【正文】 裂縫擴展。因此，沖擊礦壓主要有突發(fā)性、瞬時震動性、巨大破壞性、復雜性的顯現(xiàn)特征。由于地下開采活動，使采空區(qū)周圍的應力發(fā)生調(diào)整，引起某些部位應力集中。當采區(qū)周圍巖層或煤層具有較高的彈性與強度時，隨著應力的增大、巖體積累的應變能增高、范圍隨之擴大。當應力達到一定值時，脆性巖層或煤層中開始出現(xiàn)微破裂，同時產(chǎn)生地聲。隨著應力的繼續(xù)增加，微破裂和地聲頻次增加，當微破裂次數(shù)與規(guī)模使之彼此貫通時，煤巖體產(chǎn)生宏觀破裂，并伴隨強烈的震動，即發(fā)生了礦震。同時，煤巖體在強大應力作用下，突然脫離母體瞬間從采空區(qū)垮落，并壓縮空氣產(chǎn)生強大的氣流，從而引起井下巷道的破壞和人員傷亡。6．礦山壓力控制在大多數(shù)情況下，礦壓顯現(xiàn)會給地下開采工作造成不同程度的危害。為使礦壓顯現(xiàn)不影響正常開采工作和保證生產(chǎn)安全，必須采取各種技術措施加以控制，包括對巷道及回采工作空間進行支護，對軟弱或破碎的煤巖進行加固，用各種方法使巷道或回采工作空間得到卸壓，對采空區(qū)進行充填，或用人為的方法使采空區(qū)頂板按預定要求冒落等等。此外，人們對礦山壓力的控制不僅在于消除和減輕礦山壓力對開采工作造成的危害，還包括有效地利用礦壓的自然能量為開采工作服務。例如，依靠礦壓的作用壓松煤體以減輕落煤工作，借助采空區(qū)上覆巖層壓力去壓實已冒落的矸石以形成自然再生頂板等等。所有這些人為地調(diào)節(jié)、改變和利用礦山壓力作用的各種措施，叫做礦山壓力控制。二、煤層頂?shù)装迕簩禹數(shù)装迨侵该合档貙又形挥诿簩由舷乱欢ň嚯x內(nèi)的巖層。按照沉積的順序，在正常情況下，位于煤層之下的巖層是底板；位于煤層之上形成的巖層是頂板。煤層的頂、底巖層的巖石性質(zhì)、地質(zhì)構造、巖石、含水性是煤礦生產(chǎn)中確定支護方式、采空區(qū)處理方法的重要依據(jù)，對煤礦生產(chǎn)和安全管理有著直接影響。根據(jù)頂、底板巖層與煤層相對的位置、垮落性能和強度等特征的不同，從上至下，頂板可劃分為基本頂（又稱老頂）、直接頂、偽頂，底板可分為偽底、直接底和老底。但是，不是每個煤層的頂、底板都具有完整的這六個部分組成的巖層，可能缺失某一個或幾個組成部分巖層。是緊貼煤層之上，～，隨采隨落，多由頁巖、炭質(zhì)巖組成。直接頂是直接位于偽頂或煤層（如無偽頂）之上、具有一定穩(wěn)定性的巖層，厚度一般可達幾米，多由泥巖、頁巖、粉砂巖等較易垮落的巖石組成，常隨支架的回撤而垮落。直接頂按穩(wěn)定性可分為：不穩(wěn)定頂板、中等穩(wěn)定頂板、穩(wěn)定頂板、堅硬頂板?；卷斒俏挥谥苯禹斨匣蛎簩樱ㄈ鐭o直接頂和偽頂）之上的厚而堅硬的巖層。一般在采空區(qū)懸露相當面積后才垮落，常由砂巖、石灰?guī)r等堅硬巖石組成?？煞譃閳杂搽y冒頂板、破碎頂板和復合型頂板。偽底直接位于煤層之下的薄弱巖層，～，多為炭質(zhì)頁巖或泥巖。直接底直接位于煤層或偽底（如沒有偽底）之下的硬度較低的巖層，厚度一般為幾十厘米至幾米，通常為頁巖、泥巖或粘土巖。由于粘土巖遇水易膨脹，當直接底為粘土巖時，可造成底鼓與支架插底的現(xiàn)象，輕者給巷道運輸與工作面支護帶來困難，重者可使巷道遭受嚴重破壞。老底位于直接底下面的比較堅硬的巖層，多為砂巖、石灰?guī)r等。三、工作面頂板來壓煤層開采后，將首先引起直接頂?shù)目迓?。當采煤工作面從開切眼開始向前推進，直接頂懸露面積逐漸增大，在自重和上覆巖層作用下，當達到其極限跨距時開始垮落。直接頂?shù)牡谝淮未竺娣e垮落稱為直接頂初次垮落。如圖2—3－1所示。初次垮落步距為工作面支架切頂線與開切眼之間的距離。