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力将超过岩块的抗压强度，从而使岩块破坏，“三校拱”也因变形过大而破坏，致使裂隙体梁发生变形失稳。这时，岩块间的水平推力T 的大小可由下式确定：
T=LQ／2（h-s） 式中 h—岩层厚度； L—每一岩块长度； S—每一岩块下沉量； Q—上覆岩层重量。
当岩块间的水平推力T 过小时，岩块间产生的摩擦力也很小，不能承受岩块间的剪切力，则悬露岩块就要产生滑落失稳。为了不使岩块产生滑落失稳，岩块间的摩擦条件应满足下式要求：
Ttg（φ-θ）>Q
由以上两式可以看出，裂隙体梁的平衡和以下条件有关：
当岩层的厚度h 较小，即接近或等于岩块的初始下沉值S 时，水平推力T 将达到无穷大，任何岩石都无法承受这样大的力，因而裂隙体梁无法形成。
2.当岩层的厚度h 过大时，水平推力T 则变小，在T 值小于一定数值时， Ttg（φ-θ）>Q就不能得到满足，因而引起岩块滑落失稳。
3.当岩层的破断角θ大于某一数值时，Ttg（φ-θ）>Q条件不能成立，裂隙体梁也无法平衡。当θ角等于零或为负值时，才有利于裂隙体梁结构的平衡。当θ≥φ（岩石的内摩擦角）时，在任何情况下，裂隙体梁都不能取得平衡。 4.将上面第一式代入第二式中，经过整理后可得：
L>2(h-s)／tg(φ-θ)
从此式可以看出，当θ= 0，tgφ=1 时，破断岩块的长度必须大于岩块厚度的两倍以上岩块才能取得平衡。
三、长壁工作面老顶断裂板块结构理论的实质是什么?
地下煤层被采出以后，煤层顶板总要发生破断甚至垮落，研究顶板的破断和运动规律对于更好地控制顶板，保证工作面安全生产是非常重要的。
迄今为止，对回采工作面上覆岩层的研究大多是把顶板岩层简化为“梁” 的模型，作为平面问题来求解。实质上，回采工作面顶板的破断和运动并非是平面问题，而是一个空间问题。因此，近来有很多研究者将其视为“板”，进行研究。
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认为煤层开采以后，上覆岩层中较坚硬的老顶好似一个弹性薄板（厚宽比小于1：4），并且认为这个板和上部岩层已离层，板上部的软岩层只作为其上的载荷。这个弹性薄板支撑在四周的弹性基础之上（即煤层和直接顶之上），并可用相似材料模型模拟、计算机模拟及现场实测验证的方法进行研究。研究结果认为，当回采工作面由开切眼向前推进一定距离时，采空区上部悬露的老顶（板）在其自重和上部软弱岩层重量的作用下，其周边中部和板的中央首先产生微小裂隙。随后该裂隙渐渐张开，并沿直线向两端扩展，形成初始裂隙组Ⅰ。初始裂隙扩展一定长度后（一般距工作面两端约20m）呈弧线贯通，形成裂隙组Ⅱ。贯通裂隙形成后，老顶沿Ⅰ、Ⅱ裂隙向中央回转，使中央的初始裂隙向四周扩展形成分块裂隙组Ⅲ。至此，老顶被各裂隙组分割成若干结构块，各结构块互相挤压可能形成随机平衡的空间结构如图3-2所示，此时，老顶初次破断过程结束。 主要结论：
1.老顶的破断是拉伸破坏，各裂隙组将老顶分割成若干结构块；
2.工作面上下端头在老顶弧形板的保护之下；
3.老顶破断后的结构块互相挤压可能形成随机平衡结构；
4.长工作面（工作面长大于初次来压步距）有利于老顶结构块的平衡； 5.当工作面足够长时，其中部老顶的动动规律和梁的假说相吻合； 6.老顶断裂时，在断裂线前方煤（岩）体内产生反弹现象。
图3-2 老顶破断过程示意图
第四章 回采工作面矿山压力显现基本规律
一、什么是老顶的初次来压和初次来压步距？其特点是什么？老顶初次来压时应采取些什么措施？
回采工作面由于老顶的第一次失稳而引起顶板压力异常增大的现象叫做老顶的初次来压。从开切眼到顶板初次来压所推进的距离称为老顶的初次来压步距。
老顶的初次来压并不一定是老顶的第一次断裂。初次来压前老顶可能已经断裂，但由于老顶“梁”或“拱”结构的存在，保护着回采工作面，使回采工作面顶板压力显现不大。当回采工作面继续推进时，老顶形成的“梁”或“拱”结构发生失稳，使工作面顶板下沉急剧增大，才显现出顶板的初次来压。
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老顶初次来压时，回采工作面表现有以下一些特点： 1.回采工作面顶板急剧下沉，支架载荷增大。 2.工作面内直接顶破碎，甚至产生台阶状下沉现象。
3.煤壁中支承压力增大，表现为煤壁片帮严重。这是老顶初次来压的预兆之一。
4.老顶初次来压比较突然，易造成顶板垮落事故。
5.工作面内顶板出现裂缝，并有顶板掉碴现象，有时顶板有断裂声。 老顶初次来压的剧烈程度与老顶的岩石性质、厚度，直接顶的厚度，煤层的采高以及是否有地质构造等因素有关。
老顶初次来压时，由于对工作面的安全影响较大，所以在生产实际中常采取以下安全措施：
1.掌握该煤层老顶的初次来压规律和初次来压步距的大小，做好提前预报工作，以便事先做好防范准备。
2.初次来压前注意工作面支架质量，加强工作面支架对顶板的支护能力。如在靠采空区一侧增设密集支柱，适当扩大控顶距等。
3.加强支架稳定性。在靠近采空区一侧增设一梁三柱的斜撑支架，在工作面内增设木垛等特种支架。
