在煤层采高及直接顶、基本顶运动参数一定条件下,不可控岩层运动所形成的顶板下沉量虽小,但它对支架合理额定工作阻力确定还是存在影响的。它的这种影响是通过强制其下基本顶断块与之同步运动而在该基本顶断块末端上所形成的同步不可控下沉量Smtb反映出来的,如式(2-9)。由式(2-9)看出,伴随同步不可控下沉量Smtb的增加,支架控制基本顶断块运动所具备的合理额定工作阻力在减少,反之则增加。因此,从支架制造、使用角度看,基本顶断块末端的同步不可控下沉量大点为好。但它大了又给采场上方直接顶板造成不可以控制、也不能够控制采动破坏,从这一点看,我们又希望它小一点为好。在常规开采条件下,它的实际下沉量并不大,对直接顶完整稳定性影响很小,而且它对支架合理额定工作阻力影响也不大,因此对它控制既可以考虑,也可以不考虑,但是在确定支架合理额定工作阻力时,都要考虑对它的控制。在这种情况下,同步不可控下沉量就成了得到支架额定工作阻力控制而不能实现对其控制且照常产生的下沉量。这就是在常规开采条件下,不可控岩层运动对支架合理额定工作阻力确定的影响。

基本顶断块运动对支架合理额定工作阻力确定,将通过其运动参数及来压运动方式对其产生影响,详见第五章。

由上述对支架合理额定工作阻力确定影响因素的分析看出,组成覆岩的所有岩层,对支架合理额定工作阻力确定都产生着影响,而式(2-8)及式(2-9)就是这种影响的定量反映与表示。

上述不能够被支架额定工作阻力控制的同步不可控下沉量对支架合理额定工作阻力确定的影响是在常规开采条件下研究的。所谓常规开采是指常规开采深度及常规工作面推进速度条件下的开采。在这种条件下开采,不可控岩层变形工作面推进速度效应,即不可控岩层变形时间效应,以及不可控岩层变形开采深度效应,即不可控岩层变形重力效应,这两种变形效应,使得采场上方不可控岩层弯沉变形为弹性变形效应,因此由其运动在工作面顶板上产生的不可控下沉量很小,所以对支架合理额定工作阻力确定影响微乎其微,因此,可以对其忽略不计。这就是说,工作面在常规推进速度及常规开采深度条件下开采时,不可控岩层变形速度效应及开采深度效应对其弯曲下沉变形影响是很小的。但是在非常规条件下这两种效应就存在影响了,这已被实践所证明,如采空区后方的不可控岩层弯沉变形量要比前方工作面附近的不可控岩层变形量大得多。这是因为采空区后方不可控岩层变形经历时间长,变形时间效应明显,由岩层出现一定程度塑性变形所致。开采深度越大,其深度效应也越大,由其运动形成的变形量也就越大。

在常规开采深度上,当工作面推进速度以超常规速度快速推进时,采场附近不可控岩层变形时间缩短,变形时间效应减小,使得不可控下沉量大大减少,在这种情况下,如果直接顶松软破碎,并采取不连续的垮落运动,而基本顶断块又能及时裂断,产生与工作面前方基本顶岩层不牵连的破断运动,那么由直接顶岩层、基本顶岩层造成的矿山压力显现并不会产生明显变化。但当直接顶、基本顶岩层完整稳定时,该两岩层得不到其上运动幅度小的不可控岩层变形的有效破坏,而使其出现大面积的悬顶,不仅使得支架对其运动无法控制,而且在其大面积来压时,还可使采场发生摧毁性的灾害。这就是快速推进工作面不可控下沉量变小时对支架合理额定工作阻力确定的影响及对采场安全造成的灾害。解决方法是适当放慢工作面推进速度,给不可控岩层一定变形时间效应,让不可控岩层在运动中强制直接顶、基本顶岩层产生应有破坏,使其及时产生垮落、破断运动。(www.daowen.com)

