1.支架初撑力与基本顶断块因自重恒阻运动定性定量关系分析

由支架初撑力与额定工作阻力作用分析可知,它们对顶板岩层运动控制,无论是主动也好,还是被动也罢,它们在完成增阻过程以后,最终都能达到控制顶板岩层恒阻运动作用。这就是说,它们的作用最终相同的。对于基本顶断块而言,支架初撑力在实现对它增阻运动控制同时,还能做到立即、主动地控制该基本顶断块的恒阻下沉运动。而支架额定工作阻力则是在由支架具备的初撑力基础上,经一定增阻过程,在达到其所具备额定工作阻力后,才能达到控制基本顶断块恒阻运动的目的。正是由于支架额定工作阻力与初撑力最终都具有控制基本顶断块恒阻下沉运动的相同作用,而支架额定工作阻力与基本顶断块恒阻运动定性定量关系是“恒阻运动程度控制”与“恒阻运动程度被控制”关系,即“双曲线”关系。所以说,支架初撑力与基本顶断块恒阻运动定性定量关系也是“恒阻运动程度控制”与“恒阻运动程度被控制”关系,也即“双曲线”关系(图4-1中部)。正是由于初撑力能起到立即控制顶板岩层恒阻运动作用,所以初撑力与基本顶断块恒阻运动关系就成了“恒阻运动程度立即控制”与“恒阻运动程度立即被控制”关系(图4-1中部)。这就是说,支架初撑力与基本顶断块因自重恒阻运动作用机理与支架额定工作阻力与基本顶断块因自重恒阻运动作用机理最终是完全相同的,而支架额定工作阻力与基本顶(老顶)断块恒阻运动呈“双曲线”定量关系,其数学模型为因此,支架初撑力与基本顶断块恒阻运动定量关系数学模型也为:

式中:

Pr0——沿工作面长度方向上,控制1米基本顶断块运动,支架所具备初撑力,kN/m;

Sm——基本顶断块末端下沉量,mm;

Sx——工作面顶板的来压下沉量,mm;

Q——沿工作面长度方向上,每米基本顶断块重量,kg/m。

其中Q=Lrhrγr,式中:

Lr——基本顶断块长度,m;

hr——基本顶断块厚度,m;(www.daowen.com)

γr——基本顶断块容重,kgf/m3。

这就是支架初撑力与基本顶断块因自重恒阻运动定性定量关系(图4-1中部)。

图4-1　支架初撑力与整个采场上覆岩层(直接顶、基本顶、整体弯沉带岩层)运动定性、定量关系图

而支架额定工作阻力与基本顶断块恒阻运动呈“双曲线”关系的实践基础是回采工作面调压实验曲线,所以,支架初撑力与基本顶断块恒阻运动呈“双曲线”关系实践基础也同样是回采工作面调压实验曲线。

由上述分析看出,虽然支架额定工作阻力、初撑力都与基本顶断块恒阻运动呈“双曲线”关系,也都能实现对基本顶断块恒阻运动控制,而且支架初撑力还能实现对基本顶断块恒阻运动立即控制,但在实践中我们不用支架初撑力去控制基本顶断块恒阻运动,而都用支架额定工作阻力去控制基本顶断块恒阻运动。这是因为支架初撑力的动力来源由泵站提供,它需要动力消耗、资金投入。而用支架额定工作阻力控制,它就不需要动力消耗、资金投入,这是因为支架额定工作阻力由不需要动力消耗的安全阀提供。因此,基本顶断块恒阻运动根本不需要支架初撑力控制,有支架额定工作阻力控制就足够了。由此看出,基本顶断块在有支架额定工作阻力控制条件下,支架初撑力与基本顶断块恒阻运动关系,即恒阻运动程度立即控制与恒阻运动程度立即被控制关系只在理论上成立,并不存在实践价值,不需要用于实践,也没有必要用于实践。也就是说,基本顶断块恒阻运动根本不需要、也没有必要支架初撑力控制。因此,在有支架额定工作阻力控制时,支架初撑力与基本顶断块恒阻运动真实且具有实践意义的关系是“恒阻运动程度根本不需要立即控制”与“恒阻运动程度根本不需要被立即控制”关系。