其步距的大小由直接頂巖層的強度、分層厚度、直接頂內(nèi)節(jié)理裂隙的發(fā)育程度所決定，它是直接頂穩(wěn)定性的一個綜合指標。如圖2—3－1所示?！苃－直接頂總厚度；m－煤層厚度；△ －間隙；L－直接頂初次跨落步距圖2－3－1直接頂初次跨落2. 基本頂初次來壓直接頂初次垮落后，隨著工作面繼續(xù)推進，基本頂也逐漸離層彎曲下沉。當基本頂懸露長度和面積增加到巖層的自重及上覆巖層的作用力超過它本體的強度時，基本頂就發(fā)生斷裂而垮落?；卷?shù)谝淮伟l(fā)生斷裂下沉引起工作面壓力增大現(xiàn)象叫基本頂?shù)某醮蝸韷?。由于基本頂?shù)谝淮芜\動來壓面積大，強度高，并有可能伴隨發(fā)生動壓沖擊，會給回采工作面帶來較大威脅?；卷敵醮蝸韷簳r，工作面距開切眼煤壁的距離叫做初次來壓步距，如圖2—3－2所示。L1－初次來壓步距圖2－3－2基本頂?shù)某醮蝸韷夯卷攣韷呵?，采煤工作面的頂板壓力并不大，但煤壁?nèi)的支承壓力卻達到了這種情況下的最大值。所以，煤幫的變形與塌落（片幫），常常是預示工作面頂板來壓的一個重要標志。由于煤壁前方強大的支承壓力，可能導致直接頂在煤壁前方形成剪切破壞，從而形成預生裂隙，這對回采工作空間的頂板管理顯然也是不利的?；卷敵醮蝸韷罕容^突然，來壓前回采工作空間上方的頂板壓力較小，因而往往容易使人疏忽大意。初次來壓時，基本頂跨距比較大，影響的范圍也比較廣。初次來壓一般要持續(xù)1～3天。由于基本頂初次來壓對工作面的影響較大，因此必須掌握初次來壓步距的大小，以便及時采取對策。在來壓期間，必須加強支架的支撐力，尤其要加強支架的穩(wěn)定性。3. 基本頂周期來壓隨著采煤工作面的繼續(xù)推進，在基本頂初次來壓以后，裂隙帶巖層形成的結構將始終經(jīng)歷“穩(wěn)定—失穩(wěn)—再穩(wěn)定”的變化，這種變化將呈現(xiàn)周而復始的過程。由于結構的失穩(wěn)導致了工作面頂板的來壓，這種來壓也將隨著工作面的推進而呈周期性出現(xiàn)。因此，由于裂隙帶巖層周期性失穩(wěn)而引起的頂板來壓現(xiàn)象稱之為工作面頂板的周期來壓?；卷斚噜弮纱沃芷趤韷浩陂g工作面的推進距離叫做周期來壓步距。周期來壓的主要表現(xiàn)形式：頂板下沉速度急劇增加，頂板的下沉量變大；支柱所受的載荷普遍增加；有時還可能引起煤壁片幫、支柱折損、頂板發(fā)生臺階下沉等現(xiàn)象。如果支柱參數(shù)選擇不合適或者單體支柱穩(wěn)定性較差，則可能導致局部冒頂、甚至頂板沿工作面切落等事故。預防基本頂來壓造成的事故，主要是準確地判斷基本頂來壓的預兆，及時采取加強支護措施。尤其要保證支架的規(guī)格質(zhì)量，保證一定的支架密度及支架穩(wěn)定性。為了控制劇烈的基本頂來壓，可將工作面與開切眼斜交，此時基本頂懸板呈梯形，根據(jù)頂板達極限跨度時破斷的原理，基本頂?shù)钠茢鄬⒉恢掠谠斐晒ぷ髅嫒鎭韷?，而呈局部來壓。如圖2—3－3所示。圖2－3－3基本頂周期來壓L2－周期來壓步距；a－工作面最小空頂距；h0－基本頂厚度；∑h－直接頂厚度；m－煤層采高四、頂板支護方式（一）采煤工作面頂板支護方式采煤工作面的支護是控制礦山壓力及頂板下沉、防止冒頂事故的一項根本措施。常見的支護方式主要有金屬摩擦支柱配合鉸接頂梁支護、單體液壓支柱和鉸接頂梁支護、液壓支架支護三種。該種支護方式主要應用在炮采及普通機采工作面，在我國目前雖使用較為普遍，但又逐漸被單體液壓支柱和鉸接頂梁配合應用的支護方式所代替。該種支護方式主要用于普通機采工作面，具有操作方便省力，安全可靠，支撐力大等優(yōu)點，比木柱、金屬摩擦支柱更能減少冒頂事故的發(fā)生。