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第一节采煤工作面与采区巷道矿山压力显现规律及应用一、采煤工作面采动后压力显现的状况由于岩层本身的重量以及地质构造等因素，使岩体中存在有一定的应力，称之为原岩石应力，未经采动的岩体内原应力处于平衡状态。
工作面回采时，随着采空范围的增大，上覆岩层产生变形挠曲直至破坏冒落后，岩体内的应力将重新分布，并趋于新的平衡。
（一）开采后采煤工作面上覆岩层活动特征顶板岩层的垮落，首先在于顶板岩层的破断、而后在于破断岩块的失稳。
1、老顶的初次断裂老顶岩层悬露时的情况可近似地视其为“板”。
其四周的支承条件则决定于四周采空的情况及煤柱的宽度。
老顶岩层中，最大的弯矩绝对值发生在长周边的中点，即工作面中部上方顶板岩石中。
因而，顶板岩层达到极限垮落时，首先在工作面中部上方岩层中形成平行于工作面方向的裂缝。
其断裂过程，先由长边中间沿工作面方向向两端扩展，而后由短边中间沿煤柱向两端扩展，裂缝在拐角处呈弧形，形成贯通，老顶岩层中间部分形成X型破坏，随着破坏时岩块间的失稳状态，形成了对回采工作面空间安全上的不同威胁。
2、采煤工作面回采期间岩层移动的特点随着回采工作面的推进，老顶初次断裂后，上覆岩层也将逐步活动，上覆岩层的破坏状态可分为冒落带、裂隙带及弯曲下沉带。
（二）采煤工作面矿山压力对采区巷道的影响采煤工作面开采中打破了岩石原有的平衡状态，同时也破坏了原有应力分布状态，从而使岩块冒落，或使开采空间处于高度应力状态。
1、采煤工作面周围支承压力分布采煤工作面在开采过程中，导致围岩内的应力不断地趋于新的相对平衡状态。
由于采掘空间原被采物承受的载荷转移到周围支承体上而形成的压力，称作支承压力。
回采工作面支承压力，常以其分布的范围、形式和峰值大小表示其显现特征。
前支承压力（曾称移动支承压力）——指采煤工作面煤壁前方形成的支承压力，它随着工作面的推进而不断向前移动。
前支承压力作用时间较短，且位置不断变化。
回采工作面推过一定距离后，采空区的冒落矸石有松散状态进入压实状态，此时所形成的最高应力峰值，根据上覆岩层形成的结构状态，前支承压力峰值的位置可深入煤体内2~10m，其影响范围可达到工作面前方90~100m。
1、试述采区（采准）巷道矿山压力显现的基本规律图6 区段平巷围岩变形I—掘巷影响区 II—掘巷影响稳定区 III—采动影响区 IV—采动影响稳定区V—二次采动影响区答：采区巷道从开掘到报废，经历采动造成的围岩应力重新分布，围岩变形持续增长和变化，以受到相邻区段回采影响的工作面回采巷道为例，围岩变形经历五个阶段。
（1）巷道掘进影响阶段I：煤体内开掘巷道后，巷道围岩出现应力集中，在形成塑性区的过程中，围岩向巷道空间显著位移，但随着巷道掘出时间的延长，围岩变形速度逐渐衰减，趋向缓和，所以该阶段矿山压力显现较弱，显现时间短。
巷道围岩变形量主要取决于巷道埋藏深度和围岩性质。
（2）掘进影响稳定阶段II：掘巷引起的围岩应力重新分布趋于稳定，由于煤岩一般具有流变性，围岩变形会随时间而缓慢增长，但其变形速度会比掘巷初期要小的多，巷道围岩变形速度仍取决于埋藏深度和围岩性质。
（3）采动影响阶段III：巷道受上区段工作面的回采影响后，在回采引起的超前移动支承压力作用下，巷道围岩应力再次重新分布，塑性区显著扩大，围岩变形显著增长。
巷道围岩性质、护巷煤柱宽度及巷旁支护方式、工作面顶板岩层结构对该时期围岩变形量影响很大。
（4）采动影响稳定阶段IV：回采引起的应力重新分布趋于稳定后，巷道围岩的变形速度再一次降低，但仍高于掘进影响稳定阶段的变形速度，围岩变形量按流变规律缓慢增长。
（5）二次采动影响阶段V：巷道受本段回采工作面的回采影响时，由于上区段残余支承压力，本区段工作面超前支承压力相互叠加，巷道围岩应力急剧增高，引起围岩应力重新分布，塑性区扩大，应力的反复扰动，使围岩变形比上一次采动影响更加剧烈。
2、试述区段巷道矿山压力显现的基本规律答：（1）煤体—煤体巷道服务期间内，围岩的变形将经历巷道掘进影响、掘进影响稳定和采动影响三个阶段。
