7．1 頂板分類與底板特徵
回採工作面是地下移動著的空間，為了保證生產工作的正常進行與礦工的安全，必須對回採工作面空間進行維護，然而回採工作面的礦山壓力顯現又決定於回採工作面周圍所處圍岩的開採條件，因此必須對回採工作面形成的礦山壓力加以控制，總體上講，對礦山壓力控制一方面在礦井設計中加以考慮，如開採順序，採煤工作面布置等，另一方面就是對工作面空間的支護以及對採空區的處理。
回採工作面的直接維護物件是直接頂，然後通過直接頂控制老頂岩層，採空區的具體處理措施對老頂活動起著明顯的影響。常見的採空區處理方式有：
（1） 煤柱支撐法，煤損大
（2） 緩慢下沉法
（3） 採空區充填法
（4） 全部垮落法
控制採場礦山壓力的另乙個基本手段是回採工作面支架。回採工作面支架是平衡回採工作面頂板壓力的一種構築物。由於回採工作面支架形成的構築物必須與開採後形成的上覆岩層大結構相適應，因此，支架必須具備以下三方面特徵：
具備一定的可縮性；具有良好的支撐效能；有維護頂板的效能。
由於支架是處於「煤壁－支架－採空區已冒落的矸石」這一支撐體系中，相對而言，煤壁具有較大的剛性，採空區已冒落的矸石具有較大的可縮性，支架介於二者之間，因此支架效能將直接影響到支架受力大小。支架效能用「工作阻力—可縮量」關係曲線表示（i,e,p-△s曲線）。
7.1.1 對直接頂的分析
直接頂是工作空間直接維護的物件，顯然直接頂的完整程度將直接影響到工作的安全及工作面生產能力的發揮，而且直接影響到所選擇的支護方式。
直接頂的完整程度取決於岩層本身的力學性質，和直接頂岩層內由各種原因造成的層理和裂隙的發育情況。
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：
（1）破碎的頂板：如頁岩、再生頂板及煤頂等，這種頂板若護頂不及時，很易造成區域性冒頂；
（2）中等穩定頂板：此類直接頂板的岩層力學強度較大。有些岩層如砂頁岩或粉砂岩等，雖由於受到一系列裂隙所切割，但區域性尚較完整，因而仍屬於中等穩定型；
（3）完整頂板：允許懸露面積大，穩定性好，不易發生區域性冒頂。如砂岩或堅硬的砂頁岩等。
有的學者從節理裂隙的發育情況研究直接頂的穩定性，一般可將各種裂隙分為三類：
（1） 原生裂隙：在成岩過程中形成的;
（2） 壓裂裂隙：在採動過程中形成的；
（3） 構造裂隙：在地質構造運動過程中形成的。
根據裂隙面與工作面頂板岩層層面的位置關係，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。
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。
直接頂冒空將使支架頂樑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岩塊的失穩與滑落，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的事故。
理論上講，可通過對裂隙面方位、位置等對直接頂的頂板岩塊受力進行分析。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的重量。同時，支架要有通過直接頂而控制老頂的任務。
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，支架的護頂效能占有重要位置。
為了定量分析直接頂的穩定程度，通常採用直接頂的端麵破碎度作為衡量直接頂穩定性的指標，它反映了支架前樑端部到煤壁間頂板破碎的程度。其含義見下圖所示。
頂板破碎度為
where ：fa—時的破碎面積；
f—整個樑端到煤壁的面積；
h—冒高。
為了比較，我國以端麵距b=1m時的破碎度進行計算分析，稱之為
頂板破壞指數e。
式中 lc—工作面長度。
當b=1時，f=lc。
右圖為端麵距b對頂板破碎度的影響。
當e<10％時，b對的影響小。
7.1.2 對老頂的分析
直接頂：對支架選型、支護方式、區域性冒頂等起主導作用；
老頂：對直接頂穩定性、支護強度、支架效能、採空區處理等起決定性作用。
如前所述，根據老頂取得平衡的條件，在採用全部垮落法的工作面中，一般情況下，老頂岩層對工作面頂板的壓力影響主要取決於直接頂的厚度。顯然，老頂離煤層越遠，即直接頂越厚，破斷後形成「結構」和呈現緩慢下沉式平衡的可能性也越大。因此長期以來，生產單位常以直接頂厚度作為預計影響工作面礦山壓力顯現的重要指標之一。
為了對老頂有個定量的認識以及預計老頂來壓強度，在對老頂的分類中引入直接頂厚度與採高m的比值km，即 。一般認為：
ⅰ、時：老頂的垮落與錯動對工作面無多大影響，稱為無週期來壓或週期來壓不明顯的頂板。
ⅱ、時：老頂失穩對工作面支架有較為嚴重的影響，稱有週期來壓的頂板。
ⅲ、時，甚至沒有直接頂：老頂的懸露與垮落都將對工作面支架有嚴重的影響。
ⅳ、老頂特別堅硬，又無直接頂：這時頂板常在採空區懸露上萬平方公尺而不垮落，當其垮落時，常常形成衝擊，造成事故。這類頂板稱為極堅硬頂板。
