基本介紹
- 中文名：周期來壓
- 外文名：Periodic pressure
- 老頂岩層：呈懸露狀態
- 釋義：老頂周期性折斷或垮落的礦壓
- 套用：煤礦開採
簡介,綜放開採煤層傾角對周期來壓特徵的影響,理論分析煤層傾角對周期來壓特徵影響,實測數據整理,實測數據分析,周期裂斷步距與周期來壓步距差異分析,岩梁周期裂斷步距與周期來壓步距的概念,岩梁周期來壓步距分析,
簡介
定義
直接頂初次垮落後隨工作面的繼續推進，工作面上方的老頂岩層將呈懸露狀態，此時上覆岩層的重量將由老頂的懸臂直接傳遞給煤壁子，部分上覆岩層已經折斷的老頂重量將直接壓在已經垮落的矸石上，採煤工作面空間處於老頂懸樑的保護之下。這種老頂周期性折斷或垮落的礦壓顯現成為老頂的周期來壓。
分類
初次來壓和周期來壓。
綜放開採煤層傾角對周期來壓特徵的影響
當煤層傾角為－5°～15°時，隨著煤層傾角的增大周期來壓步距逐漸減小，周期來壓峰值逐漸增大。進一步分析得出不同煤層傾角對周期來壓特徵的影響係數。由於仰斜開採時層向分力指向採空區方向，在彎矩和層向分力的作用下使得周期來壓步距偏小，來壓峰值偏大；由於俯斜開採時層向分力向著工作面推進方向，使得周期來壓步距偏大，來壓峰值偏小。
理論分析煤層傾角對周期來壓特徵影響
初次來壓之後，周期來壓階段在采場上方的基本頂會形成的力學模型。M0為彎矩，KN·m；Lz為周期來壓步距，m；q為作用於基本頂岩樑上的均布載荷，kN/m；α為煤層傾角，（°）；h為基本頂厚度，m；T0 為支撐端的層向壓力或拉力，kN。
周期來壓時的支撐反力Q表達式為Q=Lzqcosα。
計算得出，當支撐岩樑上表面的拉應力σ達到頂板的抗拉強度σ極限時頂板斷裂，隨著煤層傾角角度的增大周期來壓步距值變小。由於在傾角α的變化過程中Lz也在發生變化，通過計算可以得出，隨著煤層傾角角度的增大周期來壓的來壓峰值增大。
實測數據整理
j7401工作面在回採1267.9m後沒有繼續觀測，在整個觀測過程中工作推進速度、采厚、地質構造、控頂距和頂板岩性等都很穩定，整個觀測過程中除煤層傾角外其它影響因素都無較大變化。觀測範圍內共出現84次來壓，初次來壓步距36.5m，來壓峰值是42.5MPa，將觀測站測得的從第1次周期來壓到第83次周期來壓數據整理後，主要研究周期來壓步距和周期來壓峰值受煤層傾角影響中無初次來壓數據。在讀取數據時，同時計算來壓位置的煤層傾角，煤層傾角的計算方法是上次來壓位置與本次來壓位置連線的傾角。
實測數據分析
將實測數據擬合出周期來壓步距和周期來壓峰值與煤層傾角的函式近似表達式。也就是根據m組實測數據點 （xi，yi），（i=1，…，m），求近似函式y=S（x）。在擬合函式問題中，在工程中確定函式參數時最常見方法是最小二乘法，該方法的基本原理是最小化擬合值和實際值之間的偏差平方和。
1）煤層傾角－來壓步距規律函式
將83組煤層傾角對應的來壓步距的數據進行最小二乘線性擬合，將煤層傾角作為自變數，來壓步距作為因變數，擬合出的函式曲線與離散點位置。
隨著煤層傾角的變大，周期來壓步距呈現遞減的規律，煤層傾角為－15°～－7°時周期來壓步距隨著煤層傾角遞減變化速率較快，當煤層傾角為－7°～6°時周期來壓步距隨著煤層傾角變化的速率較小，當煤層傾角為6°～16°時周期來壓步距隨著煤層傾角變化的速率再次增大。
