工作面坚硬顶板围岩力学特性及来压特征

（东华理工大学 土木与建筑工程学院 江西 330013）

坚硬顶板条件在矿区开采中普遍存在，随着回采工作面的不断推进，采空区坚硬顶板悬露面积逐渐增大，当达到极限时发生大面积冒落，其极大的冲击力不仅会影响回采工作面的支护设施，而且会将采空区内的空气瞬间排出，威胁井下工作人员及设备安全，严重时还会影响附近的回采巷道[1-4]。因此，有必要对工作面坚硬顶板的物理力学特性开展研究，本文采用室内试验与实际压力数据观测相结合的方法，分析了坚硬顶板围岩力学特性及来压规律，以指导工作面的正常和安全生产，并为以后其它工作面的生产规程和措施的制定提供坚实的依据。

1.工程背景

山西省某矿坚硬顶板工作面走向长度148m，倾斜长度86m，煤层倾角4°～6°，面积约10400m2，煤厚度1.0～1.4m，平均厚度1.2m，采高为全高。该工作面煤层顶底板岩性如表1所示。工作面瓦斯浓度低，无瓦斯突出危险。地温16～17℃，地压无异常，煤的普氏系数2～3，较硬。

表1 煤层顶底板岩性

图1 试验试件

采集该工作面直接顶（K2石灰岩）岩样，取直径为50mm，分别加工成高为50mm和100mm两种试件并编号，试验试件如图1所示。

2.灰岩力学特性及水理性质

(1)力学特性

采用压缩试验分别获取试件的单轴压缩和三轴压缩强度，采用劈裂法试验来间接测试岩块的抗拉强度，操作时在试件直径方向上，施加一对线性荷载，使试件沿传递线性荷载的垫条所对应的直径方向破坏。并根据弹性力学推导的公式近似计算抗拉强度Rt：