KJ616矿山压力监测系统设计A.docx
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KJ616矿山压力监测系统设计A
KJ616矿山压力监测系统的设计A
Minepressuremonitoringsystemdesign
矿山压力监测系统的设计
摘要
KJ616矿山压力监测系统可以同时监测压力和位移多种参数，是利用计算机技术、通讯技术、传感器技术解决矿井顶板监测分析，是多学科领域相结合的产物。
煤矿井下压力监控系统是煤矿信息管理的基础设施，它依托工业企业网的建设而存在，是企业信息化建设最重要的一个组成部分。
它是一种综合的集成技术，涉及现场总线技术、计算机技术、通信技术、数据库技术、多媒体技术、控制技术和网络技术等。
从网络结构上，煤矿井下压力监控系统可分为信息网和控制网两层。
信息网处于工业企业网的上层，使企业数据共享与传输的载体：
控制网处于工业企业网的下层，与信息层紧密地集成在一起，服从信息网的操作，同时具有独立性和完整性。
关键词：
矿山，KJ616压力监测，
目录
摘要I
1绪论1
1.1研究背景1
1.2煤矿井下矿压监测系统研究概况及发展趋势3
1.3煤矿井下矿压监测系统研究内容概述4
2煤矿巷道和采煤工作面矿压显现特征研究6
2.1矿山压力显现概述6
2.2压力传感器原理7
2.3采煤工作面上覆岩层移动规律分析8
2.3.1煤层顶底板岩层分析8
2.4.2老顶的初次来压11
2.4.3老顶的周期来压12
2.4.4采煤工作面周围的支承压力及其分布12
1绪论
1.1研究背景
我国煤炭行业每年事故死亡人数近万人，直接经济损失超过40亿元，而全世界其它所有产煤国事故死亡人数不超过800人。
而煤矿事故中，顶板事故是各类事故中发生最多的，因此，对矿山压力的准确检测，记录，分析，以及预测，可靠支护，是保障煤矿安全生产和运输的必要条件。
中小煤矿事故屡屡发生，究其原因除了从业人员技术素质低、责任心不强、安全意识差之外，更重要的是由于设备简陋、工作环境恶劣，而且由于一般煤矿矿井和矿井之间以及矿井和生产管理部门之间距离相对较远，致使煤矿各级领导及有关业务管理部门不能随时获取矿井生产、安全、通风等现场状况，不能及时做到生产过程的统一调度指挥。
另外，传统的煤炭企业的生产和设备自动化程度较低，管理方式粗放，特别是由于各方面的因素，短时间内难以全面更新设备条件和生产方式，有必要通过采用信息处理的相关技术促进生产安全控制和管理水平的迅速提高。
因此对于中小型煤矿，在现有技术条件下，建立经济可靠的新型安全监控系统网络，既能做到对煤矿井下压力进行实时准确地监测，又能为管理部门提供详细、准确的第一手资料，便于动态地组织、指挥和管理生产，提高工作效率，是当前发展趋势。
地下岩体在受到人类工程活动影响前称为原岩体。
原岩体在地壳内各种力的作用下处于平衡状态。
当开掘巷道或进行采矿工作（采动）时，破坏了原来的应力平衡状态，引起岩体内部的应力重新分布。
重新分布后的应力超过煤、岩的极限强度时，使巷道或采煤工作面周围的煤、岩发生破坏，并向已采空间移动，直到再次形成新的应力平衡状态。
采动后作用于围岩中和支护物上的力，称为矿山压力。
采动前，原始岩层中已存在的应力是矿山压力产生的根源，它由3部分组成：
上覆岩层的重力、构造应力、岩体膨胀应力。
矿山压力显现是矿山压力作用下围岩运动的具体表现。
由于围岩的明显运动只在满足一定力学条件下才会发生，所以矿山压力显现是有条件限制的。
而且，不同层位、不同围岩条件以及不同断面尺寸的巷道，围岩运动发展情况也大不相同。
深入细致的分析围岩的稳定条件，找到促使其运动与破坏的主动力及由此可能引起的破坏形式，并在此基础上创造条件，把矿山压力显现控制在合理的范围，才能保障矿山的安全生产。
矿井巷道开挖之后，破坏了岩体原始的力学平衡，围岩应力重新分布，使巷道围岩处于一种不稳定状态。
研究表明，围岩应力重新分布是一个渐进的过程，并且围岩的收敛由浅入深，收敛速度逐渐衰减。