液壓支架支護克服了金屬摩擦支柱、單體液壓支柱配合鉸接頂梁支護時的手工操作，勞動強度大，工序多，支、回柱速度慢、效率低、安全性狀況差等缺點。液壓支架具有支護性能好、強度高、移設速度快、安全可靠等優(yōu)點，與可彎曲刮板輸送機和采煤機配合，組成綜合機械化采煤工作面。液壓支架按其與圍巖的相互作用關系一般可為三類，即支撐式、掩護式和支撐掩護式支架。（1）支撐式液壓支架：這種液壓支架是最早的一種類型，應用仍較廣泛。按其構造與動作不同可分為；有垛式和節(jié)式兩種。垛式支架的外形和作用好像木垛一樣，故稱為垛式液壓支架。垛式支架工作阻力大，側向穩(wěn)定性和切頂性能好，工作空間較大，易滿足通風要求。但由于頂梁比較寬長，移架時頂板懸露面積大，在直接頂破碎的條件下使用是困難的。（2）掩護式液壓支架：這種支架的頂梁較短、掩護梁較長，其上下端分別與頂梁和底座鉸接，而立柱一般是支撐在掩護梁與底座之間承受掩護梁上的矸石，故稱為掩護式支架。這種支架防護性能較好，尤其是在破碎頂板情況下更為突出。但支撐力較小、切頂性能較差、工作空間較小，不利于操作和通風。（3）支撐掩護式液壓支架：它是支撐式和掩護式的組合型支架，以支撐為主，同時又有掩護作用，故稱為支撐掩護式支架。這種支架兼有以上兩種支架的優(yōu)點，適應性較寬，近年來獲得廣泛使用。（二）巷道支護方式巷道支護是保證巷道圍巖穩(wěn)定、防止出現(xiàn)圍巖垮落或產(chǎn)生過大變形的根本措施。巷道支護形式主要有架棚支護、噴射混凝土支護、錨桿支護、錨桿聯(lián)合支護、砌碹支護等。1．架棚支護架棚支護包括木支架、金屬支架等形式。木支架一般采用梯形支護形式。一般用于地壓不大、巷道服務年限不長、巷道斷面較小的采區(qū)巷道，也可做為巷道支護的臨時支架。由于該支護形式存在強度低、容易腐朽、木材消耗大等缺點，目前，使用已的很少。金屬支架主要形式有梯形金屬支架、拱形可縮性金屬支架。梯形金屬支架主要是采用工字鋼制作，是木支架的替代品。常用于回采巷道，在斷面較大、地壓較嚴重的其他巷道也可采用。2．噴射混凝土支護噴射混凝土支護，是以壓縮空氣為動力、用噴射機將細骨料混凝土噴射到巷道巖面而凝結硬化后形成混凝土結構的支護形式。該支護方式可單獨使用，也可與錨桿、預應力錨桿（索）聯(lián)合使用。單獨使用時主要起封閉圍巖、防止巖面風化的作用；聯(lián)合使用時主要是防止圍巖風化、防止圍巖松脫冒落，并與圍巖結合對錨桿間的表面巖石的支護作用。3．錨桿支護錨桿支護是采用金屬或其他高抗性能的材料制作。錨桿的種類很多，主要有木錨桿和竹錨桿、樹脂錨桿、管縫式錨桿、內(nèi)注式注漿錨桿等。錨桿支護以其良好的支護性能，已成為取代棚式支架的一種較好的支護方式，是巷道支護技術的主要發(fā)展方向。錨桿聯(lián)合支護是由錨桿與鋼帶（鋼筋梯）、金屬網(wǎng)、錨索、噴射混凝土等材料組合而成的聯(lián)合支護形式。根據(jù)使用的材料不同可分為錨噴支護、錨網(wǎng)支護、錨帶網(wǎng)支護、錨帶索支護等多種形式。5. 砌碹支護砌碹支護是指用料石、混凝土或鋼筋混凝土砌筑成的整體式支護。這種支護的主要形式是直墻拱頂式，它由基礎、墻和拱三部分組成。五、采空區(qū)頂板處理隨著采煤工作面向前推進，頂板懸露面積不斷增加，工作面壓力也逐漸增大。為了使采煤工作面正常生產(chǎn)，必須對采空區(qū)懸露的頂板及時進行處理。采空區(qū)的處理方法，主要根據(jù)頂板巖層性質(zhì)、巖層厚度和開采煤層的厚度等因素選擇。我國大部分礦區(qū)采用全部垮落法，少數(shù)采用緩慢下沉法、煤柱支撐法及采空區(qū)充填法。采空區(qū)處理形式見圖2－3－4所示。主要適用于松軟、容易冒落的頂板，近來又應用到堅硬頂板中。這種方法是隨著工作面向前推進，有計劃地回撤切頂線以外的支柱，使直接頂自行垮落，以減少直接頂懸梁長度，同時垮落的巖石充填采空區(qū)后，又能支撐基本頂，從而大大減輕工作面的壓力，保證安全生產(chǎn)。