“两硬”条件大采高综采老顶初次垮落 力学模型研究

344煤炭采深增加，赋存条件更趋复杂，根据有关研究成果，坚硬顶板煤层占比约为40%，综放工作面坚硬顶板开采顶板不能随开采垮落，容易出现悬露面积过大造成压架、大面积垮落等问题，给采面正常生产带来影响[1~4]。

因此，对综放开采坚硬顶板弱化技术研究，针对煤层赋存具体条件采取有针对性弱化措施对确保煤炭高效开采具有重要意义。

1 坚硬顶板垮落特征坚硬顶板一般初次来压步距在25m以上，强度指标（D）＞120，顶板裂隙不发育、厚度大且坚硬。

随着煤炭不断被开采，煤层顶板岩层破断一般历经四个过程：强化、裂隙扩展、破碎松动以及岩层垮落等，顶板岩层初次垮落后，覆岩会随着采面推进周期性断裂，形成周期来压。

坚硬顶部由于岩层坚硬、裂隙不发育以及厚度大等特点，综放工作面顶板坚硬时，岩层破坏主要以脆性为主，煤炭开采后难以自行垮落，不对顶板进行弱化时，采面前方煤壁、支架等承受较大顶板压力，由于大面积悬空自身的强度无法承受自重及上覆岩层垂直载荷时发生突然断裂，极其发生压架、人员伤亡等安全事故，同时垮落形成的飓风也具有较强冲击力及破坏力，因此需要针坚硬顶板综放工作面采取针对性弱化措施。

2 坚硬顶板弱化技术现阶段常用的坚硬顶板弱化技术有深孔预裂爆破、水力压裂弱化以及联合弱化技术，具体技弱化技术实现方法、效果以及应用范围等各有不同。

2.1 深孔预裂爆破弱化通过布置深孔预裂爆破孔，炸药爆破后形成的裂缝破坏顶板整体稳定性，在上覆岩层载荷作用下裂缝逐渐向深部扩展，从而使得部分顶板垮落，实现顶板坚硬岩层弱化目的。

具体现场应用时爆破参数设计、爆破孔装药结构等可以根据现场情况确定；按照预裂爆破位置可以细分为前置爆破、滞后爆破等。

2.2 水力压裂弱化通过布置水力压裂孔并注入高压水，使得坚硬顶板内产生新的裂隙，实现坚硬顶板弱化。

采用水力压裂时具有以下效果：1）采用水力压裂可以使得岩层裂隙不断扩展、贯通并增加浸润半径，重复实现岩层的“膨胀-收缩-膨胀”过程，从而改变岩层物理力学性质；2）水力压裂使得高压水沿着不同裂隙在岩层中扩展，增加煤、岩体润湿性；3）水力压裂后顶板压力传递更为均衡，降低采面前方煤体受压，减缓煤壁片帮程度。

关键词： 两硬 ” “ 条件 ： 冲击地压 ； 防治技 术 中图分类号 ：Ｄ ２ ２ Ｔ ３ ４． 文献标 志码 ： Ｂ
根 据忻 州 窑煤 矿 ５ 起 典 型 的冲击 地 压 事故 统 １ 计 分析 ， 占总数 ５ ％的冲击 地 压事 故 发生 在 回采 工 ９ 作 面两顺槽 。 现为巷 道煤帮 突然猛 烈抛 出， 表 造成 巷
． 、 穹 、 － 分 写
（） ５ 加强煤壁 的管理 ， 防止 出现片帮 、 漏顶 ， 以免
帮时要及时处理 ， 杜绝支架不接顶 。
作 者 简 介 ： 方 立 （９ ０～） 男 ， 疆 乌 鲁 木 齐 人 ，９３ 李 １７ － ， 新 １９
诱发支架倒架事 故。采取 的措施 ： 是加快工作 面推 一
刘茂军
（ 大同煤 矿集 团公 司 忻 州窑煤 矿 ，山西 大 同
０ ７２ ） ３０ １
摘
要： 据 大 同矿 区顶 板硬 、煤 硬 的特 点 ， 过 对 冲 击地 压 发 生原 因的 总 结， 析 研 究 了 根 通 分
冲 击地 压发 生 的机理 ， 出 了采 用 冲 击地 压 综 合预 测技 术 在 有 冲 击 地 压危 险 的具 体 地 点 采 提 取 施 工 卸压 孔 、 强制 放 顶孔 和 加 强支 护 的方 法， 煤 岩 积聚 的弹 性 能 量 得到 缓 慢 释 放， 决 使 解 了忻 州 窑煤 矿 “ 两硬 ” 件 下 ） 条 中击地 压 频 发 的 问题 。
进速度 ， 减少顶板暴露 的时 间。二是采煤机过后 ， 要及
时按规定步距移架 ， 减小 端面空顶面 积和时 间。三是
年毕业于西安矿业学院采矿 工程专 业， 新疆焦煤集 团有 限责
任 公 司 高级 工 程 师 。

