11-104 工作面软弱顶板顶帮协同支护技术研究

王飞飞

（山西焦煤集团介休正益煤业有限公司，山西 介休 032000）

1 概况

正益煤业11-104 工作面位于一采区，工作面南邻西运输大巷，西邻西翼回风下山，东部为未开采的实体煤，北邻F17 正断层（落差10.6 m）。工作面开采11#煤层，煤层均厚为2.5 m，平均倾角为10°，含有一层夹矸，煤层顶底板岩层特征见表1。11-104 工作面运输顺槽沿煤层底板掘进，巷道断面为矩形，掘进宽×高=4.0 m×3.0 m。由于巷道顶板岩层较为软弱，顶板属于软弱顶板，为有效保障巷道围岩的稳定，需进行软弱顶板围岩控制技术研究。

表1 顶底板岩层特征表

2 顶帮协同支护技术

2.1 复合软弱顶板破坏机理

在软弱围岩内开掘巷道时，巷道在无支护条件下，顶板及两帮煤体的变形空间关系如图1（a）。从图中能够看出，部分顶板发生一定的离层变形，且离层变形的顶板岩层会挤压两帮煤体，两帮煤体在受到上覆离层顶板压力的作用下出现一定的极限塑性区[1-3]。

图1 巷道无支护下围岩变形及力学模型示意图

为有效分析软弱复合顶板巷道的破坏机理，取单位为1 的巷道进行受力分析，建立复合软弱顶板巷道力学模型如图1（b）。图中l 为巷道的宽度，m；a1为帮部极限塑性区的宽度，m；q1为帮部塑性挤压变形后的残余抗压强度，MPa；q0为顶板岩层受到的覆岩压力，kN。根据建立的力学模型，通过力学推导巷道的力学平衡条件为：

由于模型为对称结构，通过对受力模型的右半部分进行受力分析，能够得出直接顶岩层各截面上的弯矩为：

式中：M为直接顶受到的最大弯矩值，N·m；……