周期来压

老顶周期性折断或垮落的矿压

周期来压是指当采煤工作面继续推进，老顶悬露的跨度达到一定长度时，老顶在其自重及上覆岩层载荷的作用下，将沿煤壁甚至在煤壁内发生折断和垮落，随工作面的推进老顶这种垮落现象周而复始的出现。

简介

定义

直接顶初次垮落后随工作面的继续推进，工作面上方的老顶岩层将呈悬露状态，此时上覆岩层的重量将由老顶的悬臂直接传递给煤壁子，部分上覆岩层已经折断的老顶重量将直接压在已经垮落的矸石上，采煤工作面空间处于老顶悬梁的保护之下。这种老顶周期性折断或垮落的矿压显现成为老顶的周期来压。

分类

初次来压和周期来压。

综放开采煤层倾角对周期来压特征的影响

当煤层倾角为－5°～15°时，随着煤层倾角的增大周期来压步距逐渐减小，周期来压峰值逐渐增大。进一步分析得出不同煤层倾角对周期来压特征的影响系数。由于仰斜开采时层向分力指向采空区方向，在弯矩和层向分力的作用下使得周期来压步距偏小，来压峰值偏大；由于俯斜开采时层向分力向着工作面推进方向，使得周期来压步距偏大，来压峰值偏小。

理论分析煤层倾角对周期来压特征影响

初次来压之后，周期来压阶段在采场上方的基本顶会形成的力学模型。M0为弯矩，KN·m；Lz为周期来压步距，m；q为作用于基本顶岩梁上的均布载荷，kN/m；α为煤层倾角，（°）；h为基本顶厚度，m；T0 为支撑端的层向压力或拉力，kN。

周期来压时的支撑反力Q表达式为Q=Lzqcosα。

计算得出，当支撑岩梁上表面的拉应力σ达到顶板的抗拉强度σ极限时顶板断裂，随着煤层倾角角度的增大周期来压步距值变小。由于在倾角α的变化过程中Lz也在发生变化，通过计算可以得出，随着煤层倾角角度的增大周期来压的来压峰值增大。

实测数据整理

j7401工作面在回采1267.9m后没有继续观测，在整个观测过程中工作推进速度、采厚、地质构造、控顶距和顶板岩性等都很稳定，整个观测过程中除煤层倾角外其它影响因素都无较大变化。观测范围内共出现84次来压，初次来压步距36.5m，来压峰值是42.5MPa，将观测站测得的从第1次周期来压到第83次周期来压数据整理后，主要研究周期来压步距和周期来压峰值受煤层倾角影响中无初次来压数据。在读取数据时，同时计算来压位置的煤层倾角，煤层倾角的计算方法是上次来压位置与本次来压位置连线的倾角。

实测数据分析

将实测数据拟合出周期来压步距和周期来压峰值与煤层倾角的函数近似表达式。也就是根据m组实测数据点（xi，yi），（i=1，…，m），求近似函数y=S（x）。在拟合函数问题中，在工程中确定函数参数时最常见方法是最小二乘法，该方法的基本原理是最小化拟合值和实际值之间的偏差平方和。

1）煤层倾角－来压步距规律函数

将83组煤层倾角对应的来压步距的数据进行最小二乘线性拟合，将煤层倾角作为自变量，来压步距作为因变量，拟合出的函数曲线与离散点位置。

随着煤层倾角的变大，周期来压步距呈现递减的规律，煤层倾角为－15°～－7°时周期来压步距随着煤层倾角递减变化速率较快，当煤层倾角为－7°～6°时周期来压步距随着煤层倾角变化的速率较小，当煤层倾角为6°～16°时周期来压步距随着煤层倾角变化的速率再次增大。

2）煤层倾角－来压峰值规律函数

采用同样的数学方法，将煤层倾角作为自变量，来压峰值作为因变量。

随着煤层倾角的变大，周期来压峰值呈现递增的规律，煤层倾角为－15°～－7°时周期来压峰值随着煤层倾角递增变化速率较快，当煤层倾角为－7°～6°时周期来压峰值随着煤层倾角变化的速率较小，当煤层倾角为6°～16°时周期来压峰值随着煤层倾角变化的速率再次增大。从以上的2个函数拟合曲线中可以看出：煤层倾角越大，周期来压步距越小，来压峰值越大。

周期裂断步距与周期来压步距差异分析

依据传递岩梁理论体系，提出岩梁周期裂断步距与周期来压步距是两个性质不同的参量，分析了影响岩梁周期裂断步距的因素为岩梁结构、力学性质等力学参量。结果表明：影响岩梁周期来压步距的因素除岩梁周期裂断外，还与工作面支护强度、推进速度等工程参数相关。根据岩梁周期裂断步距与周期来压步距的力学结构，建立了各自的力学模型，推导其运动方程。建立岩梁周期裂断步距与周期来压步距之间的力学关系与数学关系，通过实例验证了运动方程的合理性和可行性。

岩梁周期裂断步距与周期来压步距的概念

所谓岩梁周期裂断，是指某一岩梁（传递岩梁），经历过初次裂断后，随采场持续推进，悬顶空间将不断增加，岩梁在自身重力作用下，将经历周期性的端部裂断、旋转、下沉等系列变化过程。把岩梁端部裂断这种现象称之为岩梁周期裂断，把岩梁两次裂断之间的距离称之为岩梁周期裂断步距（Li ,i > 0 ）。

岩梁周期裂断步距是一个力学参量，它与岩梁的结构、力学性质有关，与外在因素无关。即影响岩梁周期裂断的因子有岩梁支托层的厚度（Ms ）、岩梁随动层的厚度（Mc ）、岩梁支托层的抗拉强度（[σx ] ）、岩梁的平均重度（γ ）、岩梁的倾角（α ）、上一次裂断距离等。所谓岩梁周期来压，是指在采场推进过程中，采煤工作面出现顶板下沉量明显增大、煤壁片帮、顶板有岩层裂断声、端头巷道变形量加剧等异常现象，把这种矿压显现的时刻称之为岩梁来压，把采煤工作面面临的第一次来压称岩梁初次来压，第二次及以后的来压称周期来压。把岩梁两次来压之间采场推进的距离称岩梁周期来压步距（Ci ）。

显然，岩梁周期裂断是岩梁周期来压的前提，岩梁周期裂断是诱发因素，周期来压是表现形式。工程实践中，通过岩梁周期来压步距来推断、计算岩梁周期裂断步距具有十分重要的意义。岩梁周期来压步距是一个工程参量，除了受煤层的强度、岩梁强度等内部力学参数影响外，还受工作面支架的工作状态、采场推进速度等外部环境因素的影响。故在工程实践中，准确计算和推断岩梁周期来压步距具有一定的难度。

岩梁周期来压步距分析

取K = 1.5 ，S01 = 1.58 ，S02 = 1.65 ，S03 = 1.72 ，S04 = 1.8 ，S05 = 1.87 ，S06 = 1.94 。

通过对该岩梁周期裂断步距与周期来压步距分析，在推进距离小于工作面倾斜长度时，周期来压步距小于周期裂断步距，当推进距离大于或等于倾斜长度时，周期裂断步距等于周期来压步距，但是在空间位置上，周期裂断步距超前周期来压步距2m左右。通过计算也得知，如果增大支架的支护强度，将减少周期裂断步距与周期来压步距的超前距离，此结论与现场实测吻合。

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