初次来压及周期来压知识点

一、工作面初次来压当工作面从切割眼向前推进，顶板悬露面积随之扩大，直接顶垮落充填采空区，基本顶仍完整地支承在两帮煤壁上，形成双支板梁构件。当板梁垮度随着工作面推进增大到一定的范围，由于基本顶的自重和上覆岩层的作用下，使基本顶断裂垮落。这时，工作面已不再处于基本顶掩护之下，顶板迅速下沉而破碎，通常把基本顶第一次大面积垮落称为初次垮落。由于基本顶初次垮落，使工作面压力增大，故称为初次来压。初次来压对工作面影响一般持续2d～3d。基本顶初次垮落时，工作面距切割煤壁的距离L1称为初次垮落步距或初次来压步距。L1值与基本顶岩性、厚度以及地质构造等因素有关，一般为20m～35m，少数达50m～70m。1）初次来压的特点是：工作面顶板下沉量和下沉速度急增，甚至出现台阶式下沉；顶板破碎；甚至出现沿煤壁平行的裂隙，有时发出巨大的断裂声；支架受力增加，采空区掉块；煤壁严重片帮。2）初次来压时，工作面要采取措施，如沿放顶线加强支护（增设排柱、木垛、斜撑、抬棚）、强制放落顶板等。基本顶初次垮落L1--初次垮落步距二、周期来压基本顶初次垮落后，工作面暂时免除了基本顶下沉的影响，支架受力减轻，基本顶由双支板梁变为悬臂梁。上覆岩层的重量主要由基本老顶悬臂梁直接传给煤壁，部分由垮落的矸石承担。图11—4基本顶周期垮落（来压）示意图L2--周期垮落步距；h—直接顶厚度；m—煤层厚度1)当工作面推进到一定的距离，基本顶悬臂在自重和上覆岩层的作用下，又会产生断裂垮落，这时同样会给工作面带来增压现象。当工作面再继续推进，这部分垮落的基本顶被甩入采空区，工作面又处于基本顶悬梁掩护之下，恢复到前述的状态。继工作面的推进，基本顶的垮落与工作面增压现象重复出现。这种垮落与来压随工作面推进而周期性的出现，称为基本顶周期垮落和周期来压。两次周期来压之间的距离称为周期垮落（来压）步距。周期垮落步距同样与基本顶岩性有关，一般为6m～30m，多数为10m～15m。由于周期来压前，基本顶呈悬梁状态，而初次来压前，基本顶呈双支板梁状态。因此，在工作面内，周期来压步距小于初次来压步距，它们的关系大致为：L2=（1/2～1/4）L12)周期来压特点与初次来压类似。三、顶板下沉在工作面推进过程中，采空区不断扩大，上覆岩层移动下沉而破坏，根据破坏的特征，上覆岩层沿竖直方向自下而上可分为三带：冒落带、裂隙带、弯曲下沉带。在这三带中，冒落带和裂隙带直接关系到工作面的顶板管理，弯曲下沉带对工作面没有多大影响。（一）冒落带易冒落的直接顶，不规则垮落，碎胀的岩块将填满采空区，形成冒落带，支撑老顶。当松软岩层很厚时，冒落的高度可视为直接顶的厚度。当直接顶厚度不大，冒落的岩块填不满采空区，老顶悬空，这种情况下，老顶也将发生部分垮落，使工作面压力增加。图11—5岩层移动推测图(a)岩层内部破坏推测图；(b)裂隙带岩层移动曲线；（c）沿工作面推进方向的分区1—冒落带；2—裂隙带；3—弯曲下沉带（二）裂隙带位于冒落带之上的老顶岩层，总是一端支承在煤壁上，另一端支承在采空区的碎石充填堆上。在上覆岩层的压力作用下，冒落的岩块逐渐压实。因此，上覆岩层也随之逐步弯曲下沉，成段拆断或产生许多裂隙，但不冒落仍整齐排列，形成裂隙带。其厚度根据实测一般为采高（煤层厚度）的7～17倍左右。由于裂隙带内岩层的性质和厚度不一致，所以各层的弯曲下沉量不同，这样必然产生离层现象。如直接顶比较厚，没有全部跨落，而直接顶的强度一般又小于老顶强度，因此，在直接顶与老顶之间也会产生离层。离层现象，往往可能产生冲击地压，引起工作面切顶、折断支架，造成重大事故。裂隙带岩层在水平方向上又可划分为三个区A区：从工作面前方30、40m开始到工作面后方2~4m，该区内顶板变形特点是水平位移剧烈，垂直位移微小，甚至有些情况下，顶板还会有上升现象。显然是由于工作面煤壁支撑使顶板呈张拉变形的结果，所以称煤壁支撑区。B区：从工作面后方2~4m至30m左右，顶板剧烈下沉破断，且各岩层下沉速度由下向上逐渐减小，层与层之间产生离层，称为离层区。C区：工作面后方30m以远，已断裂的岩块又重新受到采空区冒落矸石的支撑，由下向上各岩层的下沉速度逐渐增大，层间进人相互压实的过程称重新压实区。由此可见，A区和C区的岩层分别为煤壁（刚性体）和矸石（柔性体）所支撑，B区的岩层则离层悬空，说明工作面的覆岩中存在着某种“结构”使之实现平衡，而工作面在这种“结构”保护下完成采煤作业过程。工作面支架的任务，就是有效地控制矿山压力并尽可能使其上覆岩层不离层，尤其是直接顶不离层。为此，要求支架有足够的支撑力（工作阻力）和一定的可缩性。支撑力大，可减少上覆岩层下沉量，从而减少离层的可能性，但是支撑力再大，也不可能避免上履岩层的挠曲下沉。因此，要求支架有一定的可缩量，否则支架会被压断。为避免支架折断而产生离层，要求支架可缩量与顶板下沉量一致。(三)弯曲下沉带裂隙带上方直到地表的岩层为弯曲下沉带，这部分岩层不产生裂隙或仅产生极微小的裂隙，并在采空区上方的地面形成一个比开采范围大的空间。