由上述分析我们知道,采场上方整体性强的基本顶岩层是在其上不可控岩层运动强制下,绕工作面前方煤层的原始应力固定端或弹性极限固定端弯沉过程中,因挠度超限而发生裂断的。那么它究竟是在那个固定端所对应的截面上发生裂断呢? 裂断的判据又是什么呢?

我们说,采场上方基本顶岩层,它首先是在其上不可控岩层即整体弯沉带岩层强制下,绕第一个支点即原始应力固定端与不可控岩层做同步弯沉运动,并同时也强制其下煤层产生三向弹性压缩变形。在运动过程中,它能否在该固定端所对应截面上发生裂断,就取决于其在弹性极限固定端位置上所产生极限绕度ymax与煤层上弹性极限固定端位置的三向极限弹性压缩量εd之间的关系了。当基本顶岩层在弹性极限固定端上所对应的极限绕度ym小于该固定端煤层的极限弹性压缩量εd时,即ymax＜εd时,基本顶岩层在弯沉过程中,将在原始应力固定端所对应的危险截面上发生裂断(图6-1)。如果ymax＞εd则基本顶岩层将不会在原始应力固定端所对应的危险截面上发生裂断(图6-2)。没有在原始应力固定端所对应截面上发生裂断的基本顶岩层,将在其上不可控岩层运动强制下,继续绕原始应力固定端做弯沉运动,其下煤层也将继续被强制做三向弹性压缩变形,沿推进方向上,当某一位置煤层围压条件使其所产生的三向弹性压缩量达到极限变形,即抗压强度达到三向极限抗压强度时,它就能够平衡由不可控岩层运动作用在该位置上的压力,这个位置以内煤层所具有支承反力就将该位置以内不可控岩层运动给控制住了。因此该位置煤层就成了不可控岩层运动的第二个支点,由于这个支点的煤层处在极限弹性变形状态,所以我们定义该支点为弹性极限固定端。这时弹性极限固定端以外的不可控岩层将强制其下基本顶岩层绕该固定端转动而做弯沉运动,在运动过程中,它能否在该弹性极限固定端所对应的截面上发生裂断,就取决于基本顶岩层在绕该固定端弯沉过程中所产生的极限挠度ymax与不可控岩层运动在该对应位置上所产生的不可控下沉量Sb的关系了。如果基本顶岩层在绕弹性极限固定端转动过程中所产生极限挠度小于它在不可控岩层对应点的不可控下沉量时,即ymax＜Sb时,整体性强的基本顶岩层在弯沉过程中,将沿弹性极限固定端所对应的截面发生裂断(图6-2),当ymax＞Sb时,基本顶岩层将不会在该固定端所对应截面上发生裂断。但这种情况是不会存在的。对于基本顶岩层来说,它属脆性材料,其变形能力很小。在弹性极限固定端上,它的极限挠度都小于不可控岩层的不可控下沉量,所以不在原始应力固定端上裂断的整体性强的基本顶岩层,它都能在弹性极限固定端所对应的截面上发生裂断。因此,整体性强的基本顶岩层在弹性极限固定端上裂断充分条件是εd＜ymax＜Sb。

由上述分析看出,煤层在某一开采深度所形成的围压条件下,它的弹性极限固定端的三向极限弹性压缩量εd就成了整体性强的基本顶岩层是在原始应力固定端所对应截面上还是在弹性极限固定端所对应截面上发生裂断的判据。当煤层弹性极限固定端三向极限弹性压缩量大于基本顶岩层在该位置上的极限挠度时,即εd＞ymax时,该基本顶岩层在原始应力固定端上裂断;如εd＜ymax,基本顶岩层就不在原始应力固定端上裂断,而在弹性极限固定端上裂断。(www.daowen.com)

由于在原始应力固定端上发生裂断的基本顶岩层变形能力极小,从而呈现出很强的脆性裂断,所以我们定义该基本顶岩层为“强脆性基本顶岩层”。把在原始应力固定端上未发生裂断,而首次在弹性极限固定端上裂断,且变形能力稍大的基本顶岩层定义为“脆性基本顶岩层”。就是在原始应力固定端上已经发生裂断的强脆性基本顶岩层,在弹性极限固定端上,它在被不可控岩层再次强制绕该固定端做弯沉运动的过程中,同样也会因挠度超限而很有可能发生第二次裂断(图6-2)。这就是整体性强的基本顶岩层发生裂断的位置及在那个固定端上发生裂断的判据分析。

构造预先裂断基本顶岩层裂断位置,它是在已经产生的构造弱面节理、裂隙或断裂的位置上发生裂断的,只不过在原始应力固定端及弹性极限固定端上进一步断开而已。