礦山壓力及其控制主講：王家臣教授中國礦業(yè)大學(北京)資源與安全工程學院礦山壓力及其控制主講：王家臣教授1第六章回采工作面頂板控制

及支護方法6.1基本概念6.2回采工作面頂板巖層組成分類6.3回采工作面支架與圍巖的關系第六章回采工作面頂板控制

及支護方法6.126.1基本概念回采工作面是地下移動著的工作空間，為了保證生產(chǎn)工作的正常進行與礦工的安全，必須對它進行維護。工作空間維護一方面是維護直接頂，另一方面又要控制老頂?shù)幕顒右?guī)律，對老頂?shù)目刂剖峭ㄟ^直接頂巖層進行的。在維護空間位置來講，對回采工作面頂板控制包含對回采空間的支護以及對采空區(qū)的處理，采空區(qū)處理的具體措施則對老頂?shù)幕顒悠鹬黠@的影響。6.1基本概念回采工作面是地下移動著的工3控制采場礦山壓力的一個基本方法就是回采工作面支架?；夭晒ぷ髅嬷Ъ苁瞧胶饣夭晒ぷ髅骓敯鍓毫Φ囊环N構筑物，由于回采工作面支架形成的構筑物必須與開采后形成的上覆巖層大結構相適應，回采工作面支架必須具備以下兩個特性：一是必須具備一定的可縮性；二是必須具有良好的支撐性能。

支架性能：一般指支架的支撐力與支架可縮量的關系特征。常用P-ΔS曲線表示?；夭晒ぷ髅嬷Ъ苤饕闪汉椭M成，一般，金屬頂梁屬于剛性結構，支柱常由活柱和底柱組成。它們之間的伸縮關系形成了支柱的可縮性。因此支架的特性主要由支柱的特性來決定的。6.1基本概念控制采場礦山壓力的一個基本方法就是回采工作面支架?；?

支柱的撐力：支柱對頂板的主動作用力；

支柱的工作阻力：支柱受頂板壓力作用而反映出來的力；

初撐力P0＇：支架支設時，支架對頂板的主動支撐力，液壓支柱時，由泵站壓力確定；

始動阻力P0：在頂板壓力下，活柱開始下縮的瞬間，支柱上所反映出來的力；

初工作阻力P1：在支架性能曲線中，活柱下縮時，工作阻力的增長率由急劇增長轉為緩慢增長的轉折點處的工作阻力；

最大工作阻力P2：支柱所能承受的最大負載能力，又稱額定工作阻力。6.1基本概念支柱的撐力：支柱對頂板的主動作用力；6.1基本概5目前所使用的工作特性有如下幾種：

P’0P0P2ΔS/mmP/KNP0P2ΔS/mmP/KNP’0P1P2ΔS/mmP/KNP0急增阻式微增阻式恒阻式6.1基本概念目前所使用的工作特性有如下幾種：P’0P0P2ΔS/mmP/6

急增阻式——支柱開始支設時，有一個極小的人為的初撐力P0＇，當支柱在頂板壓力作用下，活柱開始下縮時便形成了始動阻力P0，而后隨活柱下縮，工作阻力呈直線性急增，這種支柱的可縮性量較小。

微增阻式——較小的初撐力P0＇與始動阻力P0，隨著活柱下縮先有一個急劇增長過程，達到工作阻力P1后，隨著支柱繼續(xù)下縮，工作阻力的增長變得極為緩慢，一直到支柱的最大可縮性，也就是支柱的最大工作阻力時為止，此類支柱具有較大的可縮量。6.1基本概念急增阻式——支柱開始支設時，有一個極小的人為7

恒阻式——隨著活柱下縮，很快達到額定工作阻力P2，以后盡管活柱繼續(xù)下縮，支柱的工作阻力保持不變。從支柱工作阻力適應頂板壓力的特點進行分析，恒阻式的支柱較為有利，但結構較復雜，成本較高。急增阻式性能比較差，但成本較低，結構較簡單。6.1基本概念恒阻式——隨著活柱下縮，很快達到額定工作阻力8回采工作面的圍巖，一般指直接頂、老頂及直接底的巖層。這三者對回采工作面的生產(chǎn)有著直接的影響。但一般來說，直接頂與老頂對回采工作面礦山壓力及支護方式的選擇影響更大一些。6.2.1對直接頂?shù)姆治?/p>

