采煤工作面矿山压力及其显现

（一）支承压力 支承压力是在岩体中开掘巷道和在煤层进行采煤时，巷道两侧或采煤工作 面周围煤壁内形成的高于原岩应力的垂直集中应力。工作面的开采活动破坏了 上覆岩层的应力平衡状态，引起了应力重新分布，在工作面附近形成了应力升 高区和应力降低区。应力升高区内顶板岩层对煤层的压力就是支承压力，实质 上是应力降低区上方悬伸的基本顶及其上覆岩层的质量引起的。

（二）采煤工作面周围支承压力分布 1.工作面前后方支承压力 （1）工作面前方支承压力区是从工作面煤壁前2～3m处开始，一直延伸到20～ 30m 或更大的范围。压力的峰值区，约在距煤壁 4～10m 处，峰值的大小可比原岩应 力高 1～3 倍。该区在工作面两巷基本上属于要求超前加强支护的范围。 （2）工作面后方支承压力远比工作面前方支承压力小，具体分布形状与采空 区处理方法有关，如图 3-3 所示

（3）工作面前后方支承压力随着工作面推进而不断向前移动，所以也称它 1 一刀柱法；2 一垮落法或充填法；3 一坚硬顶板壁顶时；4 一其他 图 3-3 不同采空区支撑条件下工作面前后支承压力分布41 为移动支承压力。 （4）应力降低区位于工作面前后方支承压力区之间，工作面正处于该范围内。

2.工作面上下方及原切眼附近煤体上支承压力 在走向长壁工作面沿倾斜上下方及工作面后方原切眼附近煤体上，同样可 形成支承压力。它并不随采煤工作面的推进而 发生明显变化，所以又称为固定支承压力。固 定支承压力的分布形式和移动支承压力相比， 其峰值深入煤体内的距离较远，影响范围则较小。此外，上方支承压力和下方相比，上方的 影响范围比下方稍大。 工作面上下方及工作面后方原切眼附 近煤体上的固定支承压力是工作面采空区 周围支承压力的组成部分，其分布形式如 图 3-4 所示。  

（一）采空空间上方岩层的分带 用全部垮落法处理采空区后，采空区上方的 顶板岩石必然会垮落、堆积、碎胀、充填采空区， 对上方岩层起到一定的支撑作用。由于充填的饱满、 密实程度与原有煤层相比有很大差异和不足，所以 采空空间上方的岩层一般都将发生移动，自下而上 形成垮落带、裂隙带和弯曲下沉带，如图 3-5 所示。

（二）上覆岩层在工作面推进方向的发展规律 1.直接顶初次垮落 1 一工作面前方支承压力；2、3、4 一工作面上下方及后方支承压力 图 3-4 采空区周围支承压力分布 图 3-5 采空区上方岩层 划分为“三带“42 长壁采煤工作面从切眼开始采煤后，直接顶的悬露跨度不断增加，在自重 作用下的弯曲下沉也不断增大。一般在直接顶跨距达 6～20m 后，直接顶开始垮 落。当直接顶的垮落厚度达到采高的 1.5～2 倍（达不到时可采用人工强制放顶 的措施）、垮落长度达到采煤工作面长度一半以上时，称为直接顶初次垮落。 直接顶初次垮落时的跨距称为初次垮落步距如图 3-6 所示。

直接顶本身的岩层强度有大有小，直接顶内还可能存在各种裂隙，所以初 次垮落步距的大小相差比较大。 2.基本顶初次来压 直接顶初次垮落后，采煤工作面继续向前推进，随着每次回柱放顶，采空 区上方的直接顶也就随着垮落下来。顶 板垮落破碎后体积要增大，破碎后的体 积与原体积的比值称为岩石的碎胀系 数。岩石刚破碎时的碎胀系数一般为 1.25～1.5。如果直接顶厚度等于或大 于采高的 2～4 倍，直接顶垮落后就能 把采空区填满，如图 3-7 所示。随着垮 落的直接顶被压实，基本顶岩层会下沉、弯曲、断裂，但这些活动对工作面影响很小，即基本顶来压的显现在工作面不明显。 如果直接顶垮落后填不满采空区，开始时基本顶在采空区上方呈双固定支 点梁状态，基本顶岩梁把自身及其上覆岩层的质量都压到工作面周围的煤柱上， 这时工作面还不会受到基本顶压力的影响

随着工作面的继续推进，基本顶岩梁的跨度越来越大，基本顶就会逐渐弯 曲下沉，当双固定支点梁达到极限跨距时会断裂下沉，如图 3-8a 所示。 这时工作面顶板下沉加快，煤壁片帮严重， 支柱受力增大，当采煤工作面过基本顶断 裂线时，甚至会发生顶板出现台阶下沉的 现象，如图 3-8b 所示。

这是工作面自开始 采煤以来基本顶的**次来压，称为基本 顶初次来压。切眼到基本顶初次来压时工 作面推进的距离称为基本顶初次来压步 距，一般为 20～35m。此后，工作面进入正 常采煤时期。 3.基本顶周期来压 基本顶初次来压后，随着工作面的继续 推进，基本顶岩梁会发生周期性的断裂下沉， 工作面内也周期性出现顶板下沉加快、煤壁 片帮严重、支柱受力增大，甚至顶板出现台 阶下沉等现象，称为基本顶周期来压（图 3-9）。基本顶岩梁周期性断裂的距离称为老 顶周期来压步距，一般为基本顶初次来压步距的 1／2～1／4。