大采高工作面等效直接顶与顶板结构研究

在现场实测统计分析的基础上,通过模拟实验和数值计算,揭示了大采高工作面直接顶变厚和覆岩结构铰接点上移的机理,给出了"等效直接顶"的定义。研究得出浅埋煤层大采高工作面顶板结构主要表现为双关键层结构,下组关键层为"高位台阶岩梁"结构,上组关键层为"短砌体梁"结构,工作面来压将出现大小周期来压现象。等效直接顶的破断为上部拉破断下部剪破断,等效直接顶的重量是工作面支架载荷的主要来源。大采高工作面支架初撑力应大于等效直接顶的重量,支架工作阻力主要由等效直接顶重量构成,占77%,支架额定工作阻力约为初撑力的1.3倍。

8.2m超大采高采场矿压显现特征及围岩控制

为研究近浅埋超大采高工作面采场矿压显现问题,以金鸡滩煤矿12108工作面为工程背景,利用矿压在线实时监测和理论计算的方法,对8.2 m超大采高综采工作面矿压显现特征及围岩控制对策进行了研究。研究得出:顶板结构组成是覆岩运动规律变化的核心,直接顶厚度薄随采随落,不能充满采空区;基本顶岩梁属于多岩梁有内应力场结构,端部切顶形成“等效直接顶”,“等效直接顶”主要表现为双关键岩梁结构,下位关键岩梁断裂导致小周期来压(步距15 m,来压强度在30 GPa左右),当上、下2组关键岩梁同时断裂叠合作用导致大周期来压(步距31 m,来压强度在46 GPa左右),周期来压呈现大小周期特征,一般大周期来压约为小周期来压步距2倍左右。现场监测初次来压步距达到98~117 m,周期来压步距平均在22 m,实测结果与理论分析基本吻合。实践证明“等效直接顶”跨落厚度的增加,减小了基本顶主关键岩梁回转空间,迫使基本顶铰接点上移,延缓了基本顶关键岩梁来压强度。针对超大采高综采工作面矿压显现规律及支架承载特性,在现场采取了合理控制采高、加快工作面推进速度、提高支架初撑力及三级护帮板等控制措施,有效避免了近浅埋超大采高端面漏冒、台阶下沉和煤壁大面积片帮相关灾害的发生,大采高综采支架工况良好满足生产要求。

浅埋煤层大采高工作面顶板结构分析

浅埋煤层大采高工作面应用普遍,其顶板结构理论和支护阻力计算有待深入研究。大采高工作面随着采高增大,顶板冒落带高度增大,部分地质基本顶具有等效直接顶特征。根据等效直接顶垮落充填程度的不同,将等效直接顶分为3种类型,常见的是一般充填型,基本顶将形成高位台阶岩梁结构。在实测和模拟研究的基础上,考虑顶板破断角,建立了浅埋煤层大采高"斜台阶岩梁"结构模型,给出了支架工作阻力的计算公式。最后,实例分析了等效直接顶厚度、基本顶关键块长度、基本顶关键块厚度对支架支护阻力的影响,验证了公式的可靠性。

浅埋煤层大采高工作面支架合理初撑力确定

针对浅埋大采高工作面煤壁片帮控制问题,以陕北某矿大采高工作面为背景,采用理论分析、数值计算和物理模拟相结合的方法,研究了支架初撑力对煤壁稳定性的影响规律。基于“支架-煤壁-顶板”采场结构力学模型,发现支架初撑力的提高,能快速提升支架工作阻力,有效减小煤壁受力,减轻煤壁片帮程度及发生的概率。数值模拟表明:随着初撑力的增加,煤壁塑性区范围减小,煤壁水平位移和顶板下沉量减小,煤壁片帮减轻。考虑大采高工作面等效直接顶静载作用和高位台阶岩梁结构的稳定性,按照控制等效直接顶和保持与额定工作阻力的合理比例关系,给出了基于片帮控制的合理支架初撑力确定方法。