長壁工作麵采動壓力

長壁工作麵采動壓力

工作麵周圍岩（煤）體內的應力和作用在支護物上壓力的統稱，又稱工作麵礦山壓力或礦壓。在工作麵地壓作用下引起的一係列力學現象，如頂板下沉、支架變形與折損、煤壁片幫以及在特殊情況下發生的局部冒頂和頂板沿工作麵煤壁切落（大冒頂）等，稱工作麵地壓顯現或礦壓顯現。
煤係地層是由強度較弱的層狀岩石所組成。隨著工作麵的推進，上覆岩層將引起程度不同的移動，並波及到地表。上覆岩層中由破斷岩塊組合的岩體結構形式及穩定性，是決定工作麵地壓顯現的基本因素。
開采後的上覆岩層可分為冒落帶、斷裂帶和彎曲下沉帶。冒落帶呈規則或不規則排列，高度一般為采高的2～5倍；斷裂帶在冒落帶之上，雖已斷裂成塊，仍整齊排列，在彎曲下沉過程中互相鉸接平衡；彎曲下沉帶位於斷裂帶之上，岩層破壞較小。
從斷裂帶往上存在著一係列岩塊互相鉸接的岩拱，使上覆岩層的重量通過岩拱轉移到工作麵周圍的煤體、煤柱和采空區內逐漸壓實的充填物或垮落矸石上，形成支承壓力，使工作麵支架上的受力遠小於上覆原岩的重量。
頂板 煤層上方的岩層。根據上覆岩層的冒落情況及岩層和煤層的相對位置，可分為：
直接頂 位於煤層之上的一層或幾層岩層。通常為泥質頁岩、頁岩和砂質頁岩等較易冒落的岩層。
偽頂 位於煤層和直接頂之間，和采煤同時冒落的薄層岩層。通常為強度低的碳質頁岩、泥質頁岩等，厚度在0.3～0.5m以下。
老頂 位於直接頂之上的厚而堅固難冒的岩層，少數也有直接位於煤層之上。通常由砂岩、石灰岩和砂礫岩等岩層組成。在采空區上部老頂能維持很大的懸露麵積而不隨直接頂同時冒落。
地壓顯現 隨著工作麵的推進，地壓顯現程度不斷變化。直接頂第一次在采空區的大麵積冒落稱直接頂初次垮落。此時，工作麵切頂線到開切眼煤幫的距離叫初次落頂步距，可用來衡量工作麵頂板的穩定性。老頂第一次的斷裂與下沉稱為初次來壓。它將使工作麵頂板下沉量和下沉速度急劇增加，支架壓力增大，地壓顯現程度比較劇裂。初次來壓後，工作麵每往前推進一定距離。老頂就相應地出現斷裂與下沉，支架壓力增大，工作麵地壓顯現明顯增劇，並呈周期性，稱周期來壓。
初次來壓和周期來壓是長壁工作麵頂板岩層移動過程中的現象。來壓期間,在工作麵采取相應的措施,就能保證安全生產。在煤礦的長壁工作麵，頂板下沉及煤壁片幫等均屬常見的地壓現象。中國的多數頂板02manbetx.com ，發生在老頂初次來壓和周期來壓階段,此時如控製不當,形成局部冒頂和大冒頂，將危及安全，影響生產。
工作麵發生局部冒頂，常是由於局部空頂過大、支護不及時和支架架型選擇不當所致。若支架工作阻力不足，將引起頂板的台階下沉，甚至沿煤壁切落，形成工作麵大冒頂。
當頂板為砂岩、礫岩等厚實性岩層時，頂板常能在采空區懸露數萬甚至數十萬平方米。當煤柱逐步失去支撐能力後，頂板會產生瞬時大麵積冒落，形成強烈震動與暴風，稱頂板大麵積來壓，是礦井的嚴重災害。中國大同煤礦自1956～1980年共發生大麵積來壓達40餘次。
影響工作麵地壓顯現的主要因素有：直接頂、老頂的岩性與厚度，采高，煤層傾角，采深，節理，裂隙與地質構造，工作麵推進速度，煤回采工藝包括支架型式與規格、控頂距大小等參數。
長壁工作麵地壓假說 長壁工作麵地壓現象最一般的科學概括，它對於理論研究和作業指導具有一定的意義。
壓力拱假說 傳播最廣泛的經典假說之一，德國人哈克(W.Hack)和吉利策爾 (G.Gillitzer)於1928年提出。借用巷道頂板岩石的成拱作用，認為長壁采煤工作麵自開切眼起也形成壓力拱,隨工作麵不斷推進而擴大,直至拱頂達到地表為止。此後,壓力拱繼續擴伸（圖1[煤層頂板和底板中的壓力拱]），在工作麵前方煤體內形成前拱腳a；後方垮落岩石上形成後拱腳b。a、b均為應力升高區；工作麵則處於應力降低區。支架承受的壓力僅為上覆岩層重量的百分之幾。底板和頂板一樣，也存在相似的壓力拱。
壓力拱假說能正確解釋圍岩卸載原因，但未能說明岩層變形、移動和破壞的發展過程以及圍岩和支架的相互作用。
懸臂梁假說 它是另一經典假說，受許多學者擁護，是由德國施托克(K.Stke)於1916年提出,後得英國弗蘭德(I.Friend)、蘇聯格爾曼（..）等支持假說認為工作麵和采空區上方的頂板可視為梁，一端固定在前方煤壁