淺談頂煤破壞狀態

摘要：頂煤在支承壓力作用下任何一點都要經歷從開始的位移到最終的垮落四個過程。但在整體上卻是一個在同一時刻頂煤裂隙的不同分布狀態。

關鍵詞：頂煤 過程

1、前言

頂煤裂隙是從上到下由大到小隨自由面的靠近逐漸張開的。不同高度層面梨隙發育也是不同的。接裂隙發育的近似等位移累積量，可將頂煤位移分為三條發育線，即微動線、顯動線、滑動錢。頂煤從初始出現微動線，進而發展為顯動線，到了放煤口附近頂煤開始滑動冒落。在微動線前方項煤基本處于未變形狀態，稱之為未動區，在微動線與顯動線之間頂煤開始有位移變化并有少量裂隙產生，稱為微量變形區；在顯動線與滑動線包絡的范圍內有大量的位移變化，頂煤裂隙發育充分，故叫顯著變形區；處在滑動線以后的頂媒，基本上是被系動裂隙切割成相互之間只能承受壓應力和摩擦力的塊體相嵌結構體，其穩定條件完全依賴支架支撐力，稱為頂煤失穩區，如圖1—5所示。

圖1-5 頂煤變形的三個區

a-未動區；b-微量變形區；c-顯著變形區；d-失穩區

微動線

是頂煤發生位移最先出現助裂隙線，頂煤在支撐壓力作用下，由于放煤形成的自由空間，頂煤向采空區膨脹移動，高度不同，初始裂隙位置也不相同，由實際觀測數字表明，將這些初始裂紋點連接起來，大致形成一條向上凹的曲線。在微動線上，裂隙是剛剛發育。

顯動線

隨著工作面不斷推進，自由面的向前移動，頂煤中的內生裂隙、外生裂隙和一些弱面進一步發育，同時也產生一些新的裂隙。這些裂隙相互貫通，將頂煤切割為不同形狀，不同體積的塊體。在此階段位移量比較顯著，特一定位移累積量達到50一100mm點連成線，視為顯動線。出現顯動線，說明頂煤發育。該曲線仍為向上凹曲線。顯動線的出現，可能在支架上方，也可能在工作面煤壁前方附近。如果顯動線在煤壁上方附近，對防止頂板漏項及煤壁片幫帶來一定困難。通過實際觀測，對于軟煤在煤壁前方有較大位移累積量，其值大于10mm。從觀測數據看，位移累積展超過50mm，可認為顯動開始。由于軟煤煤壁上方附近位移量較大，加之軟煤易破碎特點，很容易在架前漏頂，誘發片幫等事故，所以軟煤應采取“護”的方式來維護頂板

滑動線

當工作面不斷推進，頂煤邁一步發育，當打開放煤口后，隨著頂煤的放出，頂煤將沿某一曲面滑落。該曲面與沿走向的平面(與垂直方向平行)相交的曲線視為滑動線。軟煤的滑落角大于90°。一般來說，煤越軟，滑動線的角度越大，反之越小。由于軟煤滑動線角度大這一特點，放煤時應控制好放煤量，不能無休止地放煤。若放煤量過大，使支架上方過早出現混矸區，當下一循環操作時，放煤時易出現過多的矸石，增加含矸率。另外，支架上訪若放的太空，影響支架的穩定性，易使支架歪斜，造成漏頂事故。其后果嚴重影響工作面正常生產。

2關于頂煤破壞特性的總體認識

(1)煤體屬于沉積脆性巖體，在成煤過程和地質構造運動中，存在許多原生節理、弱面，其方向主要與煤層走向、傾向相同。

(2)實例和實驗都證實了頂煤從最初整體狀態到最后的放體放出狀態，要經歷四個主要活動階段。其中，裂隙的產生—張開—閉合—再張開特性是保證頂煤能及時垮落、放出的必要前提。

(3)采動裂隙其方向以垂直方向為主，水平離層為附，在工作面前方，大量垂直采動裂隙的產生加上原生節理、弱面使原是整體的頂煤成為具有塊體力學性質的塊體堆，煤塊體之間拉應力等于零，但相互之間存在壓應力和剪應力。

(4)頂煤在經過四個階段活動后己變成了散體顆粒，當打開放煤口，煤塊體以散體介質運動特性流入放煤口，故將放煤體抽象成理想松散體做進一步研究是具有實際和實驗基礎的。

參考文獻：

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