第四章 采场矿山压力显现基本规律

1、顶板压力估算常用方法
1、经验估算法
按照支架承受载荷的原则，可将工作面支架受力情况简化为如图所示。

即支架受力一是直接顶的载荷，二是老顶通过直接顶作用于支架的载荷。

其中，
2、 从老顶形成结构的平衡关系估算
此种估算法认为直接顶的载荷应由支架全部承受，而老顶岩层由于能形成结构，因此支架所承受的载荷仅是当老顶岩层结构失稳时所形成。

失稳的方式有两种，其一是滑落失稳，其二是变形失稳。

（1） 从老顶结构的滑落失稳估算顶板压力
根据老顶的平衡规律，控制老顶滑落失稳时，作用于支架上的力为;
，kN
式中：——岩块A与B的重量及其载荷，kN；
L i0——相当于B岩块（悬露的岩块）的长度，m；
Q i0——相当于B岩块的重量及载荷，kN；
H——老顶岩层厚度，m；
δ——B岩块的下沉量，m；
、——岩块的破断角与内摩擦角，（°）。

（2）由老顶破断岩块结构的变形失稳估算顶板压力
很多学者认为，老顶的位移量与对支架形成的载荷呈双曲线关系，因而提出p与的乘积是常数的概念。

为此，老顶对支架的作用载荷为式中：Δh0——实测所得回采工作面顶板下沉量；
Δh i——要求控制的回采工作面顶板下沉量；
K0——顶板下沉量为Δh0时，老顶岩梁在控顶距范围内的作用力。

式中：m E为老顶岩梁厚度；γE为老顶岩梁的体积力；L E为老顶岩梁
的跨度；L为控顶距；K T为支架承担岩梁重量的系数。

3、威尔逊估算法
估算顶板压力时只考虑直接顶的形状与载荷，因为载荷作用力的位置与支架可能形成的最大反力的作用位置不一定一致，所以引入由于支架与围岩相互平衡而产生的附加力的概念。

式中：Q1、Q3、P——直接顶载荷、附加力、顶板压力；
l P、l、r——直接顶载荷、附加力、顶板压力的力臂。

2、试述影响矿山压力显现的主要因素
①煤层采高及回采工作面控顶距。

在一定的地质条件下，回采工作面顶板下沉量与采高及控顶距成正比。

采高越大，采出的空间越大，必然导致采场上覆岩层破坏越严重，从而矿山压力显现越严重；采高越低，顶板活动越缓和，煤壁也较为稳定。

控顶距越大，矿山压力显现也越严重。

②工作面推进速度。

工作面推进速度越慢，矿山压力显现越严重。

在工作面推进速度较慢的情况下，加快工作面的推进速度可以减小顶板的下沉量，改善顶板状况。

但是当工作面的推进速度提高到一定的程度后，顶板下沉量的变化将逐渐减小。

因此用加快工作面推进速度的办法减少顶板下沉量是有一定限度的。

③开采深度。

随着开采深度的增加，一部分矿山压力显现增大，如煤壁上的支承压力增大，冲击地压，煤壁片帮及底鼓等现象加剧。

但对回采工作面顶板下沉量及支架上所承受的载荷并没有明显的影响，这是因为回采工作面空间总是在上覆岩层结构的保护之下的结果。

④煤层倾角。

由于煤层倾角的变化，顶板岩层重量在垂直于岩层层面的分力也发生变化。

煤层的倾角增大，垂直层面的分力减小，顶板的下沉量也减小。

但煤层倾角的增大会使采空区内的冒落矸石沿倾斜向下滑动，因而会引起上覆岩层移动规律的变化。

⑤分层开采。

开采第一分层时，矿山压力显现于开采单一煤层时基本相同。

开采下部分层时，工作面顶板为已冒落的破碎岩石，因而导致老顶来压步距减小，来压强度减弱；支架承受载荷减小；顶板下沉量增大；顶板破碎且难以管理等现象。

3、我国厚煤层开采的主要方法有哪些？其各自的矿压显现的主要特点和顶板控制的主要难点是什么？
★放顶煤采煤法。

矿压特点：支承压力分布范围大；综放面支架载荷不大，周期来压现象不明显，初次来压强度不大；回采巷道的矿压显现较分层多次开采
缓和；前柱工作阻力大于后柱工作阻力。

难点：无法看到顶煤的放煤过程，放煤步距和放煤时间比较难控制。

★大采高一次采全厚采煤法。

矿压特点：端部冒落和煤壁片帮比较突出；周期来压强度有所增大，支架载荷增大，动载系数增大；
难点：煤壁片帮和冒顶的控制，以及支架稳定性控制比较难。

★倾斜分层长壁采煤法。

矿压特点：下分层巷道要受到多次采动影响，巷道围岩变形强烈、破坏严重；开采下分层时，直接顶已经破碎，易冒落。

难点：多次动压影响是控制的难点。

急倾斜厚煤层方法有：水平分层、水平分段、斜切分层。