采煤工作面礦山壓力及其顯現

（一）支承壓力 支承壓力是在巖體中開掘巷道和在煤層進行采煤時，巷道兩側或采煤工作 面周圍煤壁內形成的高于原巖應力的垂直集中應力。工作面的開采活動破壞了 上覆巖層的應力平衡狀態，引起了應力重新分布，在工作面附近形成了應力升 高區和應力降低區。應力升高區內頂板巖層對煤層的壓力就是支承壓力，實質 上是應力降低區上方懸伸的基本頂及其上覆巖層的質量引起的。

（二）采煤工作面周圍支承壓力分布 1.工作面前后方支承壓力 （1）工作面前方支承壓力區是從工作面煤壁前2～3m處開始，一直延伸到20～ 30m 或更大的范圍。壓力的峰值區，約在距煤壁 4～10m 處，峰值的大小可比原巖應 力高 1～3 倍。該區在工作面兩巷基本上屬于要求超前加強支護的范圍。 （2）工作面后方支承壓力遠比工作面前方支承壓力小，具體分布形狀與采空 區處理方法有關，如圖 3-3 所示

（3）工作面前后方支承壓力隨著工作面推進而不斷向前移動，所以也稱它 1 一刀柱法；2 一垮落法或充填法；3 一堅硬頂板壁頂時；4 一其他 圖 3-3 不同采空區支撐條件下工作面前后支承壓力分布41 為移動支承壓力。 （4）應力降低區位于工作面前后方支承壓力區之間，工作面正處于該范圍內。

2.工作面上下方及原切眼附近煤體上支承壓力 在走向長壁工作面沿傾斜上下方及工作面后方原切眼附近煤體上，同樣可 形成支承壓力。它并不隨采煤工作面的推進而 發生明顯變化，所以又稱為固定支承壓力。固 定支承壓力的分布形式和移動支承壓力相比， 其峰值深入煤體內的距離較遠，影響范圍則較小。此外，上方支承壓力和下方相比，上方的 影響范圍比下方稍大。 工作面上下方及工作面后方原切眼附 近煤體上的固定支承壓力是工作面采空區 周圍支承壓力的組成部分，其分布形式如 圖 3-4 所示。  

（一）采空空間上方巖層的分帶 用全部垮落法處理采空區后，采空區上方的 頂板巖石必然會垮落、堆積、碎脹、充填采空區， 對上方巖層起到一定的支撐作用。由于充填的飽滿、 密實程度與原有煤層相比有很大差異和不足，所以 采空空間上方的巖層一般都將發生移動，自下而上 形成垮落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶，如圖 3-5 所示。

（二）上覆巖層在工作面推進方向的發展規律 1.直接頂初次垮落 1 一工作面前方支承壓力；2、3、4 一工作面上下方及后方支承壓力 圖 3-4 采空區周圍支承壓力分布 圖 3-5 采空區上方巖層 劃分為“三帶“42 長壁采煤工作面從切眼開始采煤后，直接頂的懸露跨度不斷增加，在自重 作用下的彎曲下沉也不斷增大。一般在直接頂跨距達 6～20m 后，直接頂開始垮 落。當直接頂的垮落厚度達到采高的 1.5～2 倍（達不到時可采用人工強制放頂 的措施）、垮落長度達到采煤工作面長度一半以上時，稱為直接頂初次垮落。 直接頂初次垮落時的跨距稱為初次垮落步距如圖 3-6 所示。

直接頂本身的巖層強度有大有小，直接頂內還可能存在各種裂隙，所以初 次垮落步距的大小相差比較大。 2.基本頂初次來壓 直接頂初次垮落后，采煤工作面繼續向前推進，隨著每次回柱放頂，采空 區上方的直接頂也就隨著垮落下來。頂 板垮落破碎后體積要增大，破碎后的體 積與原體積的比值稱為巖石的碎脹系 數。巖石剛破碎時的碎脹系數一般為 1.25～1.5。如果直接頂厚度等于或大 于采高的 2～4 倍，直接頂垮落后就能 把采空區填滿，如圖 3-7 所示。隨著垮 落的直接頂被壓實，基本頂巖層會下沉、彎曲、斷裂，但這些活動對工作面影響很小，即基本頂來壓的顯現在工作面不明顯。 如果直接頂垮落后填不滿采空區，開始時基本頂在采空區上方呈雙固定支 點梁狀態，基本頂巖梁把自身及其上覆巖層的質量都壓到工作面周圍的煤柱上， 這時工作面還不會受到基本頂壓力的影響

隨著工作面的繼續推進，基本頂巖梁的跨度越來越大，基本頂就會逐漸彎 曲下沉，當雙固定支點梁達到極限跨距時會斷裂下沉，如圖 3-8a 所示。 這時工作面頂板下沉加快，煤壁片幫嚴重， 支柱受力增大，當采煤工作面過基本頂斷 裂線時，甚至會發生頂板出現臺階下沉的 現象，如圖 3-8b 所示。

這是工作面自開始 采煤以來基本頂的**次來壓，稱為基本 頂初次來壓。切眼到基本頂初次來壓時工 作面推進的距離稱為基本頂初次來壓步 距，一般為 20～35m。此后，工作面進入正 常采煤時期。 3.基本頂周期來壓 基本頂初次來壓后，隨著工作面的繼續 推進，基本頂巖梁會發生周期性的斷裂下沉， 工作面內也周期性出現頂板下沉加快、煤壁 片幫嚴重、支柱受力增大，甚至頂板出現臺 階下沉等現象，稱為基本頂周期來壓（圖 3-9）。基本頂巖梁周期性斷裂的距離稱為老 頂周期來壓步距，一般為基本頂初次來壓步距的 1／2～1／4。