P1§ 3.1上覆岩层运动和破坏的基本形式3.1.1上覆岩层运动的两种基本形式3.1.3上覆岩层破坏形式的判断3.1.2 岩层运动发展至破坏的力学条件3.1.4岩层破坏形式的转化§3.3上覆岩层在推进方向上的运动规律§3.4 上覆岩层运动参数的确定§3.2上覆岩层纵向运动发展的基本规律P23.1.1上覆岩层运动的两种基本形式一弯拉破坏的运动形式1 运动过程上覆岩层悬露如图3.1（a）在其重力作用下弯曲如图3.1（b）端部开裂如图3.1（c）形成“假塑性岩梁”如图3.1（d）自行跨落如图3.1（e）P3（b）（a）（c）（d）P4（e）岩层运动由弯曲沉降发展至破坏的力学条件是岩层中的最大弯曲拉应力达到其抗拉强度。
即：（3.1）2 力学条件图3.1弯拉破坏的运动形式P5二剪（切）断破坏的运动形式弯曲变形端部开裂（图3.3（a））整体切断跨落（图3.3（b））1 运动过程P6（a）（b）图3.2 剪切运动的基本形式P72 剪断的充要条件当采场推进至岩梁端部开裂位置附近，剩余抗剪断面上的剪应力超过限度，虽其中部还未裂开，只要岩层下部有少量运动空间，岩层即被剪断。
3 显现特点动压冲击支架阻力不够顶板沿煤壁切下如图3.3（a）台阶下沉如图3.3（b）P8（a）（b）图3.3 剪断运动形式对工作面的威胁P93.1.2 岩层运动发展至破坏的力学条件悬跨度达到极限跨度中部裂断弯拉破坏深入煤壁的两端部断裂力学过程弯坏的力学过程，就是其支承条件由双嵌固梁向简支梁发展的过程。
采场上覆岩层移动规律
三、直接顶的初次垮落 初次垮落——直接顶第一次垮落（初次放顶）
（标志：垮落高度＞1～1.5m，长度＞1/2 面长）
初次垮落步距——第一次垮落时，直接顶的跨距。
直接顶垮落距受直接顶强度、厚度、节理裂隙影响，是 描述直接顶稳定性的综合指标。
直接顶垮落前，顶板完整性一般较好，支架载荷小，稳 定性差，初次垮落易发生大面积顶板事故。
第三节 老顶的移动规律
一、老顶梁式结构分析：
1、冒落区老顶支撑条件：
1）全部充填满回采空间
0 h M
Kp 1
2）不能充填满回采空间 （老顶悬露，成梁式结构）
0
h M h KP M hKP 1
h M Kp 1
2、老顶梁式结构力学分析： （按固支）
1）支座反力：（对称）
R1
R2
二、上覆岩层运动的两种基本形式
(一) 弯拉破坏的运动形式
1、运动过程
采场推进→重力作用弯曲→一定跨度、沉降、弯曲、 端部开裂→中部开裂→冒落。
2、力学条件
岩层运动呈现弯曲沉降发展到破坏的运动形式，其力学 条件是岩层中的最大弯曲拉应力达到其抗拉强度。
t max [t]
3、显现特点 运动由于是逐渐发展，冲击不大，相对（剪切运动） 其矿压显现比较缓和。 4、控制要求 为保证岩层运动时的采场安全，支架必须承担控顶区 上方冒落岩层的全部岩重，并且把“假塑性岩梁”的 运动控制在要求的位置上。
当不需要对“假塑性岩梁”沉降进行控制时，支撑 这部分岩层的支架阻力可以为零，最大不必要超过岩 梁跨度四分之一的岩重。
A PT A mEEL0
4LK
(二)剪（切）断破坏的运动形式
1、发展过程
悬露→产生不大弯曲，端部开裂→中部未开裂（或开裂 很少） ，情况下切断塌垮。
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上覆岩层在采煤工作面推进方向上的运动发展规律（续四）
四、岩梁运动的基本参数
为了深入细致地研究岩层运动的发展规律，必须建立一套既符合岩层运动客观实际，又易于生产中标记的参数，对岩梁在各个运动阶段的运动状态进行描述。
（一）初次运动阶段的基本参数
１、表达岩梁运动过程的基本参数这些基本参数包括岩梁的相对稳定步距b0、岩梁的显著运动步距a０和岩梁的初次来压步距c0其相互关系为
C0=a0+b0
２、表达来压结束时刻（显著运动结束时）岩梁位置状态的参数１）来压结束时的采煤工作面下沉量△h0A
该下沉量取决于支架对顶板的工作状态（控制程度）。
当支架对岩梁运动不进行限制（即采取“给定变形”工作状态）时，来压结束时的采煤工作面顶板下沉量以△h0A表示，其大小与岩梁的初来压步距c0、采高、直接顶厚度等有关。
