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[摘要]本文主要阐述了煤矿分层开采与综采放顶煤时的矿压显现特点等问题。
[关键词]分层开采；综采放顶煤；矿压显现；特点
中图分类号:TD82 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2013)28-0285-01
1、分层开采时矿压显现的特点
开采第一分层，顶板管理方法与普通单一煤层开采无太大的区别。在开采以下各分层时，工作面顶板就变成了在第一分层开采时冒落的岩块。这样，破碎的顶板要给顶板管理工作带来困难。
以前，在回采第二分层及以下各个分层时，为避免破碎岩块塌落，一般分层间留下一定厚度的煤层以此护顶。而采用此方法煤炭资源损失较大，还不能保证安全。在长期的生产实践中逐步创造了用木板、金属网代替煤皮，人为形成一层顶板，一般称为人工假顶。在不同条件下，有些较软的具有一定黏结性的岩石(如页岩等)冒落后，在上覆岩层重力的压力下加上水及黄泥浆的作用，能重新结成整体形成顶板，即再生顶板。所以，分层开采时控制的顶板一般是人工假顶及其上部的破碎岩块或是再生顶板。
不管是人工假顶还是再生顶板，它的整体强度和稳定性都较差，还与上位基本顶之间的黏结力较小，可能与基本顶岩石离层在支承压力和支架的支撑作用下，顶板会更加破碎。这时如果受到水平方向力的作用，顶板可能推倒支架，出现推垮型冒顶。
第一分层开采后，垮落的顶板岩层经过一次压实过程。开采第二分层时，顶板垮落时的碎胀系数可能较小，所以，形成的冒落带高度比回采第一分层要大一些，第一分层开采时形成的裂隙带岩层，这时会部分转化为冒落带。假如在原裂隙带中有一层较为厚而坚硬的岩层，冒落带的高度也可能变化不太大。开采第一分层时，基本顶岩层经历了一次悬露、破裂与折断，岩块之间的咬合处也经历了一次变形过程，使其完整性受到一定的破坏。在开采第二分层时，有的矿山压力现象会减弱，有的矿山压力现象可能加剧。通常，下分层的矿压显现与上分层相比有以下几个特点：
（1）基本顶来压步距较小、强度较低。
（2）支柱载荷变较小
经大量统计，无论采用液压自移支架还是单体支柱，第二分层的支架载荷要比第一分层小，有时低于35%左右。
（3）顶板下沉量变大。
为了控制分层开采时顶板中坚硬岩层运动时出现的危害，有时可采用改变开采顺序的办法。
对分层开采中的矿山压力显现规律，要按具体条件进行分析。有些现象还要进行研究和实验。
2、综采放顶煤时的矿压显现特点
在煤矿开采过程中的矿山压力实测表明，放顶煤工作面矿山压力显现要小于单一煤层开采或厚煤层分层开采第一分层工作面的矿压显现，具体表现在以下几个方面。
2.1 支架载荷
具有代表性开采条件下的放顶煤开采工作面支架工作阻力实测结果如下：A煤矿煤层厚度6m-7m，煤层倾角4°~6°属于中硬煤层，硬度系数f为2.7；B煤矿煤层厚度8m-10m、煤层倾角10°-15°，煤层极软，f为0.1-0.3；C矿煤厚8m-12m，平均倾角27°，最大达到37°，f为0.6～1.2；D矿为急倾斜厚煤层，倾角55°，煤层最大厚度70m，属软煤层，f为0.7-1。虽然这些矿区放顶煤工作面开采条件相差很远，有近水平煤层、缓倾斜煤层，也有倾斜煤层和急倾斜煤层，煤层厚度6m-12m,急倾斜煤层用水平分段开采，煤最软的硬度系数为0.1，而在开采过程中支架上反映的顶板压力均不明显，只为支架设计的额定工作阻力的一半。
不管在何种地质条件下，放顶煤工作面支架承受的顶板压力都小于分层开采时支架所承受的外力，放顶煤工作面对支架支撑强度无特定要求。
2.2 周期来压
放顶煤工作面矿山压力观测资料表明，在放顶煤开采过程中工作面还存在初次来压和周期来压现象，总的特征是来压强度小于单一煤层或上分层开采时的来压强度。
在放顶煤工作面内周期来压动载系数变小，表明基本顶来压强度变弱，基本顶失稳时对工作面的影响程度变弱。
