煤层上的支承压力是由不可控岩层运动所形成的。因此,支承压力的显现规律就取决于不可控运动段岩层的变形特征及运动方式,而不可控岩层的变形特征及运动方式又取决其下垫层的变形性性能及其应力应变状态。

作为原始应力固定端与弹性极限固定端之间的不可控岩层,它所对应的煤层的变形为弹性变形,其所对应的应力状态又是三向应力状态。对于煤岩层来说,它属脆性材料,相对于其他材料而言,它的弹性压缩量是相当小的。而这种压缩量又是由不可控岩层运动强制而产生的,且煤层弹性压缩与不可控岩层弯沉运动是同步的,因此在弹性变形区内,煤层上某一点的弹性压缩量就等于该点在不可控岩层上所对应位置的不可控下沉量。对于煤岩体来说,特别是在三向应力状态下,它们的属性基本相同,所以弹性变形区煤层所对应的不可控岩层变形也属于弹性变形。而原始应力固定端上产生的极小不完全弹性变形的不可控岩层在其弯曲下沉的过程中是不会发生裂断的,因此不可控岩层在原始应力固定端所对应的截面上是连续的。在原始应力固定端以外,不可控岩层的另一个固定端则是弹性极限固定端,这个固定端以外的不可控岩层将以该固定端为支点通过强制其下煤层产生弹塑性及压酥变形而绕这个固定端弯曲下沉。不可控岩层在弯沉过程中,其运动一方面受到其下煤层和采空区垮落矸石的控制,另一方面它本身又是一个整体性很强的力学结构,其自身又具有很强的支撑能力。同时它在绕弹性极限固定端弯曲下沉过程中所产生的变形为粘弹性变形,正是由于处在该固定端上的不可控岩层为粘弹性变形,所以该产生粘弹性变形不可控岩层在绕该固定端运动过程中,也不发生裂断,而和前方发生弹性变形的不可控岩层连续。这就是前部不可控运动段岩层的运动变形特征。而后部不可控运动段岩层,它是在垮落碎胀矸石的控制下,并通过压实这些碎胀矸石而做不可以控制的运动。正是由于该段岩层处在不可控运动段岩层的后部,其运动经历的时间相对它的前段来说要长,因此,不可控运动段后部发生变形的岩层不仅存在着一定程度的粘弹性变形,而且还存在着一定程度的因时间效应和重力效应而产生的塑性变形。该段不可控岩层为粘弹塑性变形。正是因为该段岩层处在这样一种变形状态,所以它在运动过程中也不发生裂断,而与前部处在粘弹性变形的不可控岩层也是连续的。也正因如此,它与后面已经变平且已恢复到原始应力状态的不可控岩层也是连续的。由此看出,沿推进方向上运动着的不可控岩层不仅本身连续,而且它与其前、后面处在原始应力状态的岩层也是连续的,因此说整个不可控岩层沿推进方向上都是连续的。

对于组成整个不可控岩层的每一个岩层来说,在一般情况下,却是被许多节理、裂隙甚至断裂构造所切割而成的裂隙体,它实际上是不连续的。由于组成不可控岩层各分层岩层岩性的差异,有的节理裂隙之间的距离大,有的就小。另外还由于组成不可控岩层的各岩层有的形成早,有的形成晚,它们经历的地质作用也不一样,因此有些岩层受到的破坏严重些,而有的岩层受到破坏又轻些。使得组成整个不可控岩层各分层岩层的节理、裂隙在法线方向上并不连续也不沟通,这些互相不沟通节理、裂隙的存在,就使得整个不可控岩层具有一定的假塑性,这也是使不可控岩层沿推进方向上进行整体弯沉而连续运动的一个极其重要的因素。因此,可以这样说,从微观上讲,沿推进方向上,整个不可控岩层是非连续体,而从宏观上讲它是连续体。

