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[摘 要]在实际生产过程中，采煤工作面常有下述一系列矿山压力现象，并且习惯上用这些现象作为衡量矿山压力显现程度的指标。
[关键词] 矿井采煤工作 矿山压力 规律研究
中图分类号： TD322 文献标识：A 文章编号：
（1）顶板下沉。一般指煤壁到采空区边缘裸露的顶、底板下对移近量。随着工作面推进，顶、底板处于不断移近的状态。由于在缓斜及倾斜工作面底板鼓起量比较小，因而常常可以忽略不计，为此顶底板移近量简称为顶板下沉量。实际测定时常常是在工作面煤壁刚悬露的顶板处设置测杆，随着工作面的推进，测得由煤壁到采空区放顶线处的顶、底板移近量。
（2）顶板下沉速度。是指单位时间内的顶、底板移近量，以mm/h计算，它表示顶板活动的剧烈程度。
（3）支柱变形与折损。随着顶板下沉，采煤工作面支柱受载也逐渐增加，一般可以用肉眼观察到木柱帽的变形，剧烈时可以观察到支柱的折损。
（4）顶板破碎情况。通常以单位面积中冒落面积所占的百分数来表示顶板破碎情况。它常常是用来衡量顶板管理好坏的质量标准。
（5）局部冒顶。这是指采煤工作面顶板形成局部塌落。
（6）工作面顶板沿煤壁切落（或称大面积冒顶）。这是指采面由于顶板来压而导致顶板沿工作面切落。
其他还有煤壁片帮、支柱插入底板、底板鼓起等一系列矿山压力现象。
2、采煤工作面四周支承压力的显现规律
采煤工作面四周支承压力是指采煤工作面前后方、两侧煤柱或采空区大于原岩应力的矿山压力。该支承压力的显现规律与采空区处理方法有关，这里介绍采用全部垮落法管理顶板的情况。
（1）采煤工作面前后方的支承压力分布
未采动前，煤体所受的原始应力为ΥH（即单位面积上所受岩体的重量）。这里，Υ是上覆岩层平均容重，H为距地表的垂高。煤体中开掘巷道（如开切眼）后，原始应力状态受到破坏，应力将重新分布。开切眼上方岩体重量Q由两侧煤体分担。于是，在两侧煤体中产生了应力集中现象，这种集中应力称为支承压力。一般支承压力为原始应力的1.25-2.5倍，甚至3-4倍。
回采工作从开切眼开始后，随着工作面的推进，在工作面前方的煤体中同样产生支承压力带（或叫应力升高区）。其范围由工作面前方2-3m起直至10-45m。在工作面的后方一定范围内，由于顶板破碎垮落对该范围内的顶板岩层进行了应力释放与转移，从而出现了应力降低（或叫卸压区）。但随着工作面的进一步推进，当顶板垮落的岩石或充填体压实到相当程度后，在原来的卸压区又产生了支承压力带，相应的卸压区也跟着采面往前移。这样，前后两个支承压力带随采煤工作面的推进而移动，因此，又称该支承压力为采煤工作面的移动支承压力。
由于支承压力作用在工作面前方煤体上，将使煤壁附近的煤“压酥”，这种现象有利于落煤工作，但也增加了煤壁“片帮”的机会，影响安全，所以应加以注意并采取相应的措施。
采煤工作面空间处于应力降低区，但其上方的顶板在自重及上覆岩层的作用下，也会发生弯曲下沉，一般用顶板下沉量和下沉速度来表示。它们是选择工作面支护型式和安排回采工序的主要参数。
（2）采煤工作面两侧的支承压力分布
采煤工作面两侧的支承压力是指工作面两侧煤柱或煤体上的支承压力。随着采煤工作面的推进，除工作面前后方产生支承压力外，工作面两侧的煤柱或煤体也将出现支承压力区。对采煤工作面两侧支承压力分布规律的掌握，对采煤工作面区段平巷护巷煤柱尺寸的确定、沿空留巷和沿空送巷位置及时间的选择具有指导意义。在采动影响范围内，工作面两侧支承压力的显现特征比较明显。在工作面前方采动影响范围之外和采空区顶板岩层冒落带稳定之后趋于固定值，因此也称为“固定支承压力”。