直接頂是工作空間直接維護的對象，顯然直接頂?shù)耐暾潭葘⒅苯佑绊懙焦ぷ鞯陌踩肮ぷ髅嫔a(chǎn)能力的發(fā)揮，而且直接影響到所選擇的支護方式。6.2回采工作面頂板巖層組成分類回采工作面的圍巖，一般指直接頂、老頂及直接底9直接頂?shù)耐暾潭热Q于巖層本身的力學性質，和直接頂巖層內由各種原因造成的層理和裂隙的發(fā)育情況。綜合這兩者，結合我國的實際情況，曾將直接頂分為三種狀態(tài)：

（1）破碎的頂板：如頁巖、再生頂板及煤頂?shù)龋@種頂板若護頂不及時，很易造成局部冒頂；

（2）中等穩(wěn)定頂板：此類直接頂板的巖層力學強度較大。有些巖層如砂頁巖或粉砂巖等，雖由于受到一系列裂隙所切割，但局部尚較完整，因而仍屬于中等穩(wěn)定型；

（3）完整頂板：允許懸露面積大，穩(wěn)定性好，不易發(fā)生局部冒頂。如砂巖或堅硬的砂頁巖等。6.2回采工作面頂板巖層組成分類直接頂?shù)耐暾潭热Q于巖層本身的力學性質，和直10

有的學者從節(jié)理裂隙的發(fā)育情況研究直接頂?shù)姆€(wěn)定性，一般可將各種裂隙分為三類：（1）原生裂隙：在成巖過程中形成的;（2）壓裂裂隙：在采動過程中形成的；（3）構造裂隙：在地質構造運動過程中形成的。根據(jù)裂隙面與工作面頂板巖層層面的位置關系，西德學者O.雅可畢曾將其分為五類，見下圖：分為R1、R2、……R5五種基本裂隙。6.2回采工作面頂板巖層組成分類有的學者從節(jié)理裂隙的發(fā)育情況研究直接頂?shù)姆€(wěn)定性，11

實際情況可能是這五種基本裂隙的組合，如R12、R23……R34等，這種組合裂隙對頂板的支護極為不利。roofR1R2R3R4R5R12R34R23R136.2回采工作面頂板巖層組成分類實際情況可能是這五種基本裂隙的組合，如R12、R2312

直接頂冒空將使支架頂梁與頂板的接頂情況惡化，無法利用支架的工作阻力通過直接頂防止老頂巖塊的失穩(wěn)與滑落，及由此引起的對工作面不良影響和由此造成的一系列影響生產(chǎn)的事故。理論上講，可通過對裂隙面方位、位置等對直接頂?shù)捻敯鍘r塊受力進行分析。但實際上，直接頂常為甚多的裂隙交割，很難精確地分析，因此原則上支架應能承受全部直接頂?shù)闹亓?。同時，支架要有通過直接頂而控制老頂?shù)娜蝿?。因此任何情況下都希望直接頂完整，能傳遞給老頂以支架的約束力。然而實際上直接頂往往破碎，支架的護頂性能占有重要位置。6.2回采工作面頂板巖層組成分類直接頂冒空將使支架頂梁與頂板的接頂情況惡化，13為了定量分析直接頂?shù)姆€(wěn)定程度，通常采用直接頂?shù)亩嗣嫫扑槎茸鳛楹饬恐苯禹敺€(wěn)定性的指標，它反映了支架前梁端部到煤壁間頂板破碎的程度。其含義見下圖所示。FAFh6.2回采工作面頂板巖層組成分類為了定量分析直接頂?shù)姆€(wěn)定程度，通常采用直接頂?shù)亩嗣嫫?46.2回采工作面頂板巖層組成分類6.2回采工作面頂板巖層組成分類156.2.2對老頂?shù)姆治?/p>

