P-工作面支架的支撐力;R-合阻力;N-上覆巖層對直接頂的壓力,在該處由于二者已離層,因此,N=0;F1=G?cosα;F2一直接頂自重沿平行于頂底板方向的分量,F2=G?sinα;G一直接頂自重;R1一下部巖石對其下部直接頂下滑趨勢產生的阻力;R2一上部巖石對其下部直接頂下滑趨勢產生的拉力;R3一上覆巖石對其下方直接頂下滑趨勢產生的磨擦力和剪切力;R4一煤壁一側巖石的磨擦力和剪切力;R5一支架對上覆直接頂下滑產生的阻力,R5=P?sinθ;α-工作面長度方向上的傾角;θ-支柱的迎山角,一般每80上迎20~30。
對于條件①在工作面支護強度的設計中已經解決,支柱的初撐力完全能滿足F1+N的支護要求。
對于條件②根據工作面條件分析如下:
R1-下部軟巖冒落形成自由空間,R1→0
R2-煤與頂板較為破碎,R2→0
R3-頂板已離層,R3→0
R4-已斷裂離合形成不規則的六面體,R4→0
R5=Psinθ=Gcosα?sinθ≌0.08G(α:100~300,取為200,θ取為50)
通過分析得知R=R1+R2+R3+R4+R5≌R5≌0.08G<<F2≌0.3G
一旦F2>R就會瞬時推垮,由此得出離層頂板的自動下滑是推垮工作面的唯一動力,而老頂不參與推垮。
結論:
(1)從F2=G?sinα可知,對于緩傾斜工作面來說,工作面傾角的存在是發生此類推垮事故的必備條件之一,α越大發生此類事故的危險性越大,而α=0時,F2=0,就不可能發生這類事故。生產實際中,在單體液壓支護條件下,當α>80時就應該采取必要的預防措施。
(2)有ΣF2=nF2 噸/根(n為上方離層區內同排支柱根數)。ΣF2與n成正比,當n=0時,ΣF2=0。理論上說不離層不會推垮,離層面積越大,推垮的可能性就越大,這是形成推垮的又一必要條件。
由此形成推垮冒頂的充要條件是(1)支柱初撐力低,穩定性差。(2)煤層有一定的傾角。(3)老頂同下覆巖層存在離層。三個條件必須同時具備,一旦下滑力大于合阻力,就會瞬時推垮。
條件(1)是導致推垮的關鍵。條件(2)是形成推垮的必要條件之一。條件(3)是造成推垮的根本原因。
離層區下段與下方5m左右范圍為推垮危險區,此段支架與頂板存在相互依存關系,一旦破壞平衡,下部巖層對離層頂板的阻力→0,給離層的不規則六面體提供了去路。因此,必須接實護嚴頂板,支柱有效支護,棵棵監控。
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