由于巷道在采面后方已经废弃，巷道仅经历采面前方采动影响，围岩变形量比采动影响阶段全过程小的多，一般仅1/3左右。
十一月份综采工作面矿压观测分析报告本月通过对33405综采工作面矿压观测，掌握了该工作面煤层顶板初次来压和周期来压步距、工作面支架支护强度、围岩破坏活动过程煤壁中应力变化大小和应力影响范围。
为工作面现场管理提供完善、准确的资料，以直接指导生产实践和解决施工生产问题。
一、煤质和煤层赋存情况，该工作面所采(3+4)#煤层是二叠系下统山西组主要可采煤层，根据现有巷道揭露的煤层资料分析，该面煤层结构简单，煤层属稳定煤层，煤层厚度为 3.65m。
煤层倾角3°～7°平均6°。
1、煤层顶、底板情况：（１）、顶板：顶板依次为伪顶、直接顶、基本顶。
伪顶为灰黑色碳质泥岩，泥质结构，薄层状构造，厚度平均约为0.18m；直接顶为黑色砂质泥质结构，泥质结构，薄层状构造，斜层理较发育，底部含碳质，厚度平均约为7.75m；基本顶为灰色粉砂岩、中间含中粒砂岩，为粉砂状结构，薄层状构造，厚度平均约为8.05m。
（２）、底板：直接底板为灰黑色泥岩，泥质结构，薄层状构造，厚度平均约8.5m。
3#+4#煤层顶板以泥岩为主，抗压强度平均13.8MPa；抗拉强度平均0.95MPa；单项抗剪强度平均6.79 MPa；底板也多为泥岩，抗压强度平均10.6MPa。
2、地质构造：据掘进揭露的地质资料分析，33405工作面煤层整体形态为一单斜构造，工作面沿倾向布置，从工作面巷道揭露资料看，该面地质构造相对简单，古河床冲刷带和F28正断层横穿整个工作面。
工作面里段为易冒落的顶板，顶板随回采而垮落，顶板来压比较稳定。
二、原始记录汇总：①工作面支架支护载荷的观测根据，33405工作面的顶板支护动态监测记录：每5天进行一组数据分析，数据平均值如下：1-5:16.68 Mpa、6-10:20.1Mpa、11-15:20.86 Mpa、16-20 21.94Mpa、21-25:20.34MPa、26-30:22.5 Mpa, 本月共出现4个压力峰值，分别是6日的25.1Mp、12日的20.2 MPa、22日的28MPa、28日的29.2Mpa，其它时间都相对平缓。
煤矿开采矿压显现规律及巷道支护技术摘要：随着支护材料和采煤设备的不断发展，矿压的防治技术也越来越成熟。
然而，常用的分段保护煤柱工作面布置技术从根本上制约了矿区煤炭回收率的进一步提高，需要优化传统的长壁开采工作面布置技术。
沿空留巷技术作为一种无煤柱开采方法，可以消除工作面开采过程中断面煤柱的设置，在确保安全矿压的前提下，供邻近工作面连续使用。
关键词：煤矿开采；矿压显现规律；巷道支护技术1.顶板切割卸压采空区沿空留巷支护技术顶板切割卸压采空区沿空留巷支护技术的核心是沿工作面前进方向采用双向集中张拉的支护技术，通过切断采空区顶板与巷道顶板之间的水平应力传递，逐步抵抗矿井围岩压力。
在回采巷道顶板网格支架的加固支护下，工作面开采后顶板切缝的两侧之间将形成应力差。
通过工程经验可知，保留巷道的顶板变形可以使得整体工作面振动得到控制，而采空区顶板会及时沿顶板切缝塌陷，采空区顶板塌陷产生的煤矸石可以有效地支撑上覆岩层，防止产生综采工作面的冒顶片帮。
2.复合顶板的矿压显现的特点复合顶板，又称分离顶板，是煤矿常见的顶板结构之一，它通常由1层以上的软或硬岩层组成。
在不同的结构条件下，顶板特征是不同的，复合顶板支护是目前国内外巷道支护领域的难题之一。
该类顶板所显现出的矿压特性也具有一定的复杂性。
复合顶板通常具有软、弱、薄3大特点。
顶板中弱夹层的高度直接影响整体力学性能。
根据复合顶板的结构特点，可将其分为3种类型：上软下硬型、中硬组合型、上硬下软型。
在传统的长壁开采巷道布置中，上软、下硬顶板在工作面开采后和采空区冒顶前没有明显的超压报警，顶板冒落速度较快，冒落面积和冒落强度也较大，对工作面液压支架支护强度和巷道超前支护要求较高。
上硬、下软顶易发生冒顶事故。
此外，在工作面正常开采前进的情况下，在这种顶板条件下，采空区容易发生工作面开采后顶板首次垮落，但首次垮落产生的矸石难以充填采空区。