如何有效地支护与加固巷道围岩、保护巷道围岩的稳定性一直是国内外关注的重要课题。
井下巷道围岩的稳定性很复杂。
从理论上讲，井下巷道围岩稳定性的基本决定因素是围岩应力与围岩强度，围岩应力超过围岩强度时，井巷将处于一种不稳定状态，反之亦然。
但影响井巷稳定性的因素很多，例如，巷道围岩的性质、围岩结构和破坏情况、井巷位置、深度、巷道轴线方向、地下水的作用、巷道的断面尺寸、掘进破岩方法、暴露时间、采动影响、构造应力影响、以及支护类型等等。
近年来，随着我国矿井开采深度逐年增加，采深已由浅部向深部发展，巷道的围岩应力亦随矿井开采深度增加而增大，出现了地压显现（巷道围岩应力）十分强烈、巷道变形急剧增大、巷道底鼓及巷道两帮片帮严重、并且在一些岩巷时有岩石突出（岩暴）发生、地温普遍增大等现象，这些都严重地危害了巷道围岩的稳定性和巷道维护，并成为制约开采矿井安全生产的主要因素。
开展巷道围岩稳定性制的研究，主要是巷道围岩稳定性分析及巷道围岩变形规律的研究和巷道支护及加固技术的研究。
目前我国支护材料消耗的较大，每产万吨煤支护方面需要消耗坑木约50立方，钢材约13吨，水泥约80吨。
尽管耗费了大量的材料，煤矿顶板事故还是发生不断。
长期以来，围岩的变形规律和巷道支护是一个难题，理论研究也很缓慢。
而准确无误地探测煤矿井下矿压，是解决这些问题的关键所在。
我国煤矿目前开采深度平均达到了450m左右，大多数巷道在地表下数百米，地应力是浅层地下工程地应力的几十倍。
巷道支护级别低，支护投入少。
巷道工程大多是临时性工程，受经济条件的限制，不可能像民用地下工程那样高强度投入巷道支护，这样，道围岩不可避免的要出现一定程度的破坏，巷道维护级别低。
巷道支护载荷不确定。
浅层地下工程通常是把上覆岩土层全都看成是载荷，支护也有条件担负起上覆岩土的全部重量。
井下矿压工程则不一样，如450m埋深，上覆岩土重量为11MPa以上。
在理想压力分布条件下常用的U型钢金属支架一般都小于0.2MPa，巷道支架能够提供的支护强度经常不到原岩应力的1%~2%，矿井工作面和巷道允许的变形量大。
浅层地下工程通常围岩变形量只有数毫米到数十毫米，但是矿井工作面和巷道工程，由于地应力大，支护投入小，又多是临时性工程，允许的围岩变形量大，特别是软岩巷道变形量大的围岩移近量达到数百毫米，甚至上千毫米，巷道支护经常不可避免地要经历和控制围岩的破坏过程。
近年来，在对矿山压力监控的过程中，由于种种客观和主观的的原因，而造成采场下沉，局部顶板冒落等事故不断发生，严重影响了矿山的生产、运输，以及矿工的人身安全。
有关资料表明，顶板事故是煤矿运输最严重的事故。
传统的矿压检测装置不完备，抗干扰能力差，传感器技术落后，数据处理能力差等等往往造成矿井安全监控不到位。
针对这些情况，需设计一套矿压检测系统，快速准确反馈顶板信息，以采取措施加强顶板管理，保证煤矿的安全生产。
1987年原煤炭工业部颁发的《煤炭工业技术政策》第39条规定：
“各矿区对采煤工作面和井巷进行矿压观测，根据岩层性质、顶扳压力、顶板下沉量和下沉速度、放顶步距、周期来压等数据，逐步摸清本矿区的矿压规律，制定本矿区的顶板分类标准。
作为采区设计、巷道布置、设备选型、支护设计、顶扳控制的依据。
”这就在原则上阐明了采煤工作面矿山压力观测的目的和任务。
随着计算机技术的发展，煤矿生产中迫切需要通过计算机进行矿压信息数据的采集和分析。
设计煤矿井下矿压监测系统，对减少煤矿生产事故，提高煤矿运输的信息化和智能化及其安全运行都具有十分重要的意义。
1.2煤矿井下矿压监测系统研究概况及发展趋势
煤矿井下矿压监测系统是煤矿检测监控系统的一个非常重要的组成部分。
我国现有的井下矿压监测系统虽在保证煤矿安全生产，提高生产率和设备利用率等方面发挥了重要作用，但还有待于进一步发展完善。
目前国内很少有专门的井下矿压监测系统，而是一些分散的矿压监测装置或者仪器。