沿整个采场覆岩的法线方向上,采场上方不可控运动段岩层,其下已不存在自由运动空间,它的前部有其下实体煤层强有力的控制,而其后部又有垮落碎胀矸石、断块对其运动的支托控制,再加上组成不可控岩层各岩层之间的粘接力,所以不可控岩层运动在法线方向上也是连续的。不可控岩层在运动过程中,岩层间的局部位置可能出现微小离层间隙,由于它是局部的,所以它对不可控岩层在法线上的整体性、连续性并不存在影响。

由上述分析看出,整个不可控岩层,不管是采场上方运动着的,还是处于原始应力状态的,无论在推进方向上,还是在法线方向上都是连续的,因此,整个不可控岩层的运动在空间上都是连续的。(www.daowen.com)

在循环内,伴随采煤工作沿工作面长度方向进行,不可控岩层也随采煤机的行进而沿工作面的长度方向和推进方向作滞后于采煤机的叠加弯沉运动。在循环结束后,整个工作面长度上的不可控运动段岩层,沿推进方向上也向前移动了一个循环进度的距离。由此看出,不可控运动段岩层沿工作面长度方向上和推进方向上的弯沉运动贯穿于整个采煤循环的始终。所以说,不可控运动段岩层的运动在时间上也是连续的。由上述分析可知,不可控岩层运动不仅在空间上连续,而且在时间上也连续。正因如此,所以不可控岩层本身运动并不存在周期性,而运动是平缓的、连续的进行。当然它本身的运动也就不存在动力现象。因此由不可控岩层运动在支承压力区上所形成的不可控支承压力的显现也就不存在周期性。在采场上覆岩层赋存状况、开采技术和开采深度一定的条件下,峰值支承压力以恒定的量值作用在煤层的弹性极限固定端上。该固定端在循环内,伴随采煤工作进行,既沿着工作面的长度方向上跟随采煤机行进而连续移动,又沿工作面推进方向上连续向前移动,从而使煤层层面上的每一点都承受到峰值支承压力的碾压,因此说,不可控支承压力对煤层的作用无论在时间上还是在空间上也都是连续的。

不可控岩层本身运动虽不存在周期性和动力现象,但往往在它的作用下,诱发其下围岩运动而发生动力现象。在有煤、瓦斯突出及有冲击地压倾向的矿井中,峰值支承压力位置所对应的煤岩层在峰值支承压力作用下,容易引起煤、瓦斯突出及冲击地压发生。

作为冲击地压,它的发生是有条件的,一是煤层中必须聚集有足够的足以爆发的弹性变形能,二是具有爆发条件,那就是在其附近存在强度较低松动区,因此冲击地压一般发生在煤层中为工作面服务的两巷中。这是因为两巷在为工作面服务过程中,经历时间长,两帮煤层松动深度大,在峰值支承压力移动到该松动区位置上时,其内未发生松动煤层在峰值支承压力作用下,聚集了超过煤层强度的弹性变形能量煤层突然爆发,将松动区煤体冲向巷道,而形成冲击地压,如枣庄矿区陶庄煤矿的272采区的冲击地压就是由支承压力起主导作用而引起的。又如临沂矿区古城煤矿2105工作面轨道巷,就是在峰值支承压力作用下,于工作面前方12m 处,工作面煤帮一侧发生的冲击地压,喷出煤炭40余吨,将整个巷道堵塞,致使工字钢棚腿被扭曲。

同样,在有底板突水危险的矿井中,峰值支承压力附近的含水层在这个压力作用下,含水层中的承压水也容易沿其地层薄弱地带突然涌入矿井而导致矿井水灾,如肥城矿区陶阳煤矿的矿井突水就是由此而引发的。不可控岩层还可以通过强制其下整体性强的强脆性、脆性基本顶岩层在原始应力固定端或弹性极限固定端上发生裂断,从而使基本顶断块产生快速运动而对采场矿压产生动力现象。当直接底板岩层松软时,还容易诱发底鼓现象的发生,对于受支承压力影响的巷道而言,在支承压力经过时,巷道将发生变形或破坏。这就是在常规开采条件下,由支承压力诱发的围岩运动所造成的矿压显现。