特厚煤层坚硬顶板初次破断特征的力学分析

梁沙平，陆银龙，郭 鹏，吴秉臻

（1.山西煤炭进出口集团 左云韩家洼煤业有限公司，山西 左云032000；2.中国矿业大学 深部岩土力学与地下工程国家重点实验室，江苏 徐州221116；3.中国矿业大学 力学与土木工程学院，江苏 徐州221116）

我国厚煤层与特厚煤层煤炭资源储量约占全部储量的40%～50%[1]，主要采用综采放顶煤开采技术。综放开采技术实现了厚煤层及特厚煤层的快速高效开采[2-3]，但同时也造成了工作面的强烈矿压显现，特别是在特厚煤层坚硬顶板条件下的综放工作面的矿压显现要比普通工作面更加剧烈[4-7]。造成特厚煤层坚硬顶板强烈矿压显现的主要原因有2 个方面[8-11]，一是坚硬顶板岩层具有强度高，厚度大，岩体完整性强等特点，煤层开采后顶板不易发生破断而在采空区造成大面积的悬顶；二是特厚煤层开采后顶板弯曲下沉空间显著增大，当坚硬顶板发生破断时，顶板垮落动能加大，形成强烈的矿压显现。如何准确地认识这种特厚煤层综放工作面坚硬顶板的破断规律与机制，是有力保障特厚煤层坚硬顶板工作面的正常安全生产迫切需要解决的科学问题之一。目前，大多数学者主要利用经典的“传递岩梁”及“砌体梁”等理论[12-16]来估算工作面顶板的破断特征参数，但是这些经典的理论模型中并没有考虑煤层厚度对顶板破断步距的影响。因此，此类模型无法适用于特厚煤层综放工作面顶板破断规律的分析。为了考虑煤层厚度的影响，最近一些学者[17]提出了“梁式破断理论”来分析特厚煤层综放工作面顶板的破断规律，研究发现工作面顶板破断步距与煤层厚度呈负相关的关系。……