根据大量实际观测资料和研究分析，目前对采煤工作面两侧支承压力的分布状态可得出如下结论：
采煤工作面两侧的支承压力剧烈影响区并不在煤体的边缘，而是位于煤体边缘有一定距离的地带。在过去一定时期内采用8-25m煤柱护巷，使巷道恰好处于支承压力的高峰区内，这是使用煤柱护巷仍难维护的根本原因。
采煤工作面两侧煤体边缘处于应力降低区，支承压力低于原岩应力。而且工作面推过一定时间后仍能长期保持稳定。如果把巷道布置在这个应力降低区内，可以使巷道容易维护，这是目前广泛推广无煤柱护巷的理论依据。
采煤工作面两侧支承压力从形成到向煤体深部转移要经过一段时间的调整过程，所以要使沿空掘巷保持稳定，必须从时间上避开未稳定的支承压力作用期，应使沿空掘巷相对于上区段采煤工作面有一个合理的滞后时间。根据具体条件不同，这个合理的滞后时间一般在3个月到1年之间。
3、老顶初次来压
当直接顶厚度与工作面采高之比较小时，直接顶垮落后不能充满采空区并支撑老顶。那么，随着工作面的不断推进，老顶悬露跨度（老顶像“双支撑梁”一样支撑在两侧煤体上的距离“不断增加，老顶开始变形。当达到极限跨度时，其自重及上覆岩层的重量超过它本身的强度极限，老顶（双支撑梁段）将发生断裂和大面积的垮落，称为老顶初次垮落。老顶初次垮落时给工作面造成的压力增大的现象，称为老顶初次来压。老顶初次垮落时，开切眼煤壁至工作面煤壁的距离民，称为老顶初次垮落步距。老顶初次垮落步距与其岩石性质及距地表垂深有关，一般在20-50m。
老顶初次来压的主要表现形式是：来压前工作面顶板压力并不显著，而煤壁内支承压力增大（煤壁片帮）；来压一般比较突然袭击，破坏和影响范围广；来压时顶板下沉速度急增等。
初次来压一般要持续2-3天，在这期间易于发生事故。因此在生产上要严加注意，一般要采用加强支护。
4、老顶周期来压
老顶初次垮落以后，采煤工作面压力将会降低。但随着工作面的继续推进，老顶的悬露面积又逐渐增大，当老顶的悬露跨度达到一定长度时（此时老顶呈“悬臂梁”状），在老顶自重及上部岩体弯曲下沉的作用下，又将发生老顶的折断和垮落。随着工作面的推进，老顶的这种垮落现象周而复始地出现，称为老顶周期垮落。周期垮落时给工作而造成压力增大的现象，称为老顶周期来压。每次周期来压的间隔距离称为周期来压步距。周期来压睛般为10-20m。
周期来压的主要表现形式是：顶板下沉速度急增；下沉量大；支护载荷增大；能引起煤壁片帮、支柱折损、顶板台阶下沉等。生产中应采取与初次来压相似的措施控制周期来压。
5、影响矿压显现的主要因素]
（1）采高与控顶距
在一定地质条件下，采高是影响上覆岩层破坏状况的重要因素之一。采高越大，控顶距越大，采出的空间越大，必然导致采场上覆岩层破坏越严重，即工作面的矿压显现越剧烈。
（2）工作面推进速度
工作面推进速度快可在短期内降低顶板下沉量，而长期稳定在一定的推进速度时，顶板下沉速度与推进速度成正比，即推进速度快，相对顶板“悬壁梁”长，顶板下觉速度快。
（3）开采深度
开采深度直接影响原始应力大小，如在松软岩层中开掘巷道，随着深度的增加，巷道围岩变形破坏将更为严重。在坚硬顶板的条件下，开采深度对工作面的顶板压力大小影响不太突出，但总体规律是采深增加支承压力必然增加，从而导致煤壁片帮及底板鼓起的机率增加。
（4）煤层倾角的影响
实际观测证明，煤层倾角对采煤工作面矿山压力显现的影响也是很大的。随着煤层倾角增加，顶板下觉量将逐渐减小，因此，在同样的生产技术条件下，采用沿倾斜向下推进的倾斜长壁工作面，与沿走向推进的工作面相比，在上覆岩层中更容易形成“铰接梁”而对工作面顶板管理有利。
