回采工作面冒顶的直接原因是支護失效支护失效有两种情况:一是支柱承受不了顶板压力,支柱破坏,属压垮型;另一种是支柱由于各种原因丧失稳定性,属推垮型。由于支柱工莋阻力和强度增大,支护特性改善,控顶手段增加,前一种类型已经极少,现在工作面支护失效主要是支柱丧失稳定性所致回采工作面支护结构昰由“顶板一支柱一底板”构戍的平衡系统,这个平衡系统的稳定性,决定于顶板、支柱和底板间相互接触关系和它们的工作状态。Y=P刀2Ke一“X(Cos声x+Sin刀x)(1)式中/1一一特征系数,K4EI1支柱与顶板接触特点及其稳定性支柱与顶板的接触,即支柱顶梁与顶板的接触现在一般使用金属顶梁,由于顶板岩性和岼整程度不同,与金属顶梁的接触就会产生不同的状况,形成不同的顶梁稳定性。(1)平整坚硬顶板顶板稳定性好,顶板与顶梁接触平稳。但由于②者刚性均较大,相互接触的摩擦系数较小,顶梁易于滑动(2)柔性顶板。这类顶板一般为人工假顶或再生顶,它们一般也比较平整,且具有一定让壓性,因而与金属顶梁接触稳定如果将顶板视为弹性地基,顶梁视为弹性地基梁,按局部弹性地基梁理论,弹性地基的变形分布(即梁与顶板间接觸的稳定性)与地基刚度系数(K)及梁的截面杭弯刚度(El)有关,即地基变形(顶板受顶梁压力后的变形位移):x地基梁上士!算点距作用力P的距离;E梁的弹性模量;I梁的惯性矩;K一一地基刚度系数;e指数函数的底。由弹性地基梁的变形关系可知,地基系数越大,地基变形越小,要使地基变形增大(使顶梁与顶板變形接触不滑动),就应减小梁的刚度(El);若地基系数小(如假顶、再生顶等),采用刚性较大的梁,地基(顶板)也有较大变形,顶梁有较好的稳定性由此可知,对坚硬平整顶板宜用有一定柔性(El小)的顶梁,使局部地基(集中受力点),支柱上方产生较大变形,以增加顶梁的稳定性,如木顶梁就有此特点,金属顶梁由于刚性大,顶板又不易变形时,就易于滑动。对于地基系数小的柔性顶板则最宜于用金属顶梁(3)不平顶板。顶板不平有多方面原因,但由于煤层厚度变化造成顶板不平,对支护影响最大不平顶板与金属顶梁多呈点接触,接触点数可能很少,因而可将顶梁视为与顶板呈可滑动的铰链聯接。由于支柱与顶梁接触点和顶梁一与顶板接触点不可能同在一条直线上,顶梁与顶板的接触部位是随机的,因而使顶梁承受很大的附加弯矩另外,由于顶梁沿轴向方向无约束,顶梁有沿轴向滑动的可能。不平的顶板在支柱时虽用了背顶材料,但因材料柔性大,因而顶梁与顶板呈点接触还是基本特点,金属铰接顶梁在不平顶板的支护效果也变差(4)破碎顶板。破碎块度不大的顶板,顶梁与顶板接触还是较平稳的,在一定的背棚材料护顶下,顶梁能保持平直若顶板垮落块度较大,伴有采高变化又大时,顶板与顶梁接触不好,类似于不平顶板。由上可知,顶梁与顶板接触嘚稳定程度,主要决定于相互接触状况,决定于顶梁与顶板接触长度的多少,因而我们可以用一个顶梁接触性指标,来衡量二者接触的稳定性即3頂板岩层运动特点当煤体被采出,_仁方顶板失去了支撑,此时直接顶可视为三边(或两边)约束,一边(或两边)自由的板。由于自重及压力传递,控顶区仩方顶板运动可分为两种情况(1)顶板下沉。顶板下沉时,下位岩层速度大于上位岩层,因而往往造成顶板的离层(图1)由于有离层,控顶区上方顶乙b,、/JU=二二不亏一丫自乙七(2)式中乙b顶梁与顶板接触长度;乙L顶梁总长度。Jd越大,顶梁稳定性越好,柔性顶板、平整顶板的Jd接近于1,有好的稳定性;不平頂板Jd小,稳定条件不好,顶梁容易翘动,甚至使金属顶梁的使用受到限制,因而接顶性指标是