当支架对岩梁来压结束时的位置进行限制（即采取“限定变形”要作状态）时，以△h0表示，其大小由工作面支护强度决定。
２）来压结束时的岩梁跨度
来压结束时的岩梁跨度同样也是由支架对顶板的工作状态决定。
在“给定变形”条件下，来压结束时的岩梁跨度以L 0A 表示，其大小由岩梁运动步距决定；在“限定变形”条件下以 L ０表示，其大小由支护强度决定。
在”给定变形”条件下，来压结束时采煤工作面顶板下沉量△h 0A 和岩梁跨度L 0A 存在下列关系，即
△h 0A =
A L kA mz h Lk 0)]1([--≈0)]1([2C kA mz h Lk --
式中 h-采高，m
m z -直接顶厚度，m
3)表达来压前夕岩梁的位态参数
包括初次来压前夕岩梁的最大跨度（L 0′=b 0′)和初次来压前夕采煤工作面最小顶板下沉量h 0′。
采煤工作面上覆岩层移动规律
第一节
一、回采工作面顶、底板的划分：
概
述
1、顶板： 伪 顶—位于煤层之上，薄而软弱的岩层； 直接顶— 直接顶—位于煤层或伪顶之上一层或几层性质相近岩层； 老 顶—位于直接顶或煤层之上厚而坚硬的岩层（基本顶）； 2、底板： 直接底——位于煤层之下的岩层（为古土壤）； 直接底——位于煤层之下的岩层（为古土壤）； 老 底——直接底之下的岩层。 ——直接底之下的岩层。
第三节 老顶的移动规律
1、老顶的缓慢下沉 若采高小，直接顶厚度大，直接顶可能呈不规则垮 落而充满采空区。此时，老顶可以以缓慢下沉的形式运 动。 2、老顶呈长岩梁断裂 当直接顶厚度较小或工作面采高较大时，直接顶冒 落后不能充满采空区，在已冒落矸石与老顶岩层之间有 一定的自由空间。自由空间的高度可由公式计算：
一、压力拱假说： （1928，德国，哈克） 1928，德国，哈克） 压力拱假说：
在上覆岩层中，形成一个 在上覆岩层中， 压力拱” “压力拱”，前方煤壁及后方垮 落矸石分别为拱的两脚， 落矸石分别为拱的两脚，工作面 处于拱的保护之下。 处于拱的保护之下。 “压力拱”将随工作面的推 压力拱” 进而前移。 进而前移。
五、“砌体梁”理论： （1978，钱鸣高，中国） 1978，钱鸣高，中国）
在上覆岩层中存在由断裂岩块组 成的“砌体梁”，因岩块相互挤压， 形成承载结构。 上覆岩层可以硬岩为底划分若 干组，软岩为载荷； 硬岩断裂，岩块间相互挤 压成铰接关系； 铰接岩块在某些条件下可 形成平衡体。
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六、传递岩梁（宋振骐） 煤矿重大事故预测和控制决策体系建设的 指导思想应当以控制事故发生的岩层运动 条件和应力场应力大小分布条件为核心。 解决以岩层运动和应力场应力大小分布为 核心的相关信息采集（包括理论计算和现 场实测）问题。 煤矿重大事故的发生及其有效控制几乎都 同时与岩层运动和应力场应力的大小和分 布条件有机的联系在一起。与应力条件直 接相关的事故，包括瓦斯事故、冲击地压、 底板突水等，其应力条件的实现都是一定 采动条件下岩层运动和破坏的结果。
第二章采煤工作面上覆岩层移动及其矿压显现规律
岩梁两端先裂开，然后中部裂开下沉，两块相互咬合形成铰接岩梁结构。
第二节 采煤工作面矿山压力显现规律
三、基本顶的运动规律
（一）基本顶的运动形式
1.基本顶缓慢下沉 采高小、直接顶厚度大且直接顶节理发育时，直 接顶呈现缓慢下沉的运动形式。 采空区充满程度好，基本顶弯曲断裂后在矸石支 撑下缓慢下沉。此时，基本顶能形成传力结构，将 自身的重量和上覆岩层的部分重量传递到前方煤壁 和后方采空区矸石上，工作面内矿压显现不明显。 2.基本的呈长岩梁折断 直接顶冒落后不能充满采空区，基本顶按一定的 跨度，周期性折断，岩梁长度较大。
直接顶垮落步距——从切眼到直接顶初次垮落的距离。是判断 直接顶稳定性的指标，可作为直接顶分类的依据。
第二节 采煤工作面矿山压力显现规律
二、直接顶的运动规律
（二）直接顶的运动形式
2.直接顶不规则垮落 直接顶冒落高度的确定 采空区充满程度的判断
h m hkp m h(kp 1)
充满条件
四、支承压力及其显现
采煤工作面前后 方支承压力对工作面 矿压显现有着很大影 响。采煤工作面前方 支承压力依次为原岩 应力区、应力增高区、 应力降低区和应力稳 定区。
