1.2. 2上覆岩层结构及运动规律研究现状
自采用长壁开采技术以来，回采工作面上覆岩层的结构及运动规律一直是采矿学科研究的核心问题之一。

许多学者结合现场实测，通过理论分析、实验室模拟和数值分析等方法研究了上覆岩层的结构及运动规律，提出了许多有价值的理论和围岩控制技术。

由于地质条件的差异较大、研究人员切入点的不同，形成了许多的假说和理论体系。

这些研究成果都以不同方式回答了上覆岩层结构的形式问题，用以解释采场各种矿山压力现象，因此，这些假说和理论研究成果对岩层控制都具有一定的指导意义。

1916年德国的K. Stock提出悬臂梁假说，假说认为：工作面和采空区上方的顶板可被视为梁，它是一端固定于岩体内，另一端则处于悬升状态，当顶板由几个岩层组成时，形成组合悬臂梁，弯曲下沉后，受已垮落岩石的支撑，当组合悬臂梁的悬臂长度达到某个极限时，发生有规律的周期性折断，从而引起周期来压。

此假说可以很好地解释工作面顶板下沉量和支架载荷随煤壁由近及远逐渐增大，同时还可以解释工作面的周期来压现象。

该假说不足之处是计算的顶板下沉量和支架载荷与实际相差较大。

1928年，德国人哈克(w. Hack)和吉果策尔(G. Gilicer)提出了压力拱假说，假说认为：长壁工作面自开切眼起形成了压力拱，前拱脚位于煤壁前方，后拱脚位于采空区，在拱脚处形成应力增高区，拱内为应力降低区。

压力拱随着工作面的推进而向前移动。

压力拱假说能很好的解释围岩的卸载过程和原因，但不能解释上覆岩层的运动、变形
和破坏过程。

原苏联的r. H.库兹涅佐夫于1950--1954年提出了铰接岩块假说。

此假说认为：上覆岩层的破坏可分为垮落带和规则移动带。

垮落带又可分为整齐排列的上部分和杂乱无章的下部分，并且垮落带无水平方向有规律的挤压力。

岩块之间相互铰合形成了一个多环节的铰链，并且有规则地在采空区上方逐渐下沉。

该假说认为:工作面支架处于“给定载荷状态”和“给定变形状态”两种工作状态。

所谓“给定载荷状态”就是当规则移动带下部岩层变形较小且未折断时，垮落带岩层和规则移动带可能发生离层，支架承受折断的垮落带岩层的全部重量的状态;所谓“给定变形状态”就是当直接顶受基本顶影响折断时，随着岩块的下沉支架所受的载荷和变形逐渐增大，直至岩块受到已垮落岩石的支承达到平衡为止，支架所的处的状态。

该假说的不足之处是缺乏岩块间的力学分析。

50年代比利时学者A.拉巴斯提出了预成裂隙假说，该假说认为:回采工作面上覆岩层的连续性遭到破坏而成为非连续体，在工作面周围出现了应力降低区，应力增加区和采动影响区。

随着工作面推进，三个区域相应的向前推移。

由于上覆岩层内存在着各种裂隙，使岩体的变形类似于塑性体，这些岩石处于相互挤紧的状态形成了类似梁的平衡。

在自重和上覆岩层作用下发生假塑性弯曲，当下部岩层下沉量大于上部岩层时便出现了离层。

70-80年代初，钱鸣高院士提出了岩体结构的“砌体梁”力学模型。

该模型认为：回采工作面上覆岩层形成了垮落带、规则移动带、
弯曲下沉带。

当规则移动带和其上部断裂的岩块相互咬合时，采场上覆岩层形成了外形如梁实质为拱的砌体构，故称之为砌体梁。

此结构由煤壁、支架、采空区已垮落研石所支撑，沿开采方向，上覆岩层可分为:煤壁支撑影响区，离层区和重新压实区。

“砌体梁”理论是预成裂隙假说与铰接岩块假说的发展。

1994年，钱鸣高院士又建立了“砌体梁”结构的“s一R"稳定理论，1995年钱鸣高院士给出了砌体梁结构受力的理论解和岩层内部移动曲线定量解，实现了定量分析。

另外，国内众多学者也提出了自己的理论和观点。

宋振骥院士提出的“传递岩梁”的理论。

靳钟铭教授提出的坚硬顶的“悬梁结构”。

贾喜荣教授提出的“薄板矿压理论”。

石平五教授运用能量原理分析了矿山压力相关问题。

这些理论和观点都丰富了矿山压力假说，对深入研究上覆岩层的结构及运动规律，解决支护问题起到了推动作用。

同时，国内外诸多学者就大采高围岩控制技术也进行了大量的研究。

前苏联全苏矿山测量科学研究院对大采高采场的围岩运动规律及控制原理进了初步研究，研究结果表明：工作面初次来压和周期来压的步距取决于上覆岩层的特性及其结构；随着煤层开采厚度的增加，顶板坚硬岩层的支点向煤体的深部转移，煤壁边缘部分的变形较大；工作面的顶板下沉量增大;上覆岩层周期性折断的岩块很厚，回采空间上覆岩层的急剧下沉，来压强度增大;上覆岩层垮落高度增大，垮落岩层的松散系数增加;支承压力范围扩大。

郝海金博士对大采高综采工作面上覆岩层破断位置、破断后岩层的平衡结构进行了研究，结果表明：基本顶通常是超前工作面断裂
的，岩梁超前断裂后的受力状态、运动状态和支承压力的分布影响采场矿山压力的控制。

大采高综采工作面与综采放顶煤工作面相比，其周期来压的强度、支架载荷、动载系数均有所增大。

弓培林教授运用关键层理论研究了采场覆岩结构特征及运动规律，研究表明：上覆岩层的垮落、断裂受关键层的特征、层位及分布等因素的控制。

随着采高的增大，上覆岩层中的厚硬关键层产生断裂下沉，造成其上覆岩层的大规模运动。

采高大于5. 0m后，断裂带高度大于相同煤层厚度分层开采的断裂带高度，并且随着采高增大上升的幅度较大。

目前我国大采高综采工作面的采高一般在5m以下，通常按普通采高的上覆岩层结构分析是可行的。

但采高超过5m，甚至6m以上的研究相对较少，其上覆岩层结构发生了根本的变化。

因此，对5m以上甚至6m以上工作面上覆岩层的结构和运动规律进行详细的分析与研究是解决大采高支护问题、指导大采高综采实践的关键，是大采高综采工作面上覆岩层结构及运动规律研究的进一步完善、丰富、发展。