大采高采场围岩控制及支架稳定性研究

摘要

大采高综采技术是厚煤层开采的重要发展方向之一，并且在我国很多矿区都得到了推广应用。论文以神华宁煤集团羊场湾煤矿6.2m大采高开采工艺为现场研究条件，通过物理模拟、数值模拟、矿压实测及理论分析等手段研究了大采高采场的矿压显现特征、围岩应力场分布规律、煤体片帮机理以及支架的稳定性等问题，得到了如下研究结果：
　　 (1)物理模拟的结果表明，大采高综采工作面的矿压显现具有支护强度高，动载系数小，周期来压步距与普通采高差别不大，支架载荷以静载为主等特征。
　　 (2)FLAC 3D数值模拟的结果表明，大采高开采时支承压力峰值降低，支承压力的作用范围增大，工作面煤壁塑性破坏范围增大，顶板易发生超前断裂，说明大采高开采煤壁发生片帮的程度加大，而煤壁片帮和顶板超前断裂易诱发顶板发生架前冒顶事故。
　　 (3)工作面矿压观测的结果表明，工作面上端头和中部的支架载荷较大，是重点防范的区域。现场实践证明，采取“锚-网-索”及∏型钢梁架设“一梁三柱”的方式来维护超前支护段顶板对策合理、效果良好；采取加大护帮板对煤壁的支护强度，保证支架的支撑阻力，加快工作面推进速度以及改进回采工艺和操作技术等措施有利于煤壁片帮的防治。
　　 (4)大采高支架失稳倾倒主要与有重心、支架高度、煤层倾角、顶板压力及支架宽度等因素有关，倾角越大，重心越高，宽度越小，支架越易倾倒；支架极限倾角与顶板压力的关系受采高影响，采高大时极限倾角随顶板压力的增加而增大。防止支架失稳的主要措施有降低支架重心及重量，适当加大底座宽度，采取合理的移架方式，工作面下端头设置锚固站，工作面分段设置防倒千斤顶以及工作面的科学管理等。
　　 论文的研究结果为了解大采高采场的矿压显现规律及围岩合理控制提供了新的途径，为其他类似条件的缓倾斜大采高开采工艺提供了宝贵经验，其对大采高综采技术的推广应用具有一定的理论意义和工程实际意义。