第二节 采煤工作面矿山压力显现规律
四、支承压力及其显现
（二）支承压力在底板中的传播
分布规律
（1）随深度增加，支承压力逐渐减小，影响范围扩大；影响角φ
第二节 采煤工作面矿山压力显现规律
三、基本顶的运动规律
（二）基本顶的初次来压
1.初次来压的形成
基本顶视为四周固支的板，当工作面由切眼向前推进，直接顶垮落 后步，岩悬块空要面发积生越下来沉L初越垮 h大落2，。qRt 达在到这极过限程跨中度，时采，煤岩工板作发面生有断明裂显破的坏矿，压进显一现。
不同工作面推进速率下上覆岩层运移规律分析
αＬ ＝ＬＬＭＨ
（１）
收稿日期：２０１９－０４－０５；责任编辑：陈朋磊 ＤＯＩ：１０．１９３８９／ｊ．ｃｎｋｉ．１００３－０５０６．２０１９．０８．０４０ 作者简介：赵 磊（１９８３—），男，河南许昌人，工程师，２００７年毕业河南理工大学，现从事煤矿开采技术管理及综采综掘设备管理工作。 引用格式：赵磊．不同工作面推进速率下上覆岩层运移规律分析［Ｊ］．能源与环保，２０１９，４１（８）：１７６１７８．
际中的运动时间。
（３）动力相似。建立的相似模型的作用力要和
实际作用力相似。设置容重比为常数：
αγ
＝γＨ γＭ
（３）
式中，αγ为容重比；γＭ 为模拟材料的容重；γＨ 为实
际材料的容重。
在内应力和重力的共同作用下，岩石的破坏、变
析了工作面推进速度的关系与采动裂隙带发育高度 及存在形态，得到了开采过程中上覆岩层运移规律 与垮落破坏特征以及岩层内部压力分布规律。
１ 相似模拟实验原理
（１）几何相 似。 在 进 行 相 似 模 拟 实 验 时，实 际
部件和相似模型按照一定尺寸进行缩放，为了确保
几何形状的相似，设置长度比为常数［３５］：
２０１９年第 ８期
赵 磊：不同工作面推进速率下上覆岩层运移规律分析
长度；ＬＨ 为实体长度。 （２）运动相似。为了确保实体所有点和模型对
应点的运动相似 （对应点的运动时间、加速度、速
度），要求时间比为常数：
αｔ＝ｔｔＭＨ
（２）
式中，αｔ为时间比；ｔＭ 为模拟中的运动时间；ｔＨ 为实
ＺｈａｏＬｅｉ．Ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｏｖｅｒｌｙｉｎｇｓｔｒａｔａｍｉｇｒａｔｉｏｎｌａｗｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｗｏｒｋｉｎｇｆａｃｅａｄｖａｎｃｉｎｇｒａｔｅｓ［Ｊ］．ＣｈｉｎａＥｎｅｒｇｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃ ｔｉｏｎ，２０１９，４１（８）：１７６１７８．
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上覆岩层在采煤工作面推进方向上的运动发展规律(续三）
三、影响岩层运动的因素
影响岩层运动的主要因素包括岩层的强度特征、采动条件和采空区处理方法。
１、岩层的强度特征由岩层的力学性质、厚度和节理裂隙情况决定的岩层强度特征，是影响岩层运动发展的内在因素。
强度高厚度大的岩梁，周期来压步距c将较大，相对稳定步距b也较大，显著运动步距a则较小（即岩梁显著运动发展迅速）。
相反，强度低、厚度小的岩梁，周期来压步距c和相对稳定步距b则较小，显著运动步距a相对而言要较前者大（即显著运动发展较慢）。
如果岩梁在推进方向上裂隙相当发育，不仅周期来压步距c小，而且有时很难找出划分岩梁处于相对稳定和显著运动的界限。
２、采动条件采高和推进速度等采动条件对岩梁的运动发展过程也会产生重要影响。
如加大采高，而工作面垮落高度不变，则岩梁显著运动的空间增加，岩梁的显著运动则会更明显。
当岩层的强度较低时，突然提高推进速度有可能导致岩梁运动步距扩大。
有些矿井在日常推进速度条件下采煤工作面来压不明显，高产后出现大面积来压现象就是这个原因。
此时如不注意加强支护，就容易发生区域性冒顶事故。
３、采空区处理方法采用强制放顶措施处理采空区，可减岩梁厚度及运动步距（包括c值和b值）。
采用充填法处理采空区，可减少岩梁运动空间，使运动不明显。
因此采空区处理方法必须根据所控制的顶板类型和需要加以选择。