例如，机械式支柱测力计ADJ45，常用来测量采掘工作面单体支柱和巷道支架承受的载荷及工作特性；DDJ型测杆，常用来测量顶底板相对称近量、巷道围岩表面及支架两点间的位移；BHS-10测枪，多用于测量巷道围岩表面位移；KY-82型顶板动态仪,主要用于测量采煤工作面和巷道顶底板移近量及移近速度。
还有液压式矿压观测仪器，振弦式矿压观测仪器，矿山压力遥测仪器等等。
随着计算机技术的飞速发展，越来越多的中小型监测监控系统以及大型的集散控制系统（DCS）应用于矿井的生产和运输。
在煤矿巷道矿压显现及其控制研究方面，德国和前苏联居国际领先地位。
前苏联在深井巷道矿压理论方面研究较多，原西德采用现场实测、模型实验和数值模拟等方法，侧重于深井巷道矿压控制实用技术的研究。
原西德注重巷道合理布置，回采巷道实行石膏巷旁支护沿空留巷，一部分工作面采用前进式开采。
前苏联、原西德、日本、比利时、英国和荷兰等国对巷道卸压技术和注浆加固技术进行了大量的理论和实验研究，也取得了一定效果。
在深井开采的采场矿压显现及其控制方面，原西德学者认为：
工作面中冒落高度与采深和支架的支撑力有关，工作面岩层的高压增加了冒落频度，减少顶板难管理的途径是加大支架支撑力和，缩小端面距。
原西德发展了掩护式支架，为缩短顶梁到煤壁的控顶距离，采取了在支架顶梁前增加滑动梁或可折合前探梁和护帮装置，减少了冒落、冒高及煤壁片帮问题。
由德国发展起来的钻屑法、钻孔卸压法在国际上享有盛誉，并且不断完善了一整套防治措施和预测预报方法，在采深不断增加和开采范围不断扩大的情况下，冲击地压次数和危害程度仍大幅度减少。
由于煤矿井下巷道工程大多是临时性工程，受经济条件的限制，相对地不可能像地铁、防空洞等永久性民用地下工程那样高强度投入巷道支护，随着时间的推进，巷道围岩不可避免的要出现一定程度的破坏，巷道维护级别低。
巷道工程的上述特点决定了巷道支护问题的复杂性，所以引起了众多科技工作者对巷道支护理论的不断研究和探索。
而确保巷道支护安全的关键，是要准确无误的探测出巷道内的矿压。
由于地质条件的复杂性，煤层的顶底板岩层结构本身就很复杂，伪顶，直接顶，老顶，直接底有着不同的地质结构，应力分析也复杂多样，只有精确地探测出各种矿压信息，准确无误地传输，细致地分析，才能有效的避免和减轻各种事件的发生，如顶板下沉，支柱变形和折损，顶板破碎，局部冒顶和大面积冒顶等事故。
现有的煤矿井下矿压监测装置虽在保证煤矿安全生产方面发挥了一定作用，但由于这些装置监测参数单一，系统性能价格比低，难以满足煤矿安全生产的需要，主要表现在如下几个方面：
（1）现有装置针对某一监控对象开发，从而造成硬件不通用，软件不兼容，信息不共享，难以对检测的数据进行综合分析。
（2）现有装置在同一水平上重复开发，若要进行新对象新领域的监测，需重新上设备，通信装置，抗干扰装置。
（3）现有装置没有将数据，文字，声音，图像等多种媒体有机地结合在一起，难以提高信息及系统的利用率。
国际上煤矿井下矿压监测系统已由早期的单一参数的监测装置，发展为多参数多任务的监控系统，可针对矿井安全生产多方面的需求。
针对以上种种情况，迫切需要设计煤矿井下矿压监测系统来对各种装置进行统一管理，对信号进行集中采集和分析，做到了数据采集自动化、数据处理程序化、计算结果图表化。
煤矿井下矿压监测系统的发展趋势，主要是向多媒体化方向发展。
具体表现在以下几方面：
（1）智能化自检功能，系统故障自检功能向智能化发展，具有对故障的智能分析、判断功能，改变系统自检功能单一、简单的情况，做到系统常见的软件和硬件故障都能通过自检功能进行判断，从而缩短故障处理时间，更好地保障矿井运输安全生产。
（2）兼容性，现有厂家的监测监控系统几乎都采用各自专用装置，互不兼容。
有些矿井为了安全生产的需要，在系统存在严重问题和得不到技术服务的条件下，不得不放弃该系统。
因此，制定统一的专业技术标准，对促进矿井监测监控技术发展和系统的推广应用具有十分重要的意义。
（3）实现运输监测信息网络化，根据监控系统网络化管理的需要，监控系统的实时监控信息将被网络共享，系统应用软件按统一的格式向外提供监测数据，每一台在网络远程终端都可以共享监控信息，为决策和管理层提供决策依据。