二、什么是老顶的周期来压和周期来压步距？试分析周期来压的形成原因及表现形式。
在老顶初次来压以后，工作面继续推进，裂隙带岩层形成的结构周期性失稳而引起的顶板来压现象称为工作面顶板的周期来压。相邻两次周期来压之间工作面推进的距离叫周期来压步距。
在老顶初次来压以后，随着工作面的推进，老顶岩层继续断裂并形成裂隙体梁结构，工作面再向前推进裂隙体梁向下回转发生失稳，形成第一次周期来压。工作面再向前推进，老顶再断裂，形成的新的裂隙体梁又向下回转、失稳，导致第二次周期来压。如此反复，上覆岩层经历了“稳定-失稳-再稳定一再失稳”的过程。这种过程反复出现导致工作面顶板压力周而复始地增大，形成了工作面顶板的周期来压。
工作面周期来压有以下表现形式：
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1.工作面顶板下沉速度急剧增大，顶板下沉量也增大。 2.支架上所受的载荷急剧增大，有时会导致支柱折损。 3.煤壁上支承压力增大，从而引起煤壁片帮。
4.工作风内顶板破碎，难于管理，有时还可能出现顶板台阶下沉、局部冒顶等现象。
三、直接顶与老顶的稳定性对工作面的支护原理有何影响？
直接顶是回采工作空间直接维护的对象。直接顶的稳定性直接影响着工作面支护方式和支架架型的选择。对于不稳定的直接顶要求支架有较好的护顶性能，在煤层开采以后，不应使顶板的暴露面积过大，以免发生局部冒顶，采用单体支架要注意采取有效的勾顶措施，防止顶板从架间漏空，影响支架对顶板的支护；在采用液压自移支架时，应选用掩护性能较好的掩护支架。直接顶的稳定性较好时，对勾顶要求并不严格，可以选用支撑式或支撑掩护式支架。
老顶的稳定性对直接顶的稳定性有着直接影响，而且对支架的支护强度、支架可缩量及采空区处理方法的选择都有着决定性作用和影响。坚硬的老顶其周期来压步距较长，来压强度较大，要求支架具有较大的支护强度，才能保证工作面安全。在采用垮落法处理采空区的情况下，对于周期来压比较强烈的顶板，其下沉量将会增大，所以，要求支架应有较大的可缩性。
对于特别坚硬的顶板，有时需要采用特殊的采空区处理方法，如采用力柱支撑法或强制放顶法等等。由于顶板的稳定性不同，工作面的支护原理也应有所不同，这样才能更有效地维护好开采工作空间。
四、试分析厚煤层一次采全高时，采场矿山压力显现的特点。
近年来我国出现了一些厚煤层一次采全高或特厚煤层放顶煤采煤法。由于煤层的一次采高增大，使回采工作面的矿山压力显现发生了重大变化。国内外研究表明，由于煤层一次采高增大，回采工作面的矿山压力显现有如下几个特点：
1.工作面顶底板之间的移近量增大，移近速度加快，使支架增阻速度加快，给顶板管理带来较大困难。据统计，从煤壁到支架后方顶底板的移近量可达1m以上。
2.顶板下沉量增大和下沉速度加快，易造成顶板破碎、工作面局部冒顶频繁，特别是顶梁前端顶板很难控制等现象。这种现象尤其在放顶煤采煤法中显得更为
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突出。
3.由于一次采高加大，直接顶的冒落高度也增加，支架上的直接顶或顶煤向采空区有较大的水平移动，因而对支架产生较大的水平推力而使支架失去稳定性。另外，一次采高加大，顶板对支架产生的作用力也要增大。因此，要求支架应有较好的稳定性和较高的支撑能力。
4.由于一次采高加大，煤壁的支撑能力降低，煤壁片帮严重，更易引起端面顶板破碎和冒落。
5.在厚煤层一次采全高或放顶煤工作面，直接顶以上无坚硬老顶岩层时，也常出现初次来压和周期来压显现。这主要是由于上覆岩层挤压使平衡拱达到极限跨距后突然破坏而引起的。
在顶板内有坚硬岩层的情况下，工作面初次放顶时也可能产生冲击地压现象。
6.厚煤层一次采全高时回采工作面煤壁中的超前支承压为增大，除易引起煤壁片帮外，上下顺槽也更加难于维护。
第五章 回采工作面顶板控制及支护方法
一、怎样理解支架的合理工作阻力？
回来工作面支架在选型上合适，顶板管理上能满足生产要求，费用上经济合理的情况下的工作阻力叫做支架的合理工作阻力。支架合理工作阻力主要取决于回采工作面的顶板条件，不同的顶板要求有不同的合理工作阻力。根据“P-ΔL”曲线可知，支架的支撑力对顶板下沉量的影响有一定的限度，也就是说支架具有的支撑力既要有效地支护回采工作空间，又要适应上覆岩层大结构的运动规律。如果支架的工作阻力过小就不能有效地支护顶板，保证不了回采工作面的安全生产。如果支架工作阻力过大，并不能改变上覆岩层的运动规律，只能造球支护费用的浪费。所以，支架应有一个合理的工作阻力。
支架合理工作阻力的确定应考虑支架能够支撑直接顶岩层的重量，同时，还应考虑老顶初次来压和周期来压对支架产生的作用力。在生产实践中一般常采用估算法和实测法来确定支架的合理工作阻力。
二、如何从支撑式液压支架的前后柱受力情况，分析顶板压力特点？ 支撑式液压支架在回采工作面的使用中，由于顶板的情况不同，顶板作用
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矿山压力及其控制习题及解答