上分层开采的工作面，支架直接支护对象是直接顶，基本顶失稳的作用力是通过直接顶作用在支架上的。在放顶煤工作面内基本顶的作用力是通过直接顶和顶煤作用在支架上，因顶煤的强度要比直接顶的强度小，在上覆岩层的作用下，在顶煤内出现众多节理裂隙逐步把外力传递到更深处的工作面前方煤体内，减缓了支架受力状态。
平衡的关键条件是直接顶破碎高度在厂块处达到能够维持厂块的稳定平衡状态。随着工作面的不断推进，基本顶岩块发生转动失稳，可能导致工作面周期来压。
对放顶煤工作面，随着采煤机进刀割煤，支架前移，顶煤破碎垮落暂时充填采空区，保持了直接顶和基本顶的稳定性。在打开支架放煤口放煤时，顶煤的不断放出，采空区空间不断增大，直接顶、基本顶在失去破碎顶煤支承的情况下，开始不断从下向上垮落直至破碎顶板矸石充满放空区。此时基本顶岩层还是保持块体咬合平衡状态，形成稳定结构的岩层要比分层开采时高一倍。同时，形成的半拱平衡结构与分层开采相对工作面的距离也要远。咬合平衡结构随着工作面不断推进可能会出现周期性失稳，在工作面表现为周期来压。这与分层开采周期来压相比，因其失稳结构相对远离工作面，在工作面体现出的来压强度相对变弱。
2.3 端面冒落
工作面顶板破啐反映了工作面的支撐性能，也反映了顶板的稳定性。在工作面破碎度在1/3左右时，顶板破碎，支架上方冒空，支架失去支撑对象达不到对上方岩层的控制，顶板岩层在外力作用下进一步垮落冒顶，造成整个工作面处于恶性循环的支护状态。
支架端面的稳定性除与支架选型相关外，一般取决于顶板的自身稳定性和完整性。放顶煤工作面支架直接支护的物体是顶煤，而煤体的自身稳定性通常比较差，再加上支架在前移时的反复支撑作用，顶煤在支架端面可能有冒落危险。例如，某煤矿在上分层开采时，工作面顶板平均破碎度为18%，在下分层放顶煤工作面内破碎度达27.6%；又如一煤矿某上分层工作面顶板冒落破碎度为3.6%，而另一放顶煤工作面顶煤则为12.7%。所以，在放顶煤工作面内，加强支架端面管理非常重要。
参考文献
[1] 徐永圻：煤矿开采学，徐州，中国矿业大学出版社，2009.7.
[2] 阎海鹏、黄江宁、刘毅：采煤工艺，徐州，中国矿业大学出版社，2009.5.
[3] 杜计平：开采方法，徐州，中国矿业大学出版社，2006.7.
[关键词]分层开采；综采放顶煤；矿压显现；特点
中图分类号:TD82 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2013)28-0285-01
1、分层开采时矿压显现的特点
开采第一分层，顶板管理方法与普通单一煤层开采无太大的区别。在开采以下各分层时，工作面顶板就变成了在第一分层开采时冒落的岩块。这样，破碎的顶板要给顶板管理工作带来困难。
以前，在回采第二分层及以下各个分层时，为避免破碎岩块塌落，一般分层间留下一定厚度的煤层以此护顶。而采用此方法煤炭资源损失较大，还不能保证安全。在长期的生产实践中逐步创造了用木板、金属网代替煤皮，人为形成一层顶板，一般称为人工假顶。在不同条件下，有些较软的具有一定黏结性的岩石(如页岩等)冒落后，在上覆岩层重力的压力下加上水及黄泥浆的作用，能重新结成整体形成顶板，即再生顶板。所以，分层开采时控制的顶板一般是人工假顶及其上部的破碎岩块或是再生顶板。
不管是人工假顶还是再生顶板，它的整体强度和稳定性都较差，还与上位基本顶之间的黏结力较小，可能与基本顶岩石离层在支承压力和支架的支撑作用下，顶板会更加破碎。这时如果受到水平方向力的作用，顶板可能推倒支架，出现推垮型冒顶。
第一分层开采后，垮落的顶板岩层经过一次压实过程。开采第二分层时，顶板垮落时的碎胀系数可能较小，所以，形成的冒落带高度比回采第一分层要大一些，第一分层开采时形成的裂隙带岩层，这时会部分转化为冒落带。假如在原裂隙带中有一层较为厚而坚硬的岩层，冒落带的高度也可能变化不太大。开采第一分层时，基本顶岩层经历了一次悬露、破裂与折断，岩块之间的咬合处也经历了一次变形过程，使其完整性受到一定的破坏。在开采第二分层时，有的矿山压力现象会减弱，有的矿山压力现象可能加剧。通常，下分层的矿压显现与上分层相比有以下几个特点：
（1）基本顶来压步距较小、强度较低。
