大倾角综采工作面冒顶机理分析及支护设计郭玉强+刘玉元摘要：为解决综采工作面安全通过超大片帮及漏冒顶问题，采用相似材料模拟与现场实际数理分析相结合的方法，浅析大倾角坚硬顶板综采工作面冒顶机理；通过冒顶区域的设计方案是在工作面以外10m处新开设排矸巷，按照边排矸边支护边穿顶的方式支护冒顶区域，然后打设单体支柱护顶，保证正常推采后按照仰斜开采的方式，实现了工作面快速通过冒顶区域及安全回采。关键词：大倾角；冒顶；机理分析；支护设计Abstract：Inordertosolvetheproblemofroofsafetyin1905Sfullymechanizedcoalminingface，thesimilarmaterialsimulationandthepracticalmathematicalanalysisareusedtoanalyzetherooffailuremechanismoffullymechanizedlongwalltopcoalcavingminingface.Theplanistosetupthenewganguelane10metersawayfromtheworkingface，supporttheroofingareaaccordingtothesideedgesupportandtheroofing，andthensetupthesinglepillartoprotecttheroof，toensurenormalmininginaccordancewiththetiltminingWay，toachievethefacequicklythroughtheroofareaandsafemining.Keywords：Largeangle；Coalmineroofcaving；MechanismanalysisSupportdesign中圖分类号：TD327：A1.工作面概况1905S工作面位于福城煤矿+520水平一采区南翼，工作面走向长平均742.6m，倾斜长平均159.2m，埋深339.3m～467.8m。开采煤层总体厚度4.25m，煤层倾角在37.7°～43°，平均41°，工作面内地质条件较复杂。2016年7月下旬，1905S工作面从30#向溜尾方向发生多次不同程度的架前片帮事故。因大面积悬顶未及时加强支护，于7月31日工作面40-80#支架前方发生大面积冒顶事故，冒顶长度70m，冒落宽度平均15m，冒落高度最高37.6m，总冒落矸石近4000m?，如图1所示。2.煤层顶底板特性及矿压参数根据相近工作面及本工作面实测，1905S工作面直接顶为灰岩及砂岩，厚度10.0m；基本顶为砂岩和泥岩，厚度11m；直接底为砂质泥岩，厚度3.5m。直接顶初次垮落步距28m，周期来压步距25m，工作面最大冒落带高度预计18m。工作面采用走向长壁综合机械化采煤法，根据顶板特性，采用ZY9000/24/50支撑掩护式液压支架支护顶板，采空区处理方法为全部垮落法充填采空区。3.冒顶机理分析3.1大倾角煤层采动后围岩变形1905S工作面煤层开采后，沿采面倾斜中、上部的冒落矸石下滑充填作用，使采面下部的顶板岩层受到下滑冒矸支撑作用，此处的直接顶及其上覆岩层较早达到相对稳定的状态。采面中上部的直接顶岩层冒落后倾斜下滑和堆积充填程度较小，致使其上覆岩层继续下沉运动甚至继续冒落，从而使冒落带、裂隙带的高度比采面下部更大些。当30#支架片帮后，引起上部煤层片帮蔓延。大面积空顶造成工作面发生矛盾事故。因此三带的异常分布，是工作面极易片帮、冒顶根本原因，如图2所示。3.2工作面冒顶数值分析3.2.1相似材料模拟为了更合理地对大倾角煤层的顶板结构进行结构假设，并进行力学分析，对大倾角煤层进行了相似材料模拟。大倾角条件下，裂隙块体结构的顶板在倾向均形成图3的结构，板块间咬合形成三角拱结构。对于仰伪斜开采，属采面控顶范围内顶板下部有充填不实在的矸石，主要由下段实体煤支承，上端有滞后的三角煤支承。顶板位移在倾向中部偏下处最大，此处正是拱顶所在位置，上拱脚位于上部三角煤体上方，下拱脚在下部实体煤中并沿着煤层开采推进，下拱脚下沉量极小，而上拱脚在不断动态之中，上拱脚下沉趋势打破了原拱平衡，但由于拱顶、脚落差变大，使拱趋向更易平衡的条件。由于倾斜拱的存在，限制了顶板的整体下沉，所以大倾角工作面普遍压力显现较缓和，同时由于顶板处于斜立状态，有沿倾向向下滑移的趋势，使顶板裂隙块体之间呈挤压状态，限制转动过程中点接触。3.2.2现场实测通过对1905S工作面开采近两个月的支架初撑力、顶板下沉量、来压显现程度、来压步距等数据分析得出以下结论：工作面50-80#支架初撑力比1-40#支架大20%～30%，80-90#支架初撑力比1-40#支架大5%～15%；工作面50-70#支架顶板下沉量比1-40#支架大15%～20%，70-90#支架顶板下沉量比1-40#支架大5%～10%。大倾角煤层开采...