曹家滩煤矿10 m超大采高覆岩垮落结构模型及矿压作用机理
张震1
黄志增1
刘晓刚1
任建超2
刘前进1
蔺星宇1
薛吉胜1
马镕山1
1.中煤科工开采研究院有限公司,北京 100014;煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室,北京 100013;天地科技股份有限公司开采设计事业部,北京 1000132.陕西陕煤曹家滩矿业有限公司,陕西榆林 719001
摘要：曹家滩煤矿10 m超大采高工作面的成功开采标志着我国特厚煤层一次采全高开采技术进入了一个新的水平.基于压力、位移和能量传感器全方位监测超大采高工作面开采,分析10m超大采高工作面的矿压显现特征,探究上覆岩层运移及破断规律,并建立多层厚硬顶板下超大空间开采覆岩结构模型,以阐述矿压作用机理.结果表明:10m超大采高开采覆岩破断空间大,矿压显现强烈,具有"来压步距大、动载明显、支架下缩量大和安全阀开启率高"的特征,周期来压步距以10～25m为主,平均17.8 m,较同翼综放开采增幅为5.2％～21％,周期来压最大动载系数为1.44～1.68,平均1.60,其中,周期来压最大动载系数为1.60以上的占比63％,较同翼综放开采增幅60％,支架最大下缩量聚集于0.4～1.0m范围内,平均0.63 m,液压支架安全阀开启率为10.6％～78.9％,来压期间液压支架安全阀开启率大于50％的占比达48.1％;工作面来压区域性明显,且聚集于距机头75～250m范围内,具有"大小周期来压、多次连续性大周期来压"的特点,大周期来压间隔距离为102～186.8 m,平均137.5 m,来压期间微震事件沿走向方向分布在工作面前后300 m范围内,大周期来压期间微震大能量事件聚集于煤层上方20、50和80 m处的层位,能量聚集层位随工作面的推采沿煤层走向呈"低—高—低"往复循环变化的波浪形分布,其上覆岩层在采空区后方处于长距悬顶状态,中上部厚硬岩层具有同步联动破断特征,进而造成工作面的大周期来压;应力拱扩展受坚硬顶板的影响,应力拱纵向发展临时中断,横向跨度增加,形成了前、后两端为半拱状、中部为梁的"拱—梁"结构;多层厚硬顶板下超大采高工作面开采上覆岩层呈叠合"拱—梁"结构,下位"拱—梁"破断造成小周期来压,破断后岩块成台阶状接触,中上部"拱—梁"破断造成大周期来压,其连贯性破断造成多次连续性大周期来压,破断后岩块呈铰接状态;中位主控承载层Ⅱ及高位主控承载层Ⅲ滑落及回转变形失稳时所需支架的支护强度分别为2.32～2.90和1.91～2.14 MPa,现有支护装备难以有效实现工作面的围岩控制.该研究成果对超大采高开采围岩控制具有重要的指导意义.
关键词：超大采高矿压显现特征覆岩结构矿压作用机理
分类号：TP028.8(自动化技术、计算机技术)
资助基金：国家重点研发计划(2023YFC2907501)国家重点研发计划(2023YFC2907502)天地科技股份有限公司科技创新创业资金专项资助项目(2023-2-TD-ZD003)
论文发表日期：2025-04-30
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：14( 1951-1964 )
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