直接頂：對支架選型、支護方式、局部冒頂?shù)绕鹬鲗ё饔茫焕享敚簩χ苯禹敺€(wěn)定性、支護強度、支架性能、采空區(qū)處理等起決定性作用。如前所述，根據(jù)老頂取得平衡的條件，在采用全部垮落法的工作面中，一般情況下，老頂巖層對工作面頂板的壓力影響主要取決于直接頂?shù)暮穸?。顯然，老頂離煤層越遠，即直接頂越厚，破斷后形成“結構”和呈現(xiàn)緩慢下沉式平衡的可能性也越大。因此長期以來，生產(chǎn)單位常以直接頂厚度作為預計影響工作面礦山壓力顯現(xiàn)的重要指標之一。6.2回采工作面頂板巖層組成分類6.2.2對老頂?shù)姆治?.2回采工作面頂板巖層組成166.2回采工作面頂板巖層組成分類6.2回采工作面頂板巖層組成分類17Ⅳ、老頂特別堅硬，又無直接頂：這時頂板常在采空區(qū)懸露上萬平方米而不垮落，當其垮落時，常常形成沖擊，造成事故。這類頂板稱為極堅硬頂板。目前通常采用爆破方法強制放頂或高壓水方法使頂板軟化。Ⅴ、能塑性彎曲的頂板：賦存在煤層之上的頂板，隨著工作面的推進能緩慢下沉，而后逐漸與煤層底板相接觸。這種情況的形成，顯然與頂板巖層的性質、采高及巖層厚度有關。一般只可能在薄煤層或厚度不大的中厚煤層的石灰?guī)r頂板中才出現(xiàn)。顯然老頂?shù)氖Х€(wěn)不僅與Km有關，還與節(jié)理裂隙的發(fā)育程度及其在巖層中的分布有關，以及與老頂?shù)暮穸群秃闆r有關。因此對于具體條件，必須進行具體分析。6.2回采工作面頂板巖層組成分類Ⅳ、老頂特別堅硬，又無直接頂：這時頂板常在采186.2.3我國試用的緩傾斜工作面頂板分類

為了指導回采工作面的頂板管理，選擇合適的液壓支架形式，單體支架的支護方式和采空區(qū)處理措施，以及為了確定液壓支架的支護強度和單體支柱的支護密度，以提高工作面的安全程度，減少頂板事故等，近幾年來，煤炭工業(yè)部頒發(fā)了緩斜煤層工作面的頂板分類試行方案。根據(jù)350個回采工作面的觀測與統(tǒng)計，按穩(wěn)定性不同，將直接頂分為四類。見下表。6.2回采工作面頂板巖層組成分類6.2.3我國試用的緩傾斜工作面頂板分類6.2回采工196.2回采工作面頂板巖層組成分類6.2回采工作面頂板巖層組成分類20測定巖石單向抗壓強度RC的巖樣，可取自老塘，制成直徑48～56㎜、高徑比為1.8～2.2的試樣，然后按部頒標準在實驗室測定。節(jié)理間距I以在巷道內肉眼可見的最發(fā)育的一組構造裂隙為準。用測定的有代表性的10～15個觀測數(shù)據(jù)的平均值作為計算指標。分層厚度h指的是不同巖性的巖層間和同一巖性內沿層理的離層面間距?？稍谙锏阑蚬ぷ髅婵仨攨^(qū)等進行統(tǒng)計。直接頂?shù)某醮慰迓洳骄嗍钱斆案咴?～1.5m以上，范圍占全工作面長度1/2以上時，從工作面切頂線到開切眼煤壁之間的距離作為分類計算指標。6.2回采工作面頂板巖層組成分類測定巖石單向抗壓強度RC的巖樣，可取自老塘，21老頂?shù)姆旨壋扇≈苯禹敽穸扰c采高的比值外，另參照老頂初次來壓步距L，將老頂分成Ⅳ級。見下表。6.2回采工作面頂板巖層組成分類老頂?shù)姆旨壋扇≈苯禹敽穸扰c采高的比值外，另參226.3.1回采工作面支架與圍巖關系的特點