（4）提高传感器技术水准。
传感器的精度、可靠性等质量不断提高。
1.3煤矿井下矿压监测系统研究内容概述
该课题主要研究采煤工作面矿山压力观测和巷道矿山压力观测。
采煤工作面观测主要包括对采煤工作面及四周围岩的应力、顶底板变形与破坏、支柱压缩与载荷、煤壁片帮、支架变形与折损等宏观矿压显现量进行测量、记录、整理分析。
从而掌握采煤工作面矿压显现规律，并以此指导生产。
观测通常采用各种传感器进行，确保及时、准确、全面地采集信息。
巷道矿山压力观测主要是针对巷道围岩移动、支架变形及载荷等情况。
信息的收集、处理以及显示采用两级计算机实现。
采用综合监测系统对煤矿井下矿压实施综合监测，保障煤矿生产和运输的安全。
本系统是一种低成本的煤矿监测系统。
具有低成本，低功耗，易操作，功能强，可靠性高等特点。
主要适用于中小型煤矿的检测。
系统以单片机为控制核心，加上相应的接口电路、传感器、通讯装置和智能化软件设计，自动检测采煤工作面矿山压力和巷道矿山压力。
通过通过上位机人机界面用中文并辅助声光方式实时显示工作面矿山压力和巷道矿山压力的各种信息参数，并自动存储，实现矿压的实时数据的采集，实时曲线和历史曲线的绘制，完成煤矿井下的矿压监测。
通过两级计算机系统将顶板等生产事故降到最低，通过人机界面显示屏实时显示各种参数。
该系统将更好地保障煤矿生产、运输系统的安全运行，实现煤矿生产、运输的信息化和智能化，减少因事故造成的经济损失和人员伤亡，具有重大的经济效益和社会效益。
煤矿井下矿压监测系统是综合性很强的技术系统。
随着科技的不断进步及矿井生产自动化程度的提高，它在煤矿安全生产和运输中发挥着重要的作用。
2煤矿巷道和采煤工作面矿压显现特征研究
2.1矿山压力显现概述
煤及岩层被采动后，应力将重新分布。
其中，采动边界部位承受较高压力作用，岩层的受力状况发生了明显改变。
当该部位承受的压力值没有超出其允许的极限时，围岩处于稳定状态。
当采动边界部位的煤体或岩体所承受的压力值超出其允许极限后，围岩运动将明显表现出来，即产生煤体或岩体的破坏、片帮、顶板下沉与底板胶起等一系列矿压现象，支架受力与变形也将明显表现出来。
煤及岩层采动后，在矿山压力作用下表现出来的围岩运动与支架受力等现象，称为矿山压力显现。
矿山压力显现是矿山压力作用下围岩运动的具体表现。
由于围岩的明显运动只有在满足一定力学条件下才会发生，所以矿山压力显现是有条件限制的。
而且，不同层位、不同围岩条件以及不同断面尺寸的巷道，围岩运动发展情况也大不相同。
深入细致的分析围岩的稳定条件，找到促使其运动与破坏的主动力及由此可能引起的破坏形式，并在此基础上创造条件，把矿山压力显现控制在合理的范围，这是矿山压力检测的根本目的。
采动过程中，矿山压力显现的基本形式包括围岩的运动与支架受力等两个方面。
图岩运动的形式有三种：
两帮运动，顶板运动和底板运动。
两帮运动主要是指巷道两帮的弹性变形、裂隙扩展、两帮岩体扩容后产生的塑性破坏与塑性流动；两帮岩体向着采动空间内的移动，包括两帮做出与片帮等缓慢移动、煤或岩体突出与动压冲击下的高速移动。
顶板运动是指巷道及工作面顶板岩层的弯曲下沉、裂断破坏以及破碎岩石的冒落[2]。
底板运动是指巷道及工作面底板岩层的膨起、隆起、层理滑移及裂断破坏等。
支架受力主要包括支架承受载荷的增减、支架变形以及支架压折等现象。
矿山压力的存在是客观的、绝对的，它存在于采动空间的周围岩体中。
但矿山压力的显现则是相对的、有条件的，它是矿山压力作用的结果。
围岩中有矿山压力存在却不一定有明显的矿山压力显现，因为围岩的明显运动本身是有条件的，只有当应力达到其变形强度后才会发生。
支架受力也是如此，它不仅取决十围岩的明显运动，而且还取决于支架对围岩运动的抵抗程度。
影响矿山压力显现的因素有很多，主要包括：
（1）开采深度的影响。
开采深度越大，巷道越难维护，但维护费用的增加并不与深度成正比，浅部巷道的矿压主要表现在顶部，深部巷道的矿压则来自四周，并有冲击地压现象。
（2）岩层性质的影响。