在常规工作面推进速度条件下,当煤层在深度、超深度上开采时,不可控岩层变形在开采深度效应,即重力效应作用下,采场附近不可控岩层将产生较大程度粘塑性变形,而强制采场上方直接顶及基本顶岩层同步运动,产生使支架控制不了的不可控下沉运动,从而使顶板不可控下沉量大大增大,尽而对采场安全造成灾害。解决方法是通过提高工作面推进速度,使工作面以超常规快速推进来解决。也就是以不可控岩层变形工作面快速推进速度效应即时间效应来抵消其变形的开采深度效应即重力效应,使采场上方不可控岩层变形时间缩短,由粘塑性变形转变成为弹性或粘弹性变形,从而使采场上方直接顶、基本顶岩层免受不可以控制的危及采场安全的破坏。

以上我们所分析的就是工作面推进速度、开采深度对不可控岩层运动所产生的不可控下沉量的影响,这种影响决定着其下基本顶及直接顶岩层的不可控运动的幅度及破坏程度,而这种运动幅度及程度又决定着对采场上方直接顶、基本顶断块控制程度及采场灾害发生。这就是非常规开采条件下,不可控下沉量也就是不可控岩层运动对支架合理额定工作阻力确定的影响。

作为影响支架控制覆岩层运动所应具备合理额定工作阻力确定及采场安全的另一个重要因素,就是关键层在整个覆岩中沿法线方向的位置。所谓关键层就是对采场上方不可控岩层运动所形成的不可控下沉量起着主导和决定影响作用的岩层。也就是说,在某种程度上对不可控岩层运动起到控制作用岩层。这样岩层无论在厚度、强度、硬度方面都大且整体稳定性强。它们受到的地质构造破坏较轻,节理裂隙不发育,正是由于如此,它对其上及其下岩层运动具有很强的控制能力,不仅它自己弯沉变形能力小,而且它其上的不可控岩层在它的控制下,也随其产生很小变形,也就是说,不仅它自己不可控下沉量小,其上不可控岩层在它的控制下,产生的不可控下沉量也很小。因此,该岩层就成了其下岩层免受不可控岩层强制运动而发生破坏的保护层。它对其下岩层运动的保护程度取决于它与煤层在层位位置上的相对关系。如果该关键层直接位于煤层之上或距离煤层很近,那它就成了煤层的基本顶岩层。在其显著运动前,采场在它的保护下很平静,工作面顶板压力不大,不可控下沉量也很小。在其来压时,不仅支架控制不了它的运动,还会给采场造成毁灭性的灾害,须采取措施控制其运动。当其距离煤层较近,其下又存在直接顶及基本顶岩层时,该直接顶及基本顶岩层在它的保护下得不到应有的破坏,将产生悬顶而对采场矿压显现与支架合理额定工作阻力确定产生影响,甚至是不可以控制影响。如直接顶、基本顶岩层经垮落、破断碎胀后又不能充分充填采空空间,而其下也还存在自由运动空间,则该关键层又成了煤层的第二个基本顶岩层,它的裂断来压运动也将对采场造成明显的矿压显现。支架应以大流量安全阀来适应该关键层的运动。当关键层以下的直接顶的厚度超过五倍煤层厚度,经垮落碎胀能充分充填采空空间或其距煤层较远,其下又不存在自由运动空间时,它就是整体弯沉带即不可控岩层中的岩层了,这时关键层对采场矿压显现及支架额定工作阻力确定就基本上不存在影响了。

作为另外一种特殊情况就是,当煤层上方的所有岩层的同步不可控下沉量Smtb大到等于整个采空空间高度,使得顶板与底板在采场后方某一位置接触时,也就是整个覆岩层的同步不可控下沉量等于煤层的采高时,即Smtb=m 时,这就是我们所说的缓慢下沉的顶板。在这种情况下,不仅覆岩中基本顶岩层消失了,就连直接顶岩层也不存在了。此时采场上方只存在着不可控岩层。正是由于直接顶及基本顶岩层都不存在,所以也不需要支架具备控制它们运动的工作阻力。但是为了保证采场安全,防止随机事件的发生,工作面顶板运动还是需要支架控制的,并且也应具有一定的工作阻力。其阻力应不小于5倍的煤层厚度的直接顶岩层的重量。这种顶板在开采实践中还是存在的,它一般出现在极薄煤层、薄煤层开采中,如山东肥城陶阳煤矿八层煤开采就曾出现过缓慢下沉的顶板。