整個回采工作面上覆巖層中鄰近煤層老頂巖層形成的結構是由“煤壁—回采工作面支架—采空區(qū)已冒落的矸石”支撐體系所支撐。又由于煤壁與已冒落的矸石具有截然不同的特性，因此支架的特性對支架受力狀況就有很大影響。這樣，為了使支架既能維護頂板，又只需使用最小的支撐力，研究支架的性能及結構就很重要。同時支架性能要與上覆巖層運動規(guī)律相適應，即充分發(fā)揮上部結構的自撐能力。因此，支架與圍巖關系的實質就是要分析支架性能，結構對支架受力及圍巖運動的影響，以及在各種圍巖狀態(tài)下支架呈現(xiàn)什么反映，從中分析支架應具有的最合理結構及參數(shù)。

6.3回采工作面支架與圍巖的關系6.3.1回采工作面支架與圍巖關系的特點6.3回采工23回采工作面支架與圍巖關系的特點如下：（1）支架和圍巖是相互作用的一對力。在小范圍內，圍巖形成的頂板壓力可看作是一個作用力，支架可視為一個反力，兩者應互相適應，使其大小相等，而且盡可能地作用在一個作用點上。（2）支架受力大小及其在回采工作面分布的規(guī)律與支架性能有關。（3）支架結構及尺寸對頂板壓力的影響：實際生產(chǎn)中證明，在支架架型選擇合適時，可以用最小的工作阻力維護好整個頂板。6.3回采工作面支架與圍巖的關系回采工作面支架與圍巖關系的特點如下：6.324從上述情況可知，支架結構設計必須適應圍巖條件，支架性能盡可能設計成恒阻式，在支架受力過程中應盡可能使其與頂板壓力相一致，在支架參數(shù)中最主要的是確定工作阻力與可縮量。對圍巖來說，主要是考慮在各種支架反力作用下的頂板狀態(tài)，由此引出評定圍巖完整性與否的質量標準問題。6.3回采工作面支架與圍巖的關系從上述情況可知，支架結構設計必須適應圍巖條件，25支架與頂板協(xié)調關系的一個主要方面就是建立和利用支架工作阻力P與頂板下沉量ΔL的關系。一般情況下，二者曲線關系見下圖，近似為一條雙曲線。當支架工作阻力達到一定值后，阻力P的增加對頂板下沉量的影響很小。一般情況下減小頂板下沉量，可對頂板管理帶來一定的好處。但對頂板下沉量的控制有限度，超過此限度，支架是無能為力，事實上只有在工作阻力偏低時，提高工作阻力才有可能對頂板下沉量有顯著的效果。6.3回采工作面支架與圍巖的關系支架與頂板協(xié)調關系的一個主要方面就是建立和利用266.3.2支架規(guī)格的選定

一般情況下，頂板下沉量SL由下式估算：

式中:η—頂板下沉系數(shù)（單位采高、單位推進度的頂板下沉量，㎜）；L—推進米數(shù)；M—采高，m；這一公式來自上覆巖層的活動規(guī)律而確定的。但頂板的下沉量并不等于支柱的下縮量，這是因為“支柱、頂梁、支設條件及圍巖性質”形成了一個系統(tǒng)。這個系統(tǒng)共同承擔了老頂彎曲變形時形成的下沉量。因此頂板下沉量應是活柱下縮量、頂梁的壓縮量及支柱插入頂、底板量的總和。6.3回采工作面支架與圍巖的關系6.3.2支架規(guī)格的選定6.3回采工作面支架與圍巖的27據(jù)淮南謝一礦等工作面的統(tǒng)計：底板松軟、支柱插入量較大時，采用木柱帽，活柱下縮量只占頂板下沉量的20％左右。另外，據(jù)統(tǒng)計，當支柱不易插入底板，使用木柱帽或木頂梁時，活柱下縮量約占頂板下沉量的40～60％。當?shù)装灞容^堅硬，使用金屬頂梁時，則活柱下縮量約占頂板下沉量的60％以上。6.3回采工作面支架與圍巖的關系據(jù)淮南謝一礦等工作面的統(tǒng)計：6.3回采工28在選擇支柱規(guī)格時，首先必須掌握工作面的采高及其變化。同時要掌握頂板在支柱正常工作狀態(tài)時的頂板最大下沉量，支架的可縮量必須與其相適應。支柱的最大高度Hmax決定于工作面的最大采高Mmax及頂梁厚度b，Hmax＝Mmax－b支柱的最小高度Hmin應考慮最小采高Mmin，并同時能滿足放頂前工作空間最小高度的要求，此外還應滿足回收支柱時必要的卸載高度a。即SL—頂板在最大控頂處的平均最大下沉量；6.3回采工作面支架與圍巖的關系在選擇支柱規(guī)格時，首先必須掌握工作面的采高及其296.3.3工作面支架合理工作阻力