岩体内摩擦角小，结构面发散，则矿压显现显著，在缓倾斜岩层中矿山压力主要来自顶板；急倾斜岩层中矿山压力来自顶底板，在巷道中表现为两帮压力较大。
在强度较大的岩体中，顶压较明显；在强度低的岩体中，四周压力较明显，底鼓影响严重[3]。
遇水膨胀的岩体最难维护。
（3）地质构造的影响。
在向斜轴、背斜轴、压应力断层或剪应力断层附近等应力集中区，矿山压力较大。
因为构造应力的最大主应力垂直于巷道轴向，平行于这些构造走向的巷道更难维护。
（4）巷道尺寸和形状的影响。
巷道的矿山压力与巷道尺寸成正比。
巷道的形状对弹性状态的周边应力影响较大，对塑性区的大小影响较小，故对矿山压力影响不大。
但巷道形状对支架的受力情况有较大的影响。
（5）时间的影响。
由于岩石不断移动，塑性区将不断扩大，岩体强度又逐渐削弱，矿山压力也将随时间而增加。
如果维护措施得当，强度较大的岩体将在短时间内趋于稳定，软弱岩体则将持续很长时间。
（6）其它采掘工程的影响。
采掘工程将引起周围岩体中应力重新分布及岩体移动。
凡处于这一影响范围的巷道，矿压显现将加剧。
2.2压力传感器原理
传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
它是实现自动检测和自动控制的首要环节。
压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，而我们通常使用的压力传感器主要是利用压电效应制造而成的，这样的传感器也称为压电传感器。
电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。
它是压电式应变传感器的主要组成部分之一。
图2-1金属电阻应变丝的结构
电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。
金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。
通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。
这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是A/D转换和CPU）显示或执行机构。
电阻应变片的工作原理
金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。
金属导体的电阻值可用下式表示：
R=P*（L/S）。
式中：
ρ——金属导体的电阻率（Ω·cm2/m）
S——导体的截面积（cm2）
L——导体的长度（m）
我们以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，从上式中可很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。
当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增加，电阻值则会减小。
只要测出加在电阻的变化（通常是测量电阻两端的电压），即可获得应变金属丝的应变情况，从而测得压力值。
2.3采煤工作面上覆岩层移动规律分析
2.3.1煤层顶底板岩层分析
1.煤层顶底板岩层的构成
煤层处于各种岩层的包围之中。
处于煤层之上的岩层称为煤层的顶扳；处于煤层之下的岩层称为煤层的底板。
煤层的顶、底板岩层可分为：
（1）伪顶。
紧贴在煤层之上，极易垮落的薄岩层称为伪顶。
通常由炭质页岩等软弱岩层组成，厚度一般小于0.5m，随采随冒。
（2）直接顶。
位于伪顶或煤层之上、具有一定的稳定性、移架或回柱后能自行垮落的岩层称为直接顶。
通常由泥质页岩、页岩、砂质页岩等不稳定岩层组成，具有随回柱放顶而垮落的特征。
直接顶的厚度一般相当于冒落带内的岩层的厚度。
（3）老顶。
位于直接顶或煤层之上坚硬而难垮落的岩层称为老顶。
常由砂岩、石灰岩、砂砾岩等坚硬岩石组成。
（4）直接底。
直接位于煤层下面的岩层。