放頂步距應根據(jù)頂板巖層的性質(zhì)來確定，放頂步距過大，工作面的壓力將會增加；放頂步距過小，頂板不垮落，不但不能減輕工作面壓力，而且增加放頂工作量。通常工作面每推進1～2m就放頂一次。當頂板巖石堅硬時，回柱后頂板不能自行垮落，在采空區(qū)形成大面積懸露頂板，對工作面的安全威脅很大，必須采取強制放頂?shù)拇胧娭品彭敿蠢么笾睆缴羁妆频霓k法，強制使采空區(qū)頂板垮落，這是擴大全部垮落法應用范圍的一項有效的技術措施。這種方法是利用塑性頂板彎曲下沉直至與底板接觸來維護采空區(qū)。這種方法適用于薄煤層，尤其是具有底鼓性質(zhì)的底板更為適宜。這種方法是每當工作面推進一定距離后，留下適當寬度的煤柱來支撐頂板或切斷頂板，在煤柱的另一側重開切眼進行回采。煤柱的寬度和間距根據(jù)頂板巖性和煤質(zhì)軟硬確定，一般寬度4～6m，間距為40～60m。這種方法主要適用于煤層頂板非常堅硬難垮的巖層（如礫巖、厚層砂巖頂板）。利用人工或機械的方法將充填料充入采空區(qū)，并將其填滿，以支撐和控制上覆巖層。此法又可分為全部充填法和部分充填法兩種，前者是用充填料將采空區(qū)已采空間全部填滿；后者僅用充填料將采空區(qū)部分空間填滿，使剩余空間頂板不再冒落。它主要適用于開采特厚煤層及河下、鐵路下、建筑物下采煤。圖2－3－4回采工作空間的形式（a）采用刀柱法（或留煤柱）時；（b）采用頂板緩慢下沉法時；（c）采用全部填充法時；（d）采用全部跨落法時復習思考題簡要敘述礦山壓力、礦壓顯現(xiàn)、支承壓力、沖擊地壓及礦山壓力控制的概念？煤層頂?shù)装逵赡膸撞糠纸M成？什么叫基本頂初次來壓和周期來壓？采煤工作面支護方式主要有哪幾種？巷道支護形式主要有哪幾種？簡述采空區(qū)頂板的處理方法？第四節(jié) 采煤方法一、基本概念用來直接大量采取煤炭的場所，稱為采場。在采場內(nèi)進行采煤的煤壁稱為采煤工作面。在實際工作中，采煤工作面與采場是同義語。在采場內(nèi)，為了采取煤炭所進行的一系列工作，稱為采煤工作。采煤工作可分為基本工序和輔助工序。把煤從整體煤層中破落下來，稱為煤的破落，簡稱破煤。把破落下來的煤炭裝入采場中的運輸工具內(nèi)，稱為裝煤。煤炭運出采場的工序，稱為運煤。煤的破、裝、運是采煤工作中的基本工序。為了使基本工序順利進行, 必須保持采場內(nèi)有足夠的工作空間，這就要用支架來維護采場，這項工序稱為工作面支護。煤炭采出后，被廢棄的空間，稱為采空區(qū)。為了減輕礦山壓力對采場的作用，以保證采煤工作順利進行, 在大多數(shù)情況下，必須處理采空區(qū)的頂板，這項工作稱為采空區(qū)處理。此外，通常還需進行移置運輸及采煤設備等工序。除了基本工序以外的這些工序，統(tǒng)稱為輔助工序。由于煤層的自然條件和采用的機械設備不同，完成這些工序的方法也就不同，并且在進行的順序上、時間和空間上，必須有規(guī)律地加以安排和配合。這種按照一定順序完成破煤、裝煤、運煤、工作面支護、采空區(qū)處理等各項工序的方法及其配合，稱為采煤工藝或回采工藝。我國目前普遍采用的采煤工藝有：爆破采煤工藝、普通機械化采煤工藝、綜合機械化采煤工藝、綜采放頂煤采煤工藝。采煤巷道的掘進一般是超前于采煤工作進行的。它們之間在時間上的配合以及在空間上的相互位置關系，稱為采煤巷道布置系統(tǒng)，也稱為采煤系統(tǒng)。根據(jù)不同的礦山地質(zhì)及技術條件，可有不同的采煤系統(tǒng)與采煤工藝相配合，從而構成多種多樣的采煤方法?？偲饋碚J為：采煤方法就是采煤系統(tǒng)與采煤工藝的綜合及其在時間和空間上的相互配合。采煤方法主要分為壁式和柱式體系兩種。我國大多采用壁式