目前通常採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，而後逐漸與煤層底板相接觸。這種情況的形成，顯然與頂板岩層的性質、採高及岩層厚度有關。
一般只可能在薄煤層或厚度不大的中厚煤層的石灰岩頂板中才出現。
顯然老頂的失穩不僅與km有關，還與節理裂隙的發育程度及其在岩層中的分布有關，以及與老頂的厚度和含水情況有關。因此對於具體條件，必須進行具體分析。
7.1.3 我國試用的緩傾斜工作面頂板分類
為了指導回採工作面的頂板管理，選擇合適的液壓支架形式，單體支架的支護方式和採空區處理措施，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，原煤炭工業部頒發了緩斜煤層工作面的頂板分類試行方案。按穩定性不同，將直接頂分為四類，其中1類又分為兩個亞類，對於2類直接頂根據需要可分為兩個亞類，其中r為直接頂平均初次垮落距。
表5－1直接頂分類指標及參考要素
老頂的分級指標是老頂初次來壓當量pe，其值由老頂初次來壓步距lf,直接頂充填係數n和煤層採高hm按（5－1）式確定。老頂分級指標見表5－2。
pe=241.3 ln (lf)－15.5＋52.6hm5-1）
式中 pe－老頂初次來壓當量。kpa；
lf－老頂初次來壓步距，m;
n－直接頂充填係數，n＝hi / hm;
hi－直接頂厚度，m;
hm－煤層採高，m。
表5－2老頂分級指標
7.1.4 底板特徵
底板岩層在礦山壓力控制中涉及兩類問題：一方面是煤層開採後引起的底板破壞，其範圍將與開採範圍及採空區周圍的支承壓力分布有關，由於底板的破壞可能導致地下水分布的變化，如我國華北地區許多煤層的底板為奧陶紀石灰岩，富含水性，煤層開採後底板的變形破壞可能引起突水等事故，因此必須研究開採後的底板破壞規律；另一方面從採場支護系統而言，支護系統的剛度是由「底板－支架—頂板」所組成，因此底板岩層的剛度將直接影響到支護效能的發揮，由於單體支柱的底面積僅100cm2,在底板比較鬆軟的情況下，支柱很容易插入底板，從而影響對頂板的控制。
將支架底座對單位面積底板上所造成的壓力稱為底板載荷集度，即底板比壓。
工作面支柱插入底板的破壞形式有三種（圖5－6）：整體剪下，區域性剪下和其他剪下。
圖5－6 支柱對底板的破壞形式
（a）整體剪下；（b）區域性剪下；（c）其他剪下；（d）穿鞋破壞
整體剪下的特徵是，當載荷達到某一定值後，突然下降，壓入深度迅速增大，此突破點稱為底板的極限抗壓入強度。區域性剪下的特徵是，沒有明顯的突破點，但隨載荷的增加，壓入深度的變形率增長較快。其他剪下的破壞形式介於前兩者之間，有突破點，但不明顯，載荷超過突破點後壓入深度明顯增大。
實踐中為防止支柱插底，提高支護系統的剛度，採取穿柱鞋的措施。當支柱穿上底鞋時，則其承受的載荷將隨底鞋的特點而明顯增加，當底鞋壓裂後其承載能力迅速下降，且穿底量明顯增長。此處應指出，底鞋不宜採用木材，因為木材的橫向抗壓強度甚小，只有3mpa左右，與軟底板情況相近，因此抗插入能力差，效果不明顯。
根據我國煤礦開採工作面底板對支柱的影響將底板進行了分類，如表5－3所示。可根據此表選擇支柱應具有的底面積。
表5－3我國緩傾斜煤層工作面底板分類方案
7.2 採場支架型別與支架力學特性
7.2.1 概述
支架分為：單體支架和液壓支架
支架效能：一般指支架的支撐力與支架可縮量的關係特徵。常用曲線表示。
回採工作面支架主要由樑和柱組成，一般，金屬頂樑屬於剛性結構，支柱常由活柱和底柱組成。它們之間的伸縮關係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。
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：支架支設時，支架對頂板的主動支撐力，液壓支柱時，由幫浦站壓力確定；
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；
回採工作面頂板事故原因分析及控制措施
頂板事故是影響回採工作面生產的一大隱患，正確區分各種頂板事故，採取有效控制措施，對回採工作面安全生產有著重要的意義。通過對回採工作面頂板事故發生原因的分析，理論聯絡實際地提出了防止頂板事故發生的具體控制措施。回採工作面是煤礦井下生產的第一線，提高工作面的單產是提高礦井原煤產量和降低原煤成本的關鍵。但...
回採工作面復合頂板管理的實踐
摘要 採煤工作面頂板支護管理是煤礦開採工作面管理的重點和難點，對於復合頂板來說支護強度支護方式更顯得尤為重要，在開採新強礦98 煤層過程中，通過嚴格控制乳化液幫浦站壓力，不斷總結支護方式，最終確定五排七柱為管理該煤層頂板的最佳支擴方法，為回採這種複合型頂板方面積累了寶貴的經驗。關鍵詞 復合頂板 岩層...
開元公司回採工作面頂板活動狀況分析報告
分析報告 開元公司現有兩個採煤隊，共回採三個綜採工作面，其中綜採一隊回採9 煤四採區9406工作面 綜採二隊回採9 煤八採區9801工作面 綜採二隊二組回採3 煤七採區3708工作面。各工作面頂板活動狀況如下 1 9406工作面老頂初次來壓步距26公尺，來壓期間迴圈末阻力最大平均值5120kn，平均...