（2）支柱载荷变较小
经大量统计，无论采用液压自移支架还是单体支柱，第二分层的支架载荷要比第一分层小，有时低于35%左右。
（3）顶板下沉量变大。
为了控制分层开采时顶板中坚硬岩层运动时出现的危害，有时可采用改变开采顺序的办法。
对分层开采中的矿山压力显现规律，要按具体条件进行分析。有些现象还要进行研究和实验。
2、综采放顶煤时的矿压显现特点
在煤矿开采过程中的矿山压力实测表明，放顶煤工作面矿山压力显现要小于单一煤层开采或厚煤层分层开采第一分层工作面的矿压显现，具体表现在以下几个方面。
2.1 支架载荷
具有代表性开采条件下的放顶煤开采工作面支架工作阻力实测结果如下：A煤矿煤层厚度6m-7m，煤层倾角4°~6°属于中硬煤层，硬度系数f为2.7；B煤矿煤层厚度8m-10m、煤层倾角10°-15°，煤层极软，f为0.1-0.3；C矿煤厚8m-12m，平均倾角27°，最大达到37°，f为0.6～1.2；D矿为急倾斜厚煤层，倾角55°，煤层最大厚度70m，属软煤层，f为0.7-1。虽然这些矿区放顶煤工作面开采条件相差很远，有近水平煤层、缓倾斜煤层，也有倾斜煤层和急倾斜煤层，煤层厚度6m-12m,急倾斜煤层用水平分段开采，煤最软的硬度系数为0.1，而在开采过程中支架上反映的顶板压力均不明显，只为支架设计的额定工作阻力的一半。
不管在何种地质条件下，放顶煤工作面支架承受的顶板压力都小于分层开采时支架所承受的外力，放顶煤工作面对支架支撑强度无特定要求。
2.2 周期来压
放顶煤工作面矿山压力观测资料表明，在放顶煤开采过程中工作面还存在初次来压和周期来压现象，总的特征是来压强度小于单一煤层或上分层开采时的来压强度。
在放顶煤工作面内周期来压动载系数变小，表明基本顶来压强度变弱，基本顶失稳时对工作面的影响程度变弱。
上分层开采的工作面，支架直接支护对象是直接顶，基本顶失稳的作用力是通过直接顶作用在支架上的。在放顶煤工作面内基本顶的作用力是通过直接顶和顶煤作用在支架上，因顶煤的强度要比直接顶的强度小，在上覆岩层的作用下，在顶煤内出现众多节理裂隙逐步把外力传递到更深处的工作面前方煤体内，减缓了支架受力状态。
平衡的关键条件是直接顶破碎高度在厂块处达到能够维持厂块的稳定平衡状态。随着工作面的不断推进，基本顶岩块发生转动失稳，可能导致工作面周期来压。
对放顶煤工作面，随着采煤机进刀割煤，支架前移，顶煤破碎垮落暂时充填采空区，保持了直接顶和基本顶的稳定性。在打开支架放煤口放煤时，顶煤的不断放出，采空区空间不断增大，直接顶、基本顶在失去破碎顶煤支承的情况下，开始不断从下向上垮落直至破碎顶板矸石充满放空区。此时基本顶岩层还是保持块体咬合平衡状态，形成稳定结构的岩层要比分层开采时高一倍。同时，形成的半拱平衡结构与分层开采相对工作面的距离也要远。咬合平衡结构随着工作面不断推进可能会出现周期性失稳，在工作面表现为周期来压。这与分层开采周期来压相比，因其失稳结构相对远离工作面，在工作面体现出的来压强度相对变弱。
2.3 端面冒落
工作面顶板破啐反映了工作面的支撐性能，也反映了顶板的稳定性。在工作面破碎度在1/3左右时，顶板破碎，支架上方冒空，支架失去支撑对象达不到对上方岩层的控制，顶板岩层在外力作用下进一步垮落冒顶，造成整个工作面处于恶性循环的支护状态。
支架端面的稳定性除与支架选型相关外，一般取决于顶板的自身稳定性和完整性。放顶煤工作面支架直接支护的物体是顶煤，而煤体的自身稳定性通常比较差，再加上支架在前移时的反复支撑作用，顶煤在支架端面可能有冒落危险。例如，某煤矿在上分层开采时，工作面顶板平均破碎度为18%，在下分层放顶煤工作面内破碎度达27.6%；又如一煤矿某上分层工作面顶板冒落破碎度为3.6%，而另一放顶煤工作面顶煤则为12.7%。所以，在放顶煤工作面内，加强支架端面管理非常重要。
参考文献
[1] 徐永圻：煤矿开采学，徐州，中国矿业大学出版社，2009.7.
[2] 阎海鹏、黄江宁、刘毅：采煤工艺，徐州，中国矿业大学出版社，2009.5.
[3] 杜计平：开采方法，徐州，中国矿业大学出版社，2006.7.