確定工作面支架的工作阻力是一件十分重要的事情。最簡單、最常用的方法之一就是以采高的倍數(shù)估算作用于支架巖柱的重量。許多國家曾將這一方法寫入了確定支柱工作阻力的國家標準。日本采用的是5倍巖柱的重量，蘇聯(lián)為8倍，英國則為5～7倍。但是從液壓支柱對頂板的作用特性來分析，開始是液壓泵賦予支柱頂板的支撐力（即初撐力），是一種主動力，以后所著頂板下沉，導致液壓支柱阻力增大，支柱的這種被動力稱為工作阻力。見下圖，液壓支柱由初撐到支架回撤，在一個循環(huán)中實測得的“P-T”曲線。6.3回采工作面支架與圍巖的關系6.3.3工作面支架合理工作阻力6.3回采工作面支架30a—初撐力b—支設一小時后的工作阻力c—最大工作阻力d—平均工作阻力e—額定工作阻力上述幾何指標可反映支架的載荷特性。支架的載荷特性可用簡化成下圖反映：（Ⅰ）初撐式（Ⅱ）一次增阻式（Ⅲ）二次增阻式（Ⅳ）三次增阻式6.3回采工作面支架與圍巖的關系a—初撐力b—支設一小時后的工作阻力6.3316.3回采工作面支架與圍巖的關系6.3回采工作面支架與圍巖的關系32演講完畢，謝謝觀看！演講完畢，謝謝觀看！33礦山壓力及其控制主講：王家臣教授中國礦業(yè)大學(北京)資源與安全工程學院礦山壓力及其控制主講：王家臣教授34第六章回采工作面頂板控制

及支護方法6.1基本概念6.2回采工作面頂板巖層組成分類6.3回采工作面支架與圍巖的關系第六章回采工作面頂板控制

及支護方法6.1356.1基本概念回采工作面是地下移動著的工作空間，為了保證生產(chǎn)工作的正常進行與礦工的安全，必須對它進行維護。工作空間維護一方面是維護直接頂，另一方面又要控制老頂?shù)幕顒右?guī)律，對老頂?shù)目刂剖峭ㄟ^直接頂巖層進行的。在維護空間位置來講，對回采工作面頂板控制包含對回采空間的支護以及對采空區(qū)的處理，采空區(qū)處理的具體措施則對老頂?shù)幕顒悠鹬黠@的影響。6.1基本概念回采工作面是地下移動著的工36控制采場礦山壓力的一個基本方法就是回采工作面支架?；夭晒ぷ髅嬷Ъ苁瞧胶饣夭晒ぷ髅骓敯鍓毫Φ囊环N構筑物，由于回采工作面支架形成的構筑物必須與開采后形成的上覆巖層大結構相適應，回采工作面支架必須具備以下兩個特性：一是必須具備一定的可縮性；二是必須具有良好的支撐性能。

支架性能：一般指支架的支撐力與支架可縮量的關系特征。常用P-ΔS曲線表示?；夭晒ぷ髅嬷Ъ苤饕闪汉椭M成，一般，金屬頂梁屬于剛性結構，支柱常由活柱和底柱組成。它們之間的伸縮關系形成了支柱的可縮性。因此支架的特性主要由支柱的特性來決定的。6.1基本概念控制采場礦山壓力的一個基本方法就是回采工作面支架。回37

支柱的撐力：支柱對頂板的主動作用力；

支柱的工作阻力：支柱受頂板壓力作用而反映出來的力；

初撐力P0＇：支架支設時，支架對頂板的主動支撐力，液壓支柱時，由泵站壓力確定；

始動阻力P0：在頂板壓力下，活柱開始下縮的瞬間，支柱上所反映出來的力；

初工作阻力P1：在支架性能曲線中，活柱下縮時，工作阻力的增長率由急劇增長轉為緩慢增長的轉折點處的工作阻力；

最大工作阻力P2：支柱所能承受的最大負載能力，又稱額定工作阻力。6.1基本概念支柱的撐力：支柱對頂板的主動作用力；6.1基本概38目前所使用的工作特性有如下幾種：