[关键词] 矿井采煤工作 矿山压力 规律研究
中图分类号： TD322 文献标识：A 文章编号：
（1）顶板下沉。一般指煤壁到采空区边缘裸露的顶、底板下对移近量。随着工作面推进，顶、底板处于不断移近的状态。由于在缓斜及倾斜工作面底板鼓起量比较小，因而常常可以忽略不计，为此顶底板移近量简称为顶板下沉量。实际测定时常常是在工作面煤壁刚悬露的顶板处设置测杆，随着工作面的推进，测得由煤壁到采空区放顶线处的顶、底板移近量。
（2）顶板下沉速度。是指单位时间内的顶、底板移近量，以mm/h计算，它表示顶板活动的剧烈程度。
（3）支柱变形与折损。随着顶板下沉，采煤工作面支柱受载也逐渐增加，一般可以用肉眼观察到木柱帽的变形，剧烈时可以观察到支柱的折损。
（4）顶板破碎情况。通常以单位面积中冒落面积所占的百分数来表示顶板破碎情况。它常常是用来衡量顶板管理好坏的质量标准。
（5）局部冒顶。这是指采煤工作面顶板形成局部塌落。
（6）工作面顶板沿煤壁切落（或称大面积冒顶）。这是指采面由于顶板来压而导致顶板沿工作面切落。
其他还有煤壁片帮、支柱插入底板、底板鼓起等一系列矿山压力现象。
2、采煤工作面四周支承压力的显现规律
采煤工作面四周支承压力是指采煤工作面前后方、两侧煤柱或采空区大于原岩应力的矿山压力。该支承压力的显现规律与采空区处理方法有关，这里介绍采用全部垮落法管理顶板的情况。
（1）采煤工作面前后方的支承压力分布
未采动前，煤体所受的原始应力为ΥH（即单位面积上所受岩体的重量）。这里，Υ是上覆岩层平均容重，H为距地表的垂高。煤体中开掘巷道（如开切眼）后，原始应力状态受到破坏，应力将重新分布。开切眼上方岩体重量Q由两侧煤体分担。于是，在两侧煤体中产生了应力集中现象，这种集中应力称为支承压力。一般支承压力为原始应力的1.25-2.5倍，甚至3-4倍。
回采工作从开切眼开始后，随着工作面的推进，在工作面前方的煤体中同样产生支承压力带（或叫应力升高区）。其范围由工作面前方2-3m起直至10-45m。在工作面的后方一定范围内，由于顶板破碎垮落对该范围内的顶板岩层进行了应力释放与转移，从而出现了应力降低（或叫卸压区）。但随着工作面的进一步推进，当顶板垮落的岩石或充填体压实到相当程度后，在原来的卸压区又产生了支承压力带，相应的卸压区也跟着采面往前移。这样，前后两个支承压力带随采煤工作面的推进而移动，因此，又称该支承压力为采煤工作面的移动支承压力。
由于支承压力作用在工作面前方煤体上，将使煤壁附近的煤“压酥”，这种现象有利于落煤工作，但也增加了煤壁“片帮”的机会，影响安全，所以应加以注意并采取相应的措施。
采煤工作面空间处于应力降低区，但其上方的顶板在自重及上覆岩层的作用下，也会发生弯曲下沉，一般用顶板下沉量和下沉速度来表示。它们是选择工作面支护型式和安排回采工序的主要参数。
（2）采煤工作面两侧的支承压力分布
采煤工作面两侧的支承压力是指工作面两侧煤柱或煤体上的支承压力。随着采煤工作面的推进，除工作面前后方产生支承压力外，工作面两侧的煤柱或煤体也将出现支承压力区。对采煤工作面两侧支承压力分布规律的掌握，对采煤工作面区段平巷护巷煤柱尺寸的确定、沿空留巷和沿空送巷位置及时间的选择具有指导意义。在采动影响范围内，工作面两侧支承压力的显现特征比较明显。在工作面前方采动影响范围之外和采空区顶板岩层冒落带稳定之后趋于固定值，因此也称为“固定支承压力”。
