【摘要】：根據(jù)實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)分析,近淺埋煤層大采高工作面支架載荷普遍較大,且隨采高增大有增加的趨勢(shì),工作面來壓存在大小周期,厚度較大的等效直接頂靜載是工作面支架的基本載荷。通過物理模擬實(shí)驗(yàn),揭示了大采高工作面直接頂變厚和頂板結(jié)構(gòu)鉸接點(diǎn)上移的機(jī)理,提出了"等效直接頂"的定義,建立了近淺埋煤層大采高工作面頂板"雙關(guān)鍵層"理論。近淺埋煤層大采高工作面頂板主要表現(xiàn)為"雙關(guān)鍵層"結(jié)構(gòu),根據(jù)等效直接頂對(duì)采空區(qū)的充填程度,雙關(guān)鍵層頂板結(jié)構(gòu)分為"雙砌體梁"和"斜臺(tái)階巖梁-砌體梁"兩類,常見的是"斜臺(tái)階巖梁-砌體梁"雙關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)。建立了雙關(guān)鍵層頂板結(jié)構(gòu)模型,揭示了工作面出現(xiàn)大小周期來壓的機(jī)理,給出了支架初撐力和工作阻力的計(jì)算公式,可為近淺埋煤層大采高工作面頂板控制提供理論依據(jù)。
【圖文】：

煤炭學(xué)報(bào)2017年第42卷圖1支護(hù)阻力隨采高的變化(折算架寬1.75m)Fig.1Supportresistancevs.miningheight一大一小的周期性變化，大周期來壓時(shí)動(dòng)載較明顯，容易造成壓架事故。大周期來壓步距一般為小周期來壓步距的2倍，大周期來壓載荷為小周期的1.3倍。圖2工作面大小周期來壓規(guī)律Fig.2Largeandsmallperiodicweightingoflongwallface形成大小周期來壓的原因，主要是基巖頂板垮落過程可以形成雙關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)。根據(jù)覆巖條件的不同，直接頂厚度約占采高的2～3倍，每組關(guān)鍵層厚度(鉸接結(jié)構(gòu)層)為采高的3～5倍，則當(dāng)基巖厚度為采高的8～13倍以上，就可能形成兩組關(guān)鍵層。這一現(xiàn)象在1997年活雞兔煤礦首采工作面模擬中也曾發(fā)現(xiàn)(圖3)，該工作面基巖厚度約60m，采高為4m，基巖厚度為采高的15倍，垮落頂板形成雙關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)。下組關(guān)鍵層厚度約20m，破斷頂板形成強(qiáng)斷裂帶，導(dǎo)致小周期來壓;上組關(guān)鍵層厚度約30m，破斷形成弱斷裂帶，上下關(guān)鍵層同步運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致大周期來壓。2近淺埋大采高工作面頂板結(jié)構(gòu)2.1等效直接頂及其厚度隨著采高的加大，大采高工作面頂板垮落帶變厚，等效于“直接頂”的頂板巖層厚度加大。為了準(zhǔn)確描述大采高工作面“厚直接頂”特征，提出大采高工作面“等效直接頂”概念，將煤層至鉸接基本頂巖層之間，不能形成結(jié)構(gòu)的垮落帶巖層統(tǒng)稱為等效直接頂［12］。圖3近淺埋煤層頂板雙關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)形態(tài)素描Fig.3Sketchofdoublekeystratastructureintheroofofnearlyshallowcoalseam物理相似模擬得出［12－13］，采高為4，5，6，7m時(shí)，等效直接頂厚度為10，15，21，26m，分別為采高的2.5，3.0，，3.5，3.7倍，如圖4所示。可見，等效直接頂厚度與采高呈近似線性增加，為采高的2.5～3.7倍，平均3.2倍，與按照碎脹系數(shù)1.3計(jì)算得出的3.

煤炭學(xué)報(bào)2017年第42卷圖1支護(hù)阻力隨采高的變化(折算架寬1.75m)Fig.1Supportresistancevs.miningheight一大一小的周期性變化，大周期來壓時(shí)動(dòng)載較明顯，容易造成壓架事故。大周期來壓步距一般為小周期來壓步距的2倍，大周期來壓載荷為小周期的1.3倍。圖2工作面大小周期來壓規(guī)律Fig.2Largeandsmallperiodicweightingoflongwallface形成大小周期來壓的原因，主要是基巖頂板垮落過程可以形成雙關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)。根據(jù)覆巖條件的不同，直接頂厚度約占采高的2～3倍，每組關(guān)鍵層厚度(鉸接結(jié)構(gòu)層)為采高的3～5倍，則當(dāng)基巖厚度為采高的8～13倍以上，就可能形成兩組關(guān)鍵層。這一現(xiàn)象在1997年活雞兔煤礦首采工作面模擬中也曾發(fā)現(xiàn)(圖3)，該工作面基巖厚度約60m，采高為4m，基巖厚度為采高的15倍，垮落頂板形成雙關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)。下組關(guān)鍵層厚度約20m，破斷頂板形成強(qiáng)斷裂帶，導(dǎo)致小周期來壓;上組關(guān)鍵層厚度約30m，破斷形成弱斷裂帶，上下關(guān)鍵層同步運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致大周期來壓。2近淺埋大采高工作面頂板結(jié)構(gòu)2.1等效直接頂及其厚度隨著采高的加大，大采高工作面頂板垮落帶變厚，等效于“直接頂”的頂板巖層厚度加大。為了準(zhǔn)確描述大采高工作面“厚直接頂”特征，提出大采高工作面“等效直接頂”概念，將煤層至鉸接基本頂巖層之間，不能形成結(jié)構(gòu)的垮落帶巖層統(tǒng)稱為等效直接頂［12］。圖3近淺埋煤層頂板雙關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)形態(tài)素描Fig.3Sketchofdoublekeystratastructureintheroofofnearlyshallowcoalseam物理相似模擬得出［12－13］，采高為4，5，6，7m時(shí)，等效直接頂厚度為10，15，21，26m，分別為采高的2.5，3.0，3.5，3.7倍，如圖4所示�？梢姡刃е苯禹敽穸扰c采高呈近似線性增加，為采高的2.5～3.7倍，平均3.2倍，與按照碎脹系數(shù)1.3計(jì)算得出的3.
【作者單位】： 西安科技大學(xué)能源學(xué)院;西安科技大學(xué)教育部西部礦井開采及災(zāi)害防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;
【基金】：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51674190,51174278)
【分類號(hào)】：TD323

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本文編號(hào)：2527109