P’0P0P2ΔS/mmP/KNP0P2ΔS/mmP/KNP’0P1P2ΔS/mmP/KNP0急增阻式微增阻式恒阻式6.1基本概念目前所使用的工作特性有如下幾種：P’0P0P2ΔS/mmP/39

急增阻式——支柱開始支設時，有一個極小的人為的初撐力P0＇，當支柱在頂板壓力作用下，活柱開始下縮時便形成了始動阻力P0，而后隨活柱下縮，工作阻力呈直線性急增，這種支柱的可縮性量較小。

微增阻式——較小的初撐力P0＇與始動阻力P0，隨著活柱下縮先有一個急劇增長過程，達到工作阻力P1后，隨著支柱繼續(xù)下縮，工作阻力的增長變得極為緩慢，一直到支柱的最大可縮性，也就是支柱的最大工作阻力時為止，此類支柱具有較大的可縮量。6.1基本概念急增阻式——支柱開始支設時，有一個極小的人為40

恒阻式——隨著活柱下縮，很快達到額定工作阻力P2，以后盡管活柱繼續(xù)下縮，支柱的工作阻力保持不變。從支柱工作阻力適應頂板壓力的特點進行分析，恒阻式的支柱較為有利，但結構較復雜，成本較高。急增阻式性能比較差，但成本較低，結構較簡單。6.1基本概念恒阻式——隨著活柱下縮，很快達到額定工作阻力41回采工作面的圍巖，一般指直接頂、老頂及直接底的巖層。這三者對回采工作面的生產(chǎn)有著直接的影響。但一般來說，直接頂與老頂對回采工作面礦山壓力及支護方式的選擇影響更大一些。6.2.1對直接頂?shù)姆治?/p>

直接頂是工作空間直接維護的對象，顯然直接頂?shù)耐暾潭葘⒅苯佑绊懙焦ぷ鞯陌踩肮ぷ髅嫔a(chǎn)能力的發(fā)揮，而且直接影響到所選擇的支護方式。6.2回采工作面頂板巖層組成分類回采工作面的圍巖，一般指直接頂、老頂及直接底42直接頂?shù)耐暾潭热Q于巖層本身的力學性質，和直接頂巖層內由各種原因造成的層理和裂隙的發(fā)育情況。綜合這兩者，結合我國的實際情況，曾將直接頂分為三種狀態(tài)：

（1）破碎的頂板：如頁巖、再生頂板及煤頂?shù)?，這種頂板若護頂不及時，很易造成局部冒頂；

（2）中等穩(wěn)定頂板：此類直接頂板的巖層力學強度較大。有些巖層如砂頁巖或粉砂巖等，雖由于受到一系列裂隙所切割，但局部尚較完整，因而仍屬于中等穩(wěn)定型；

（3）完整頂板：允許懸露面積大，穩(wěn)定性好，不易發(fā)生局部冒頂。如砂巖或堅硬的砂頁巖等。6.2回采工作面頂板巖層組成分類直接頂?shù)耐暾潭热Q于巖層本身的力學性質，和直43

有的學者從節(jié)理裂隙的發(fā)育情況研究直接頂?shù)姆€(wěn)定性，一般可將各種裂隙分為三類：（1）原生裂隙：在成巖過程中形成的;（2）壓裂裂隙：在采動過程中形成的；（3）構造裂隙：在地質構造運動過程中形成的。根據(jù)裂隙面與工作面頂板巖層層面的位置關系，西德學者O.雅可畢曾將其分為五類，見下圖：分為R1、R2、……R5五種基本裂隙。6.2回采工作面頂板巖層組成分類有的學者從節(jié)理裂隙的發(fā)育情況研究直接頂?shù)姆€(wěn)定性，44

實際情況可能是這五種基本裂隙的組合，如R12、R23……R34等，這種組合裂隙對頂板的支護極為不利。roofR1R2R3R4R5R12R34R23R136.2回采工作面頂板巖層組成分類實際情況可能是這五種基本裂隙的組合，如R12、R2345