根据大量实际观测资料和研究分析，目前对采煤工作面两侧支承压力的分布状态可得出如下结论：
采煤工作面两侧的支承压力剧烈影响区并不在煤体的边缘，而是位于煤体边缘有一定距离的地带。在过去一定时期内采用8-25m煤柱护巷，使巷道恰好处于支承压力的高峰区内，这是使用煤柱护巷仍难维护的根本原因。
采煤工作面两侧煤体边缘处于应力降低区，支承压力低于原岩应力。而且工作面推过一定时间后仍能长期保持稳定。如果把巷道布置在这个应力降低区内，可以使巷道容易维护，这是目前广泛推广无煤柱护巷的理论依据。
采煤工作面两侧支承压力从形成到向煤体深部转移要经过一段时间的调整过程，所以要使沿空掘巷保持稳定，必须从时间上避开未稳定的支承压力作用期，应使沿空掘巷相对于上区段采煤工作面有一个合理的滞后时间。根据具体条件不同，这个合理的滞后时间一般在3个月到1年之间。
3、老顶初次来压
当直接顶厚度与工作面采高之比较小时，直接顶垮落后不能充满采空区并支撑老顶。那么，随着工作面的不断推进，老顶悬露跨度（老顶像“双支撑梁”一样支撑在两侧煤体上的距离“不断增加，老顶开始变形。当达到极限跨度时，其自重及上覆岩层的重量超过它本身的强度极限，老顶（双支撑梁段）将发生断裂和大面积的垮落，称为老顶初次垮落。老顶初次垮落时给工作面造成的压力增大的现象，称为老顶初次来压。老顶初次垮落时，开切眼煤壁至工作面煤壁的距离民，称为老顶初次垮落步距。老顶初次垮落步距与其岩石性质及距地表垂深有关，一般在20-50m。
老顶初次来压的主要表现形式是：来压前工作面顶板压力并不显著，而煤壁内支承压力增大（煤壁片帮）；来压一般比较突然袭击，破坏和影响范围广；来压时顶板下沉速度急增等。
初次来压一般要持续2-3天，在这期间易于发生事故。因此在生产上要严加注意，一般要采用加强支护。
4、老顶周期来压
老顶初次垮落以后，采煤工作面压力将会降低。但随着工作面的继续推进，老顶的悬露面积又逐渐增大，当老顶的悬露跨度达到一定长度时（此时老顶呈“悬臂梁”状），在老顶自重及上部岩体弯曲下沉的作用下，又将发生老顶的折断和垮落。随着工作面的推进，老顶的这种垮落现象周而复始地出现，称为老顶周期垮落。周期垮落时给工作而造成压力增大的现象，称为老顶周期来压。每次周期来压的间隔距离称为周期来压步距。周期来压睛般为10-20m。
周期来压的主要表现形式是：顶板下沉速度急增；下沉量大；支护载荷增大；能引起煤壁片帮、支柱折损、顶板台阶下沉等。生产中应采取与初次来压相似的措施控制周期来压。
5、影响矿压显现的主要因素]
（1）采高与控顶距
在一定地质条件下，采高是影响上覆岩层破坏状况的重要因素之一。采高越大，控顶距越大，采出的空间越大，必然导致采场上覆岩层破坏越严重，即工作面的矿压显现越剧烈。
（2）工作面推进速度
工作面推进速度快可在短期内降低顶板下沉量，而长期稳定在一定的推进速度时，顶板下沉速度与推进速度成正比，即推进速度快，相对顶板“悬壁梁”长，顶板下觉速度快。
（3）开采深度
开采深度直接影响原始应力大小，如在松软岩层中开掘巷道，随着深度的增加，巷道围岩变形破坏将更为严重。在坚硬顶板的条件下，开采深度对工作面的顶板压力大小影响不太突出，但总体规律是采深增加支承压力必然增加，从而导致煤壁片帮及底板鼓起的机率增加。
（4）煤层倾角的影响
实际观测证明，煤层倾角对采煤工作面矿山压力显现的影响也是很大的。随着煤层倾角增加，顶板下觉量将逐渐减小，因此，在同样的生产技术条件下，采用沿倾斜向下推进的倾斜长壁工作面，与沿走向推进的工作面相比，在上覆岩层中更容易形成“铰接梁”而对工作面顶板管理有利。