也就是说，矿压显现规律表明上部坚硬地层将在煤层内大面积悬浮，随后的顶板压力仍将处于一个较高的峰值。
1、顶板压力估算常用方法1、经验估算法按照支架承受载荷的原则，可将工作面支架受力情况简化为如图所示。
即支架受力一是直接顶的载荷，二是老顶通过直接顶作用于支架的载荷。
其中，2、 从老顶形成结构的平衡关系估算此种估算法认为直接顶的载荷应由支架全部承受，而老顶岩层由于能形成结构，因此支架所承受的载荷仅是当老顶岩层结构失稳时所形成。
失稳的方式有两种，其一是滑落失稳，其二是变形失稳。
（1） 从老顶结构的滑落失稳估算顶板压力根据老顶的平衡规律，控制老顶滑落失稳时，作用于支架上的力为;，kN式中：——岩块A与B的重量及其载荷，kN；L i0——相当于B岩块（悬露的岩块）的长度，m；Q i0——相当于B岩块的重量及载荷，kN；H——老顶岩层厚度，m；δ——B岩块的下沉量，m；、——岩块的破断角与内摩擦角，（°）。
（2）由老顶破断岩块结构的变形失稳估算顶板压力很多学者认为，老顶的位移量与对支架形成的载荷呈双曲线关系，因而提出p与的乘积是常数的概念。
为此，老顶对支架的作用载荷为式中：Δh0——实测所得回采工作面顶板下沉量；Δh i——要求控制的回采工作面顶板下沉量；K0——顶板下沉量为Δh0时，老顶岩梁在控顶距范围内的作用力。
式中：m E为老顶岩梁厚度；γE为老顶岩梁的体积力；L E为老顶岩梁的跨度；L为控顶距；K T为支架承担岩梁重量的系数。
3、威尔逊估算法估算顶板压力时只考虑直接顶的形状与载荷，因为载荷作用力的位置与支架可能形成的最大反力的作用位置不一定一致，所以引入由于支架与围岩相互平衡而产生的附加力的概念。
式中：Q1、Q3、P——直接顶载荷、附加力、顶板压力；l P、l、r——直接顶载荷、附加力、顶板压力的力臂。
2、试述影响矿山压力显现的主要因素①煤层采高及回采工作面控顶距。
在一定的地质条件下，回采工作面顶板下沉量与采高及控顶距成正比。
采高越大，采出的空间越大，必然导致采场上覆岩层破坏越严重，从而矿山压力显现越严重；采高越低，顶板活动越缓和，煤壁也较为稳定。
巷道受采动影响巷道矿压显现规律一、巷道位置类型根据巷道与回采空间相对位置及采掘时间关系不同，巷道位置分为以下几种类型：（1）本煤层巷道（2）位于回采空间所在层面下方的巷道称为底板巷道，位于回采空间所在层面上方的巷道称为顶板巷道。
（3）厚煤层中、下分层以及相邻煤层中的煤层巷道，有可能同时受到本分层和上分层以及相邻煤层回采工作面的采动影响。
二、区段巷道的位置和矿压显现规律（一）区段巷道的布置方式根据区段回采的准备系统，区段巷道可分成三种布置方式。
（1）煤体-煤体巷道(图6-7Ⅰ)。
（2）煤体-煤柱（采动稳定）巷道(图6-7Ⅱ1)；煤体-煤柱（正采动）巷道(图6-7Ⅲ1)。
（3）煤体-无煤柱（沿空掘进）巷道(图6-7Ⅱ2)；煤体-无煤柱（沿空保留）巷道(图6-7Ⅲ2)。
图6-7 区段巷道布置方式示意图a—煤柱护巷；b—无煤柱护巷（二）区段巷道矿压显现规律（1）煤体-煤体巷道服务期间内，围岩的变形将经历三个阶段，即巷道掘进影响阶段、掘进影响稳定阶段和采动影响阶段。
（2）煤体-煤柱或采空区（采动稳定）巷道服务期间，围岩变形经历巷道掘进影响阶段、掘进影响稳定阶段和采动影响阶段（工作面前方采动影响）。
但巷道整个服务期间内，始终受相邻区段采空区残余支承压力影响，三个影响阶段的围岩变形均大于煤体-煤体巷道。
（3）煤体-煤柱或无煤柱（正采动）巷道服务期间，围岩的变形将经历全部的五个阶段。
围岩变形量远大于煤体-煤体巷道和煤体-煤柱或无煤柱（采动稳定）巷道。
（三）厚煤层中下分层区段巷道布置和矿压显现规律中、下分层巷道如果位于上分层一侧已采的煤体附近，上分层煤体的支承压力，对下部分层巷道会产生一定影响。
它的影响程度与巷道和上分层煤体边缘之间的水平距离有关。
一般情况下，水平距离超过2m影响已不明显。
中、下分层巷道如果位于上分层两侧均已采空的煤柱附近，由于受到上分层煤柱支承压力叠加的强烈影响，围岩变形显著。
为了改善这种巷道的维护，要求巷道与上分层煤柱边缘保持的5～10m的水平距离。
