大采高综采面顶板破断特征与覆岩活动规律分析

李嘉裕

（晋能控股煤业集团煤峪口矿，山西 大同 037003）

1 概述

我国煤层赋存条件复杂，目前大量矿井正在开采受地质构造影响的煤炭资源，该类地质条件下，若煤层较厚、采高较大，其顶板稳定性明显降低，面临的直接问题就是易出现直接顶切割冒顶现象，直接威胁到工作面的安全高效回采[1-3]。针对工作面覆岩活动规律，国内外专家学者进行了大量研究，如悬臂梁、压力拱、铰接岩块、传递岩梁、砌体梁、关键层等众多理论假说[4-6]。本文以煤峪口矿82002 大采高综采面为工程背景，揭示大采高综采面顶板破断特征与覆岩活动规律，为支架选型和工作面参数确定提供理论依据。

2 相似模拟方案

煤峪口矿412 盘区82002 工作面开采11#煤层，工作面埋深296.1～318.9 m；煤层厚度4.0 m，含1～2 层夹矸；开切眼宽度7.0 m，高度4.0 m；直接顶为2.0 m 厚的细砂岩，基本顶为8.0 m 厚的粗砂岩。模拟时，按比例（100:1）建立相似模拟模型，模型长1 800 mm、高1 000 mm、宽160 mm，其中直接顶及上覆岩层厚度860 mm，等价于86 m 高度，上部施加869.53 kg配重等价工作面埋深300.0 m；模拟动力相似比和时间相似比分别为1.7:1、10:1，监测模型开挖过程中的覆岩应力和位移规律，测点布置见图1，测点共计8 层17 列，间距均为100 mm。

图1 测点布置

3 顶板破断特征与覆岩活动规律

相似模拟试验工作面沿走向开采，开切眼宽度70.0 mm，等价于7.0 m，开切眼高度40.0 mm，等价于4.0 m，每次开挖50.0 mm，等价于工作面回采5.0 m。图2给出了相似模拟结果，图3给出了工作面开挖1 200 mm（120.0 m）时的覆岩下沉曲线。当工作面开挖400 mm 时，工作面直接顶失稳，发生初次垮落（高度20 mm）；当工作面开挖500 mm（50.0 m）时，工作面基本顶初次破断，即垮落步距为500 mm（50.0 m），垮落高度约80 mm（8.0 m）；……