浅埋煤层大采高工作面顶板结构及支护阻力分析

摘要

神东煤田普遍赋存厚煤层，广泛采用大采高开采技术。大采高工作面矿压显现随着采高的增大而更加强烈，支架工作阻力和支护成本不断提高。在煤炭市场低迷的背景下，确定合理的支架工作阻力，降低支护成本，成为亟待解决的重要课题。研究浅埋煤层大采高工作面的顶板结构及其稳定性，揭示来压机理，确定合理的支架阻力，具有重要的理论和实践意义。
　　本文通过对神东6个浅埋煤层大采高工作面支架工作阻力实测分析，揭示了大采高工作面支架工作阻力的变化规律和影响因素。研究表明，在工作面赋存条件相近的情况下，支架工作阻力随着初撑力的增大而增大，初撑力与工作阻力的比值在0.65~0.74之间。同时得出，支架工作阻力随等效直接顶厚度与采高比值的增大而增大。
　　通过物理模拟和数值计算得出，等效直接顶厚度和采高比值影响着采空区的充填程度，而充填程度决定老顶的结构形态，从而影响支架工作阻力的大小。当采空区充分充填时，老顶由于回转空间小而形成稳定的“高位砌体梁”结构；当采空区一般充填时，老顶由于回转空间大而形成“高位台阶岩梁”结构。
　　根据浅埋煤层大采高采场采空区的充填程度，分别建立了浅埋煤层大采高工作面的“高位短砌体梁”和“高位台阶岩梁”结构模型，给出了支架工作阻力的计算方法和老顶结构判定指标，同时分析了采高、等效直接顶厚度、老顶关键层厚度及老顶关键层长度对支架工作阻力的影响，并通过工程实例进行了验证。