2.支架初撑力与基本顶断块运动不存在增阻控制关系分析

对于基本顶岩层来说,它整体稳定性好,刚度、强度、硬度都大,也就是说,基本顶岩层它既不松也不软。正因如此,在支架增阻过程中,基本顶断块在支架阻力与其上不可控岩层运动压力挤压下,不会发生变形而导致支架及顶板产生增阻过程,当然它也就不会使工作面顶板产生增阻下沉量,或者说,基本顶岩层在运动过程中不存在增阻挤压变形而对顶板增阻下沉量产生影响。而支架初撑力又恰恰是控制顶板增阻下沉量的,正是由于基本顶岩层自身在运动过程中不存在增阻下沉量,所以基本顶断块也就根本不存在初撑控制问题,当然它运动也就没有必要,更不需要支架初撑力控制。这就是说,初撑力与基本顶断块运动根本不存在初撑增阻控制与初撑增阻被控制关系,即支架初撑力与基本顶断块增阻下沉运动关系。这也是基本顶断块运动不需要支架初撑力控制的第一条理由。

基本顶断块运动不需要支架初撑力控制第二条理由是:基本顶断块不可能也不需要支架初撑力立即主动控制它与其上不可控岩层同步运动;基本顶断块与其上不可控岩层的离层来压运动是必然的、迟早要发生的,支架工作阻力只是在某种程度上起到控制基本顶断块与其上不可控岩层进行同步运动作用。无论支架具备多大初撑力都控制不了它们之间的这种离层运动趋势,就是支架额定工作阻力也控制不了基本顶断块这种运动趋势。更重要的是,基本顶断块与其上不可控岩层产生的这种离层下沉量又被支架额定工作阻力控制在允许运动范围以内,而且离层后的不可控岩层又一如既往地进行着缓慢地不可以控制运动。这种运动对其下基本顶断块及直接顶运动基本上又不产生负面影响,因此基本顶断块与其上不可控岩层产生的来压离层运动不需要支架初撑力的控制,有支架额定工作阻力控制就足够了。

上文分析了支架初撑力与基本顶(老顶)断块因自重产生增阻、恒阻下沉运动的定性定量关系,分析目的就是要搞清楚它的增阻、恒阻下沉运动需不需要支架初撑力控制。通过分析得出这样一条重要结论,这就是,支架初撑力与基本顶(老顶)断块因自重产生恒阻来压下沉运动的定性定量关系从理论上讲是“恒阻运动程度立即控制”与“恒阻运动程度被立即控制”关系,即“双曲线”关系(图4-1中部)。这种关系只是理论上的,不需要用于实践也没有必要用于实践。因此,基本顶断块运动在有支架额定工作阻力控制条件下,支架初撑力与其恒阻运动作用机理从实践上讲是“恒阻运动根本不需要立即控制”与“恒阻运动根本不需要被立即控制”关系,也就是“恒阻运动不需要初撑控制”与“不需被初撑控制”关系。基本顶的恒阻运动只需要支架额定工作阻力控制,这才是支架初撑力与基本顶断块恒阻运动之间的真实关系。由此看出,基本顶断块因自重产生恒阻运动,它没有必要、也不需要支架初撑力控制。同时也看出,由于基本顶断块本身在运动过程中不产生增阻下沉量,也就是说它自身运动对顶板增阻下沉量不存在影响,因此也就不存在对其进行初撑增阻控制问题。这就是支架初撑力与基本顶断块恒阻、增阻运动的定性定量关系。该结论的得出,就是分析研究基本顶断块初撑增阻、恒阻运动控制的初衷和目的。