2）煤層傾角－來壓峰值規律函式
採用同樣的數學方法，將煤層傾角作為自變數，來壓峰值作為因變數。
隨著煤層傾角的變大，周期來壓峰值呈現遞增的規律，煤層傾角為－15°～－7°時周期來壓峰值隨著煤層傾角遞增變化速率較快，當煤層傾角為－7°～6°時周期來壓峰值隨著煤層傾角變化的速率較小，當煤層傾角為6°～16°時周期來壓峰值隨著煤層傾角變化的速率再次增大。從以上的2個函式擬合曲線中可以看出：煤層傾角越大，周期來壓步距越小，來壓峰值越大。
周期裂斷步距與周期來壓步距差異分析
依據傳遞岩梁理論體系，提出岩梁周期裂斷步距與周期來壓步距是兩個性質不同的參量，分析了影響岩梁周期裂斷步距的因素為岩梁結構、力學性質等力學參量。結果表明：影響岩梁周期來壓步距的因素除岩梁周期裂斷外，還與工作面支護強度、推進速度等工程參數相關。根據岩梁周期裂斷步距與周期來壓步距的力學結構，建立了各自的力學模型，推導其運動方程。建立岩梁周期裂斷步距與周期來壓步距之間的力學關係與數學關係，通過實例驗證了運動方程的合理性和可行性。
岩梁周期裂斷步距與周期來壓步距的概念
所謂岩梁周期裂斷，是指某一岩梁（傳遞岩梁），經歷過初次裂斷後，隨采場持續推進，懸頂空間將不斷增加，岩梁在自身重力作用下，將經歷周期性的端部裂斷、旋轉、下沉等系列變化過程。把岩梁端部裂斷這種現象稱之為岩梁周期裂斷，把岩梁兩次裂斷之間的距離稱之為岩梁周期裂斷步距（Li ,i > 0 ）。
岩梁周期裂斷步距是一個力學參量，它與岩梁的結構、力學性質有關，與外在因素無關。即影響岩梁周期裂斷的因子有岩梁支托層的厚度（Ms ）、岩梁隨動層的厚度（Mc ）、岩梁支托層的抗拉強度（[σx ] ）、岩梁的平均重度（γ ）、岩梁的傾角（α ）、上一次裂斷距離等。所謂岩梁周期來壓，是指在采場推進過程中，採煤工作面出現頂板下沉量明顯增大、煤壁片幫、頂板有岩層裂斷聲、端頭巷道變形量加劇等異常現象，把這種礦壓顯現的時刻稱之為岩梁來壓，把採煤工作面面臨的第一次來壓稱岩梁初次來壓，第二次及以後的來壓稱周期來壓。把岩梁兩次來壓之間采場推進的距離稱岩梁周期來壓步距（Ci ）。
顯然，岩梁周期裂斷是岩梁周期來壓的前提，岩梁周期裂斷是誘發因素，周期來壓是表現形式。工程實踐中，通過岩梁周期來壓步距來推斷、計算岩梁周期裂斷步距具有十分重要的意義。岩梁周期來壓步距是一個工程參量，除了受煤層的強度、岩梁強度等內部力學參數影響外，還受工作面支架的工作狀態、采場推進速度等外部環境因素的影響。故在工程實踐中，準確計算和推斷岩梁周期來壓步距具有一定的難度。
岩梁周期來壓步距分析
取K = 1.5 ，S01 = 1.58 ，S02 = 1.65 ，S03 = 1.72 ，S04 = 1.8 ，S05 = 1.87 ，S06 = 1.94 。
通過對該岩梁周期裂斷步距與周期來壓步距分析，在推進距離小於工作面傾斜長度時，周期來壓步距小於周期裂斷步距，當推進距離大於或等於傾斜長度時，周期裂斷步距等於周期來壓步距，但是在空間位置上，周期裂斷步距超前周期來壓步距2m左右。通過計算也得知，如果增大支架的支護強度，將減少周期裂斷步距與周期來壓步距的超前距離，此結論與現場實測吻合。