直接頂冒空將使支架頂梁與頂板的接頂情況惡化，無法利用支架的工作阻力通過直接頂防止老頂巖塊的失穩(wěn)與滑落，及由此引起的對工作面不良影響和由此造成的一系列影響生產(chǎn)的事故。理論上講，可通過對裂隙面方位、位置等對直接頂?shù)捻敯鍘r塊受力進行分析。但實際上，直接頂常為甚多的裂隙交割，很難精確地分析，因此原則上支架應能承受全部直接頂?shù)闹亓?。同時，支架要有通過直接頂而控制老頂?shù)娜蝿?。因此任何情況下都希望直接頂完整，能傳遞給老頂以支架的約束力。然而實際上直接頂往往破碎，支架的護頂性能占有重要位置。6.2回采工作面頂板巖層組成分類直接頂冒空將使支架頂梁與頂板的接頂情況惡化，46為了定量分析直接頂?shù)姆€(wěn)定程度，通常采用直接頂?shù)亩嗣嫫扑槎茸鳛楹饬恐苯禹敺€(wěn)定性的指標，它反映了支架前梁端部到煤壁間頂板破碎的程度。其含義見下圖所示。FAFh6.2回采工作面頂板巖層組成分類為了定量分析直接頂?shù)姆€(wěn)定程度，通常采用直接頂?shù)亩嗣嫫?76.2回采工作面頂板巖層組成分類6.2回采工作面頂板巖層組成分類486.2.2對老頂?shù)姆治?/p>

直接頂：對支架選型、支護方式、局部冒頂?shù)绕鹬鲗ё饔?；老頂：對直接頂穩(wěn)定性、支護強度、支架性能、采空區(qū)處理等起決定性作用。如前所述，根據(jù)老頂取得平衡的條件，在采用全部垮落法的工作面中，一般情況下，老頂巖層對工作面頂板的壓力影響主要取決于直接頂?shù)暮穸?。顯然，老頂離煤層越遠，即直接頂越厚，破斷后形成“結構”和呈現(xiàn)緩慢下沉式平衡的可能性也越大。因此長期以來，生產(chǎn)單位常以直接頂厚度作為預計影響工作面礦山壓力顯現(xiàn)的重要指標之一。6.2回采工作面頂板巖層組成分類6.2.2對老頂?shù)姆治?.2回采工作面頂板巖層組成496.2回采工作面頂板巖層組成分類6.2回采工作面頂板巖層組成分類50Ⅳ、老頂特別堅硬，又無直接頂：這時頂板常在采空區(qū)懸露上萬平方米而不垮落，當其垮落時，常常形成沖擊，造成事故。這類頂板稱為極堅硬頂板。目前通常采用爆破方法強制放頂或高壓水方法使頂板軟化。Ⅴ、能塑性彎曲的頂板：賦存在煤層之上的頂板，隨著工作面的推進能緩慢下沉，而后逐漸與煤層底板相接觸。這種情況的形成，顯然與頂板巖層的性質、采高及巖層厚度有關。一般只可能在薄煤層或厚度不大的中厚煤層的石灰?guī)r頂板中才出現(xiàn)。顯然老頂?shù)氖Х€(wěn)不僅與Km有關，還與節(jié)理裂隙的發(fā)育程度及其在巖層中的分布有關，以及與老頂?shù)暮穸群秃闆r有關。因此對于具體條件，必須進行具體分析。6.2回采工作面頂板巖層組成分類Ⅳ、老頂特別堅硬，又無直接頂：這時頂板常在采516.2.3我國試用的緩傾斜工作面頂板分類

