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大采高综采工作面上覆岩层移动规律及围岩控制研究肖学（山西西山晋兴能源有限责任公司，山西 太原 030053）摘 大采高综采工作面上覆岩层移动规律及围岩控制研究 肖 学 （山西西山晋兴能源有限责任公司，山西 太原 030053） 摘 要：通过大采高采场的覆岩结构、力学模型、应力分布数值模拟、结合相似材料物理模拟试验等手段，揭示了大采 高综采工作面围岩移动变形规律和矿压显现规律，提出了工作面推进过程中顶板管理、煤壁片帮控制等关键技术方案，为 支架工作阻力确定及架型选择提供依据，为建成年产 1 000 万 t 综采示范工作面奠定技术基础。 关键词：综采工作面；上覆岩层；移动规律；围岩控制 中图分类号：TD322 文献标识码：A 示范工作面的基本情况 18105 工作面位于斜沟矿 964 水平 11 采区回风 下山北部，东侧北半部为 18103 工作面采空区、南半 部为实煤区，西为 18107 采空区，北为集中材料下 山。地面标高：+990 m～1 185 m，工作面标高 +855 m～914 m。工作面埋深约 300 m。煤层总厚 5.0 m～6.4 m、平均 6.0 m，煤层倾角 6°～10°、平均 8°，可采 储量 9.755 Mt，煤体较硬，f=2～3。工作面长度 300 m， 工作面推进长度 3 500 m。 煤层老顶为 10.30 m～ 18.92 m 厚灰白色中粗粒砂岩,直接顶为 0～1.35 m 厚 灰黑色泥岩,直接底为 0～1.60 m 厚灰黑色砂质泥岩， 老底为 8.62 m～18.03 m 厚中细粒砂岩。 3 1 81 05 工作面大采高采场结构的相 似模拟研究 （1）相似模拟实验：研究斜沟煤矿 8 号煤层开采 时的煤岩移动和破坏规律、工作面的矿压显现规律、 工作面前方支承压力分布规律等。根据斜沟煤矿提 供的首采区钻孔资料、现场钻孔取芯、井下取样测定 的各岩层与煤的物理力学参数，开采煤层深度选取 8 号煤层的平均埋藏深度 300 m；试验选用长×宽×高 为 3 000 mm×200 mm×3 000 mm 的大型应变刚性加 载试验装置。 （2）经对斜沟煤矿 8 号煤层大采高模拟试验结 果及其分析，得出顶板垮落规律：①工作面推进 50 m 时，顶板由于悬空距达到一定程度初次垮落，在大采 高工作面，垮落后的岩层并不能完全充填采空区。② 直接顶的平均垮落角为 65°。③工作面推进过程中， 直接顶随采随落，基本顶的初次垮落步距为 50 m。④ 平均周期来压步距为 10.7 m，周期来压明显。⑤工作 面推进到 98 cm 时，直接顶厚度相对于煤层而言较 薄，随采随冒。⑥工作面推进60 m 时，顶板下沉量随 工作面继续推进的变化规律：见图 1，顶板下沉量随 工作面推进距离的增大而增大；且在离工作面较高 的岩层，顶板下沉量小于顶板上覆较近层，顶板上覆 岩层受采动影响下沉速度变化大。⑦工作面前方支 承应力分布规律：图 2 表示测点纵向应力随工作面 推进的变化规律，由图可知，支承压力峰值在工作面 前方 5 m 左右。 1 1 81 05 工作面大采高采场应力分布 数值模拟 根据斜沟煤矿 8 号煤层首采区地质概况建立模 拟模型，采用 FLAC 拉格朗日差分快速分析（Fast Lagrangian Analysis of Continua）软件，解析大采高工 作面顶板应力分布及变形规律。根据斜沟煤矿煤层 及顶底板岩层、现场实际情况、相关资料，确定模型 材料的力学参数。模拟结果：经对斜沟煤矿 8 号煤层 工作面前方支承压力、围岩采场结构等分析，得出以 下初步结论：（1）支承压力峰值平时距工作面 5 m 左右， 来压时减小为 2 m 左右。（2）超前支承压力在工作面 推进 50 m 时出现，最大值为 27 MPa。（3）来压时，直 接顶下沉量增大。 2 收稿日期：2012- 08- 09 作者简介：肖 学（1979—），男，山西晋城人，大学本科，工程师，从事煤炭开采技术管理工作。 2- a 3 号测点2- b 4 号测点1- a 74 号测点1- b 103 2- a 3 号测点 2- b 4 号测点 1- a 74 号测点 1- b 103 号测点 2- c 7 号测点 图 2 支承应力分布简图 2- d 8 号测点 1- c 132 号测点 1- d 161 号测点 图 1 顶板下沉量随开采推进的变化 大采高的数值模拟、实验室相似模拟、现场实测结 果，该工作面支架 - 围岩关系的支架使用情况评估 如下：①18105 工作面采用的 ZY12000/28/64D 架型 能满足工作面围岩控制要求。②支架工作阻力达 120 00 kN，根据正常状态估算，该工作阻力富裕系数较 大，据矿