如为较坚硬的岩石时，可作为采煤工作面支柱的良好支座；如为泥质页岩等松软岩层时，则常造成底脑和支柱插入底板等现象。
2.采煤工作面上覆岩层移动及其破坏
在采用长壁采煤法时，随着采煤工作面的不断向前推进，暴露出来的上覆岩层在矿山压力的作用下，将产生变形、移动和破坏。
根据破坏状态不同，上覆岩层可划分为图1所示的三个带。
图2-2采煤工作面上覆岩层移动分带示意图
冒落带。
指采用全部垮落法管理顶板时。
采煤工作而放顶后引起的煤层直顶的破坏范围（图1中I）。
该部分岩层在采空区内已经垮落，而且越靠近煤层的岩石就越紊乱、破碎。
在采煤工作面内这部分岩层由支架暂时支撑。
裂隙带。
指位于冒落带之上的岩层。
（图2-1中II）这部分岩层的特点是岩层产生垂直于层面的裂缝或断开，但仍能整齐排列。
弯曲下沉带。
一般是指位于裂隙带之上的岩层，向上可发展到地表。
（图2-1中III）此带内的岩层将保持其整体性和层状结构。
生产实践和研究表明，采煤工作面支架上受到的力远远小于其上覆岩层的重量。
只有接近煤层的一部分岩层的运动才会对工作面附近的支承压力和工作面支架产生明显的影响。
所谓采煤工作面矿山压力控制，也就是对这部分岩层的控制。
这部分岩层大约相当于上述三带中的冒落带和裂隙带的总厚度，一般为采高的6倍—8倍。
采煤工作面上覆悬露岩层破坏的运动形式决定着矿山压力的显现规律及对控制的要求。
上覆岩层自悬露发展到破坏，基本上有两种运动形式，即弯拉破坏和剪断破坏。
弯拉破坏是指随工作面的推进，上覆岩层悬露，在重力作用下弯曲，岩层弯曲沉降到一定程度后，伸入煤体的端部裂开，岩层冒落。
在岩层可以由弯曲发展至破坏的条件下，由于其运动是逐步发展的，所以工作面矿压显现一般比较缓和。
此时，支架应能支撑在控顶区上方将要冒落岩层的全部岩重，并能控制冒落岩层之上部分弯曲岩层的下沉量。
剪断破坏是指在岩层中部未开裂（或开裂很少）的情况下，岩层大面积整体塌垮。
产生岩层剪断破坏的条件是：
当工作面煤壁推进至岩梁端部开裂位置附近时，断裂面上的剪应力超过一定限度，虽然其中部尚未开裂，但只要下部有少量运动空间，岩层即可能被剪断而整体塌垮。
这类破坏形式运动范围大、速度快，采煤工作面将受到明显的动压冲击。
此时，如果支架工作阻力不足，极易发生顶板沿煤壁切下的重大冒顶事故。
即使工作面顶板不垮落，也会发生台阶下沉，使支柱回撤工作非常困难。
要控制这类顶板破坏，工作面支架必须有较高的初撑力，其工作阻力应能防止顶板沿煤壁线切断，把切顶线推至控顶距之外。
2.3.2直接顶的移动规律
采煤工作面自开切眼开始推进后，直接顶岩层一般并不立即垮落。
待推进一定距离后，直接顶悬露面积超过其允许值，才会大面积垮落下来，称为直接顶的初次垮落（初次放项）。
初次放顶后，直接顶岩层随采煤工作面的推进而冒落。
在正常推进过程中，直接顶是一种由采煤工作面支架支撑的悬臂梁。
由于其结构特点，在推进方向上不能保持水平力的传递。
因此，当其运动时，控制直接顶的基本要求是支架应能承担其全部重量[4]。
如果上覆各岩层厚度都不大，强度和变形能力基本相同，则冒落高度与采高近似成正比。
因此，在生产现场经常用改变采高的方法来控制采煤丁作面矿山压力显现和上覆岩层破坏的范围。
2.3.3老顶的移动规律
老顶的运动对采煤工作面矿山压力显现有明显影响。
第一次来压后，老顶是一组在推进方向上能传递水平力的不等高裂隙梁。
对于老顶岩梁控制的基本要求是：
防止由于老顶运动对采煤工作面产生动压冲击和大面积切顶事故发生，把考顶岩梁运动结束时在采场造成的顶板下沉量控制在要求的范围。
如果老顶岩梁运动没有动压冲击，岩粱运动结束后的自由位态所造成的采场顶板下沉量满足生产要求，此时支架可不承担考顶岩梁的重量。
换句话说，对这部分岩梁，支架承担的压力大小取决于所控制的岩梁位态。
老项的运动一般有两种形式。
（1）老顶的缓慢下沉。
若采高较小，直接顶厚度较大，直接顶岩层可能呈
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