為了指導回采工作面的頂板管理，選擇合適的液壓支架形式，單體支架的支護方式和采空區(qū)處理措施，以及為了確定液壓支架的支護強度和單體支柱的支護密度，以提高工作面的安全程度，減少頂板事故等，近幾年來，煤炭工業(yè)部頒發(fā)了緩斜煤層工作面的頂板分類試行方案。根據(jù)350個回采工作面的觀測與統(tǒng)計，按穩(wěn)定性不同，將直接頂分為四類。見下表。6.2回采工作面頂板巖層組成分類6.2.3我國試用的緩傾斜工作面頂板分類6.2回采工526.2回采工作面頂板巖層組成分類6.2回采工作面頂板巖層組成分類53測定巖石單向抗壓強度RC的巖樣，可取自老塘，制成直徑48～56㎜、高徑比為1.8～2.2的試樣，然后按部頒標準在實驗室測定。節(jié)理間距I以在巷道內肉眼可見的最發(fā)育的一組構造裂隙為準。用測定的有代表性的10～15個觀測數(shù)據(jù)的平均值作為計算指標。分層厚度h指的是不同巖性的巖層間和同一巖性內沿層理的離層面間距?？稍谙锏阑蚬ぷ髅婵仨攨^(qū)等進行統(tǒng)計。直接頂?shù)某醮慰迓洳骄嗍钱斆案咴?～1.5m以上，范圍占全工作面長度1/2以上時，從工作面切頂線到開切眼煤壁之間的距離作為分類計算指標。6.2回采工作面頂板巖層組成分類測定巖石單向抗壓強度RC的巖樣，可取自老塘，54老頂?shù)姆旨壋扇≈苯禹敽穸扰c采高的比值外，另參照老頂初次來壓步距L，將老頂分成Ⅳ級。見下表。6.2回采工作面頂板巖層組成分類老頂?shù)姆旨壋扇≈苯禹敽穸扰c采高的比值外，另參556.3.1回采工作面支架與圍巖關系的特點

整個回采工作面上覆巖層中鄰近煤層老頂巖層形成的結構是由“煤壁—回采工作面支架—采空區(qū)已冒落的矸石”支撐體系所支撐。又由于煤壁與已冒落的矸石具有截然不同的特性，因此支架的特性對支架受力狀況就有很大影響。這樣，為了使支架既能維護頂板，又只需使用最小的支撐力，研究支架的性能及結構就很重要。同時支架性能要與上覆巖層運動規(guī)律相適應，即充分發(fā)揮上部結構的自撐能力。因此，支架與圍巖關系的實質就是要分析支架性能，結構對支架受力及圍巖運動的影響，以及在各種圍巖狀態(tài)下支架呈現(xiàn)什么反映，從中分析支架應具有的最合理結構及參數(shù)。

6.3回采工作面支架與圍巖的關系6.3.1回采工作面支架與圍巖關系的特點6.3回采工56回采工作面支架與圍巖關系的特點如下：（1）支架和圍巖是相互作用的一對力。在小范圍內，圍巖形成的頂板壓力可看作是一個作用力，支架可視為一個反力，兩者應互相適應，使其大小相等，而且盡可能地作用在一個作用點上。（2）支架受力大小及其在回采工作面分布的規(guī)律與支架性能有關。（3）支架結構及尺寸對頂板壓力的影響：實際生產(chǎn)中證明，在支架架型選擇合適時，可以用最小的工作阻力維護好整個頂板。6.3回采工作面支架與圍巖的關系回采工作面支架與圍巖關系的特點如下：6.357從上述情況可知，支架結構設計必須適應圍巖條件，支架性能盡可能設計成恒阻式，在支架受力過程中應盡可能使其與頂板壓力相一致，在支架參數(shù)中最主要的是確定工作阻力與可縮量。對圍巖來說，主要是考慮在各種支架反力作用下的頂板狀態(tài)，由此引出評定圍巖完整性與否的質量標準問題。6.3回采工作面支架與圍巖的關系從上述情況可知，支架結構設計必須適應圍巖條件，58支架與頂板協(xié)調關系的一個主要方面就是建立和利用支架工作阻力P與頂板下沉量ΔL的關系。一般情況下，二者曲線關系見下圖，近似為一條雙曲線。當支架工作阻力達到一定值后，阻力P的增加對頂板下沉量的影響很小。一般情況下減小頂板下沉量，可對頂板管理帶來一定的好處。但對頂板下沉量的控制有限度，超過此限度，支架是無能為力，事實上只有在工作阻力偏低時，提高工作阻力才有可能對頂板下沉量有顯著的效果。6.3回采工作面支架與圍巖的關系支架與頂板協(xié)調關系的一個主要方面就是建立