基本顶(老顶)岩层的运动是通过其下直接顶岩层而对它下面支架产生作用的,因此,我们研究支架额定工作阻力与基本顶岩层因自重运动关系,是在采场上方直接顶岩层被支架额定工作阻力控制的基础上进行的。

由图1-2看出,在“支架-围岩”关系调压试验曲线上,存在着这样一个点(图1-2中a 曲线的A 点),它将该曲线划分为上下两部分,其上部曲线基本呈与坐标纵轴平行的直线规律变化,而其下部就按图中的曲线规律变化了。该点就成了组成该曲线的直线部分与曲线部分分界点,我们定义A 点为“支架-围岩”关系即调压实验曲线的“临界点”(图1-2)。

对于临界点以下的曲线部分,我们明显看出,曲线所对应岩层的下沉量,伴随支架调定工作阻力(支架额定工作阻力)升高而减少,反之亦增大。我们把控制曲线部分对应岩层运动支架所具备的额定工作阻力高低称为支架控制程度,而把被支架额定工作阻力控制的曲线部分对应岩层下沉量大小称为该岩层运动程度。这就充分说明了支架控制程度决定着曲线部分所对应岩层的运动程度。或者说,该曲线部分所对应岩层的运动程度取决于它运动被支架所具备的额定工作阻力控制程度,更明确地说,支架控制程度决定着曲线部分对应岩层运动程度,而曲线部分对应岩层运动程度取决于支架控制程度。正是由于它们之间呈现出这样一种控制与被控制的关系,所以,图1-2中曲线部分所对应岩层因自重产生运动与支架额定工作阻力作用机理是“运动程度控制”与“运动程度被控制”的关系(图1-3、1-4的中部)。

图1-3　支架额定工作阻力与整个覆岩(直接顶、基本顶、整体弯曲下沉带岩层)运动关系图

下部:支架额定阻力与必控(直接顶)岩层运动定性定量关系图部:支架额定阻力与程控(基本顶)岩层运动定性定量,即呈“双曲线”关系图上部:支架额定工作阻力与不可控(整体弯沉带)岩层运动定性定量关系图(www.daowen.com)

开采实践又使我们知道,采场上方基本顶(老顶)岩层因自重产生的来压运动是周期性的。在周期内,它运动是沿推进方向上,在工作面前方煤壁以内裂断的以某种力学结构方式存在基本顶岩层断块(这里以悬臂梁为例说明),在失去其下支架额定工作阻力的控制后,该基本顶岩层悬梁断块就在自重作用下,以其下面煤岩体为支托,产生绕以其前端下层面断裂线为轴的转动来压下沉运动,从而在工作面上形成一来压下沉量,正是由于该基本顶断块是绕其前端下部断裂线的转动下沉运动,所以它在工作面上形成的来压下沉量的大小就取决于支架在沿推进方向上失去对基本顶断块运动控制能力时所处的位置,该位置越靠近基本顶断块前端,顶板来压下沉量就越小。依据绕定轴转动刚体力矩平衡原理,基本顶断块来压下沉量越小,它需要支架具备控制其运动阻力就越高,即需要支架具备额定工作阻力就越大,反之亦小。由此看出,基本顶断块来压运动程度即下沉量也是取决于支架对它运动控制能力即控制程度,也就是它运动取决于被支架控制程度,或者说支架控制程度决定着基本顶断块运动程度。因此,采场上方基本顶(老顶)岩层断块因自重产生来压运动在工作面上所形成顶板下沉量与支架额定工作阻力作用机理也是“运动程度控制”与“运动程度被控制”关系。

由上述分析看出,图1-2中临界点以下的曲线部分所对应岩层运动与支架额定工作阻力作用机理与采场上方基本顶岩层断块运动与支架额定工作阻力的作用机理完全相同,都是“运动程度控制”与“运动程度被控制”关系。因此,曲线部分对应岩层所反映出来的“支架-围岩”关系就是基本顶断块因自重来压运动在工作面顶板上所形成的下沉量与支架额定工作阻力关系。所以图1-2中曲线部分所对应的岩层就是基本顶岩层,即老顶岩层。当然该曲线也就是基本顶岩层的调压试验曲线(图1-3、1-4的中部)。

由于支架额定工作阻力与基本顶岩层断块运动作用机理是“运动程度控制”与“运动程度被控制”关系,所以,从控制角度出发,基本顶岩层又可称为“程度控制岩层”,简称“程控岩层”。程控岩层这一概念,充分反映了支架额定工作阻力与基本顶断块运动之间程度控制与被程度控制定性关系,也就是图1-2中曲线部分所对应岩层运动与支架额定工作阻力关系。

以上就是采场上方基本顶岩层运动与支架额定工作阻力的定性关系分析(图1-3、1-4中部曲线)。当然它也就是图1-2中曲线部分所对应岩层运动与支架额定工作阻力定性关系分析。

由于支架额定工作阻力作用是控制顶板岩层的恒阻运动,所以更准确地说,支架额定工作阻力与基本顶断块因自重运动(下沉量)作用机理是“恒阻运动程度控制”与“恒阻运动程度被控制”关系。