坚硬顶板条件下矿压显现特征

1.2.1坚硬顶板条件下采场矿压显现特征

长壁工作面开采坚硬难冒顶板的煤层，在初次来压前坚硬难冒顶板可视为板结构，这时采煤工作面处于“板”结构的保护之下，顶板压力并不显著。周期来压前，工作面上方尚未破坏的基本顶岩层开始呈悬露状态，上覆岩层的重量由基本顶的悬板直接传递给煤壁，此时采煤工作面空间处于“悬板”的保护之下，随着工作面推进，基本顶悬露垮度增加。其挠度增加，致使煤壁内的支承应力亦相应增大，同时表现为煤壁的变形与片帮。其来压规律如下[5]:

（1）初次来压与周期来压步距大，动载系数高。

坚硬难冒顶板采煤工作面初次来压步距一般大于50m，整体厚砂岩或砂岩、砾岩组合顶板则大于60m，甚至可达100m以上，周期来压步距小于初次来压步距，但一般也大于20m。

（2）顶板下沉量非来压期间很小，来压时突然增大，以至于安全阀来不及卸压。

（3）坚硬难冒落顶板的碎胀系数小，一般为1.01~1.1，因此顶板活动波及层位高，垮落带大，且垮落块度也大，顶板呈反台阶悬顶，垮落过程可分为两期，前期活动中，采空区的顶板随着工作面的推进是逐步分层垮落的，在采空区面积明显增大而高位岩层仍为坚硬岩层时，可能出现顶板后期活动，高位岩层呈整体一次切落，并使原来没有垮落的顶板与己垮落顶板接触，冒高又增加20~40m，靠煤柱侧形成明显的悬顶。

（4）顶板来压时，支架后柱的增阻速度和增阻值明显大于前柱，且由于安全阀来不及开启而发生的立柱爆裂事故也多发生在支架后柱，且支架载荷分布不均匀，合力点靠近后排支柱。

（5）工作面周期来压有大小周期之分。下位岩层活动，在小范围内发生，工作面产生不明显的小周期来压；高位岩层的活动，只会发生在大范围悬顶之后，对工作面产生强度较大的周期来压。

（6）坚硬顶板来压时有非常明显的步距差和时间差。

在坚硬顶板开采方面，我国煤炭战线的广大科研学者和工程技术人员，在长期的生产实践中进行了不同尝试，积累了丰富经验，总结出坚硬顶板条件下矿压显现的一般规律，取得了很好的经济效益。如宋永津[6]、靳钟铭、徐林生[7]、钱鸣高编[5]和陈炎光[8]等人对采场围岩控制的研究等等。对于工作面采场力学模型的建立和数值模拟研究方面，有教授和学者己经做了大量的工作。如谬协兴和钱鸣高所建立的采场围岩整体结构与砌体梁力学模型，唐春安，刘红元等利用自行开发的岩层破断过程分析(RFPA)系统模拟了坚硬顶板下煤层开采时岩层的垮落过程，伍永平利用RFPA2D软件和相似模拟实验研究了坚硬顶板超前预爆破顶板弱化技术[9-14]，通过分析不同顶板岩性条件下工作面回采引起的上覆岩层结构变化过程，得出了上覆岩层的垮落特征并总结了坚硬顶板条件下工作面矿压显现规律、工作面超前支撑压力的分布形态和其发展变化趋势[15]。在此基础上，得出强制放顶及顶板高压注水弱化顶板技术能有效地解决坚硬顶板冲击矿压危害，有助于综放安全、高效开采和提髙煤炭资源的回收率，靳钟铭做了关于坚硬顶板控制的数值模拟，吴洪词建立了场空间结构模型及其算法[16-19]。这些模型和算法的建立为坚硬顶板条件下煤层安全、高效回采提供了理论依据。前苏联在坚硬顶板条件下煤层开采和围岩控制方面也进行了深入的研宄。文献[20]基于坚硬顶板长壁工作面初次垮落步距大、周期断裂悬顶长、对采场安全危害严重的特点，系统研究

工作面顶板初次断裂的3种控制放顶方式和周期断裂的合理悬顶长度。文献[21]

系统性的研究了普采工作面坚硬顶板方面的控制，文献[22]对坚硬顶板注水软化机

理进行了深入的研究。

参考文献：

[5]陈炎光，钱鸣高.中国煤矿采场围岩控制[M].徐州:中国矿业大学出版社，1994.

[6]宋永津.控制煤层坚硬难冒顶板技术[M].北京:煤炭工业出版社，2001.

[7]靳钟铭，徐林生.煤矿坚硬顶板控制[M].北京:煤炭工业出版社，1994.

[8]陈炎光，钱鸣高.中国煤矿巷道围岩控制[M].徐州:中国矿业大学出版社，1994.

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