長(zhǎng)壁放頂煤礦壓獨(dú)特顯現(xiàn)

在長(zhǎng)壁放頂煤開(kāi)采過(guò)程中，礦壓顯現(xiàn)規(guī)律呈現(xiàn)出一系列獨(dú)特之處。與傳統(tǒng)采煤方法相比，長(zhǎng)壁放頂煤開(kāi)采的礦山壓力相對(duì)緩和，這使得開(kāi)采過(guò)程在一定程度上減少了因強(qiáng)大礦山壓力帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。在一些采用長(zhǎng)壁放頂煤采煤法的礦區(qū)，頂板垮落等劇烈礦山壓力現(xiàn)象的發(fā)生頻率明顯降低。

周期來(lái)壓不明顯也是長(zhǎng)壁放頂煤開(kāi)采的顯著特點(diǎn)之一。在普通長(zhǎng)壁采煤中，周期來(lái)壓往往會(huì)給開(kāi)采工作帶來(lái)諸多挑戰(zhàn)，如頂板的突然垮落可能導(dǎo)致設(shè)備損壞、人員傷亡等安全事故。而在長(zhǎng)壁放頂煤開(kāi)采中，由于頂煤的存在以及開(kāi)采工藝的特點(diǎn)，周期來(lái)壓的強(qiáng)度和明顯程度都有所降低，這為采煤作業(yè)提供了更穩(wěn)定的工作環(huán)境。

支架載荷沒(méi)有隨采厚加大而大幅度增加，也是該開(kāi)采方法的一個(gè)重要規(guī)律。在傳統(tǒng)采煤理念中，隨著開(kāi)采厚度的增加，支架需要承受的壓力通常會(huì)顯著上升。但長(zhǎng)壁放頂煤開(kāi)采打破了這一常規(guī)認(rèn)知，即使采厚加大，支架載荷的增加幅度也較為有限。這一特性使得在設(shè)備選型和使用過(guò)程中，不需要過(guò)度追求高承載能力的支架，從而降低了設(shè)備成本和維護(hù)難度。

在眾多實(shí)際案例中，支架工作阻力多未達(dá)到額定工作阻力。這表明在長(zhǎng)壁放頂煤開(kāi)采時(shí)，支架的實(shí)際工作環(huán)境相對(duì)較為“輕松”，沒(méi)有像預(yù)期那樣承受巨大的壓力。這不僅體現(xiàn)了該開(kāi)采方法在礦壓控制方面的優(yōu)勢(shì)，也為進(jìn)一步優(yōu)化支架設(shè)計(jì)和使用提供了參考依據(jù)。

開(kāi)采引起的支承壓力對(duì)兩巷的影響距離增加，影響程度卻降低。隨著采煤工作面的推進(jìn)，支承壓力會(huì)向周圍傳遞，對(duì)兩巷產(chǎn)生影響。在長(zhǎng)壁放頂煤開(kāi)采中，雖然影響距離變長(zhǎng)，但影響程度卻降低了。這意味著在巷道維護(hù)和支護(hù)方面，可以采取相對(duì)更簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的措施，減少了巷道維護(hù)成本和安全隱患。

頂煤的形態(tài)與復(fù)雜受力

在長(zhǎng)壁放頂煤采煤法中，頂煤的形態(tài)經(jīng)歷了從實(shí)體煤到破碎煤體，最終成為放出煤塊的顯著變化過(guò)程。在初始階段，頂煤以實(shí)體煤的形式存在于煤層頂部，保持著相對(duì)完整的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度。隨著采煤作業(yè)的推進(jìn)，受到多種復(fù)雜外力的作用，頂煤逐漸發(fā)生變形和破壞，進(jìn)入破碎煤體階段。此時(shí)，頂煤內(nèi)部的裂隙不斷擴(kuò)展和連通，煤體結(jié)構(gòu)變得松散。當(dāng)頂煤的破碎程度達(dá)到一定程度后，便會(huì)在重力和其他外力的作用下，從支架后方垮落并以煤塊的形式放出。

頂煤的受力情況十分復(fù)雜，主要包括支承壓力、頂板回轉(zhuǎn)擠壓以及支架反復(fù)支撐作用力。支承壓力是由于采煤活動(dòng)導(dǎo)致煤體周圍應(yīng)力重新分布而產(chǎn)生的，在煤壁前方超前支承壓力峰值區(qū)的作用下，頂煤由彈性變形逐漸進(jìn)入塑性變形階段，裂隙開(kāi)始擴(kuò)展，這是頂煤破壞的初始階段。頂板回轉(zhuǎn)擠壓也是頂煤受力的重要因素。隨著采煤工作面的推進(jìn)，頂板會(huì)發(fā)生回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，對(duì)頂煤產(chǎn)生擠壓作用，使得煤壁前方的頂煤進(jìn)一步破壞，裂隙擴(kuò)展加劇，位移也相應(yīng)增大。在某煤礦的長(zhǎng)壁放頂煤開(kāi)采中，通過(guò)對(duì)頂板運(yùn)動(dòng)和頂煤受力的監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，頂板回轉(zhuǎn)擠壓對(duì)頂煤的破壞起到了關(guān)鍵作用，在頂板回轉(zhuǎn)角度較大的區(qū)域，頂煤的破碎程度明顯增加。

