多层厚硬顶板大采高综放工作面强动载矿压特征及机理
张震
黄志增
徐刚
刘晓刚
刘前进
赵铁林
蔺星宇
煤炭科学研究总院开采研究分院,北京 100013;中煤科工开采研究院有限公司,北京 100013;天地科技股份有限公司开采设计事业部,北京 100013
摘要：针对榆神矿区特厚煤层多层厚硬顶板大采高综放工作面下开采液压支架立柱急剧下缩、工作面易压架等强矿压显现问题,采用立柱压力传感器和位移传感器对工作面回采期间支架工作阻力、顶板下沉量进行了全程系统监测;对工作面矿压显现宏观特征、近远场覆岩运移与矿压的联动性进行了分析,明确了多层厚硬顶板大采高综放开采工作面矿压显现特征,得到了多层厚硬顶板破断的空间形态及覆岩结构演化规律;阐述了矿压作用机制,建立了考虑煤壁前方弯曲变形、多层厚硬顶板各层位间受力关联下的低、中、高不同层位覆岩结构力学模型,给出了不同层位岩层破断失稳判据及支架临界支护强度.结果表明:多层厚硬顶板大采高综放开采工作面除具有"来压区域性明显、来压急增阻、大小周期来压、周期性强动载来压"的特点外,还呈现出强动载来压期间多次连续性或短距间断性大周期来压的新特征;强动载期间连续性大周期来压矿压显现程度总体呈先增大后减缓的趋势,工作面周期性强动载来压呈不规律性,每隔 4～10个小周期来压,间隔 120.9～241.9 m,平均 161 m发生 1次强动载来压,强动载来压期间矿压显现异常强烈;上覆岩层呈现"低位悬臂梁+中位非铰接梁+高位联贯破断叠合铰接梁结构",低位悬臂梁结构位于煤层上方 20m以内,该结构的周期性回转破断造成工作面小周期来压,中位非铰接梁位于煤层上方 20～70 m范围,该范围内岩层的架前拉伸破断或架后剪切破断导致工作面发生大周期来压,高位岩层位于煤层上方 70m以上,中部厚硬岩层破断后,对高位铰接梁有效接触及支撑力减小,造成高位铰接梁相继破断失稳,继而导致工作面多次连续性或短距间断性大周期来压的强动载来压;中位非铰接梁结构破断失稳时支架合理支护强度为 1.897 MPa,高位联贯破断铰接梁回转变形失稳对应的支架合理支护强度为 2.470 MPa,滑落失稳对应的支架合理支护强度为 3.180 MPa,现有的高强度支架难以对顶板的强矿压进行有效控制,须采取顶板弱化的手段进行采场围岩控制.研究成果对特厚煤层多层厚硬顶板开采围岩控制具有一定的指导意义.
关键词：特厚煤层多层厚硬顶板矿压显现特征破断结构矿压作用机理
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：2025-07-31
在线出版日期：2025-08-22（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：19( 3369-3387 )
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