大采高工作面復合關鍵層頂板支架—圍巖力學模型

李根威,萬志軍

(1.呂梁學院,山西 呂梁 033001;2.中國礦業大學，江蘇 徐州 221006)

采場—支架圍巖關系中,組成基本頂的巖梁無論是處于相對穩定階段[1],還是進入端部斷裂、巖塊回轉下沉顯著運動之中,始終保持著能將其自重及上覆巖層的作用力傳遞到煤壁、支架以及采空區矸石上的力學聯系。基本頂巖梁斷裂后,對支架的作用力由支架對巖梁的抵抗程度決定,巖梁運動結束時,支架的工作狀態可分為“給定變形”和“限定變形”兩種工作狀態[2]。弓培林教授[3]根據支架初撐力與工作阻力之間的線性關系,認為大采高條件下,垮落帶高度為煤層厚度的2～4倍,采空區厚且破碎矸石做墊層,較大的動載荷很難傳遞給支架,因此載荷雖然大,但是動載系數小,上覆巖層結構失穩對工作面支架阻力影響不明顯,支架的受力以圍巖靜載為主。長平煤礦在支架工作阻力確定方面也是采用載荷估算的方法,同時借鑒了相鄰煤礦[4]大采高開采的成熟經驗,選擇支架的最大工作阻力為12 000 kN,而國內其他大采高工作面在采高條件相似的條件下,支架阻力選擇80 000～20 000 kN，仍可取得很好的回采效果。本文從上覆巖層關鍵層賦存角度建立力學模型,分析各因素對支架阻力的影響。

1 工作面概況

長平煤礦Ⅲ4303綜采工作面南部為第四條采區大巷,北部、東部、西部尚未布置工作面,工作面走向長1 599.747 m(中—停),傾斜長225 m(中—中),煤層平均厚度為5.86 m,煤層傾角5°～16°,平均傾角10°。工作面由北向南推進,布置有2條回采平巷,東4206巷供進風、供電、供液、供水、運料和排水用;西4209巷供回風、排水用，回采前,在工作面上覆巖層50 m范圍鉆孔取芯,測試上覆巖層的賦存情況和力學特征,結果如表1所示。……