支架反復(fù)支撐作用力同樣不可忽視。在采煤過(guò)程中，支架需要不斷地進(jìn)行移架操作，每次移架都會(huì)對(duì)頂煤產(chǎn)生反復(fù)支撐作用。這種反復(fù)支撐使得頂煤破碎效果提高，破碎的頂煤更易于放出。支架反復(fù)支撐的次數(shù)與頂梁長(zhǎng)度及截深有關(guān)，合理調(diào)整這些參數(shù)，可以更好地控制頂煤的破碎和放出。

頂煤的漸進(jìn)破碎歷程

頂煤的破壞過(guò)程是一個(gè)循序漸進(jìn)、復(fù)雜而有序的過(guò)程，可清晰地劃分為四個(gè)階段，每個(gè)階段都伴隨著獨(dú)特的物理變化和力學(xué)響應(yīng)。

初始破壞區(qū)是頂煤破壞的起始階段。在這個(gè)階段，隨著采煤工作面的不斷推進(jìn)，煤壁前方會(huì)出現(xiàn)明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象。當(dāng)這種集中應(yīng)力超過(guò)頂煤自身的強(qiáng)度極限時(shí)，頂煤便開(kāi)始發(fā)生強(qiáng)度破壞。此時(shí)，頂煤內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生細(xì)微的裂隙，原本完整的煤體結(jié)構(gòu)逐漸被打破，進(jìn)入塑性變形狀態(tài)。在某礦的開(kāi)采過(guò)程中，通過(guò)高精度的應(yīng)力監(jiān)測(cè)設(shè)備發(fā)現(xiàn)，在煤壁前方一定距離處，頂煤的應(yīng)力值急劇上升，當(dāng)超過(guò)頂煤強(qiáng)度的80%?時(shí)，頂煤開(kāi)始出現(xiàn)肉眼可見(jiàn)的裂隙，這標(biāo)志著頂煤進(jìn)入了初始破壞區(qū) 。

隨著工作面的進(jìn)一步推進(jìn)，頂煤進(jìn)入破壞發(fā)展區(qū)。在這一階段，頂板回轉(zhuǎn)擠壓作用力對(duì)頂煤的影響愈發(fā)顯著。頂板的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)會(huì)使煤壁前方附近的頂煤受到強(qiáng)大的擠壓，導(dǎo)致頂煤內(nèi)部的裂隙進(jìn)一步擴(kuò)展延伸，頂煤的位移也隨之增大。由于受到頂板回轉(zhuǎn)擠壓的不均勻性影響，頂煤的破壞程度在不同區(qū)域也存在差異，靠近頂板回轉(zhuǎn)中心的區(qū)域，頂煤的破壞更為嚴(yán)重。

當(dāng)頂煤經(jīng)歷了初始破壞和破壞發(fā)展階段后，便進(jìn)入裂隙發(fā)育區(qū)。在這個(gè)階段，支架的反復(fù)支撐作用力成為影響頂煤破壞的關(guān)鍵因素。在采煤過(guò)程中，支架需要頻繁地進(jìn)行移架操作，每次移架都會(huì)對(duì)頂煤產(chǎn)生反復(fù)支撐作用。這種反復(fù)支撐會(huì)在頂煤中形成交變應(yīng)力，使得控頂區(qū)內(nèi)的頂煤裂隙進(jìn)一步發(fā)育，破碎效果顯著提高。如果支架的頂梁長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，在反復(fù)支撐過(guò)程中，會(huì)導(dǎo)致頂煤破碎加劇，甚至可能出現(xiàn)頂上冒空的危險(xiǎn)情況。

在前面三個(gè)階段的基礎(chǔ)上，頂煤最終進(jìn)入垮落破碎區(qū)。此時(shí)，頂煤已經(jīng)完全破壞，失去了原有的連續(xù)性和穩(wěn)定性。在重力以及頂板垮落產(chǎn)生的沖擊力等多種外力的共同作用下，頂煤在支架后方垮落并放出。在實(shí)際開(kāi)采中，垮落破碎區(qū)的頂煤放出效果直接影響著煤炭的采出率和開(kāi)采效率。如果頂煤在垮落破碎區(qū)不能順利放出，就會(huì)造成煤炭資源的浪費(fèi)，同時(shí)也可能影響后續(xù)的開(kāi)采工作。

小結(jié)

長(zhǎng)壁放頂煤開(kāi)采作為一種重要的采煤方法，其礦壓顯現(xiàn)規(guī)律和頂煤破碎過(guò)程有著獨(dú)特的表現(xiàn)。在礦壓顯現(xiàn)方面，礦山壓力相對(duì)緩和、周期來(lái)壓不明顯、支架載荷及工作阻力特點(diǎn)以及支承壓力對(duì)兩巷的影響，都為開(kāi)采過(guò)程提供了相對(duì)穩(wěn)定且經(jīng)濟(jì)的條件。在某大型煤礦的長(zhǎng)壁放頂煤開(kāi)采區(qū)域，通過(guò)長(zhǎng)期的礦壓監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析，充分驗(yàn)證了這些規(guī)律的存在和穩(wěn)定性，為該煤礦的高效、安全開(kāi)采奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

頂煤的形態(tài)變化、復(fù)雜受力以及循序漸進(jìn)的破碎過(guò)程，深刻揭示了長(zhǎng)壁放頂煤采煤法的內(nèi)在機(jī)理。從實(shí)體煤到破碎煤體再到放出煤塊的形態(tài)轉(zhuǎn)變，以及支承壓力、頂板回轉(zhuǎn)擠壓和支架反復(fù)支撐作用力的共同影響，還有從初始破壞區(qū)到垮落破碎區(qū)的四階段破壞過(guò)程，每一個(gè)環(huán)節(jié)都緊密相連。