大倾角厚煤层长壁综放开采基本顶破断模式及演化过程(Ⅰ)——初次破断王金安;张基伟;高小明;文建东;古亚丹【摘要】大倾角特厚煤层走向长壁综放开采过程中,由于直接顶冒落后采空区充填不均匀,基本顶断裂呈现非对称特征.基于弹性力学理论,建立了横纵荷载作用下大倾角煤层基本顶的薄板力学模型,分析了基本顸上、下板面的应力分布特征,获得了基本顶断裂线发育轨迹与破坏区演化规律,提出了大倾角煤层基本顶的初次破断"V-Y"型断裂模式.研究表明,大倾角煤层基本顶初次断裂的空间顺序为"中上部→中下部→上部→下部".结合数值模拟、现场监测等手段,验证了基本顶初次断裂过程中采场围岩应力场分布及矿压显现具有时序性和非对称特征.【期刊名称】《煤炭学报》【年(卷),期】2015(040)006【总页数】8页(P1353-1360)【关键词】大倾角煤层;长壁综放开采;基本顶;初次断裂;悬顶结构【作者】王金安;张基伟;高小明;文建东;古亚丹【作者单位】北京科技大学土木与环境工程学院,北京100083;北京科技大学土木与环境工程学院,北京100083;甘肃靖远煤电股份有限公司王家山煤矿,甘肃白银730900;甘肃靖远煤电股份有限公司王家山煤矿,甘肃白银730900;甘肃靖远煤电股份有限公司王家山煤矿,甘肃白银730900【正文语种】中文【中图分类】TD325王金安,张基伟,高小明,等.大倾角厚煤层长壁综放开采基本顶破断模式及演化过程(Ⅰ)——初次破断[J].煤炭学报,2015,40 (6):1353-1360. doi:10. 13225/ j. cnki. jccs. 2015. 0407Wang Jin’an,Zhang Jiwei,Gao Xiaoming,et al. Fracture mode and evolution of main roof stratum above longwall fully mechanized top coal caving in steeply inclined thick coal seam (I)—initial fracture[J]. Journal of China Coal Society,2015,40(6):1353-1360. doi:10. 13225/ j. cnki. jccs. 2015. 0407基本顶是煤层之上的第1层坚硬厚岩层,对覆岩运动起到关键的控制作用。

2.铰接岩梁 由于“拱”结构难以解释采场周期来压等现象，
现场也难以找到定量描述拱结构的参数，所以“拱” 假说只停留在对一些矿压现象的一般解释的水平上， 不能很好地应用于实际，为生产服务。因此，诞生了 以T· 库茨佐涅夫为代表的铰接岩块学说，这是定量 H· 地研究矿压现象的一个重大突破。 库氏认为，需要控制的顶板由冒落带和其上的铰 接岩梁组成，冒落带给予支架的是“给定载荷”，它 的作用力必须由支架全部承担。而铰接岩块在水平推 力的作用下，构成一个梁式的平衡结构，这个结构与 支架之间存在“给定变形”的关系（如图所示）。
也有学者把直接顶与老顶定义为：直接在煤层上面、有一定
强度、并会随回柱放顶而冒落的岩层叫直接顶；常见的直接 顶岩层有页岩、砂页岩等。直接在直接顶上面、强度比较大、 厚度在1.5m以上，大面积暴露后才冒落的岩层叫老顶。常见 的老顶岩层有砂岩、砂砾岩、石灰岩等。这是从地质角度来 定 义 的 。
第二节 上覆岩层的基本运动规律

墩柱切顶示意图
四、老顶的基本运动规律
（一）老顶的初次来压与周期来压 随着采场的继续推进，直接顶进入正常垮落阶段，老顶此刻 开始发生离层、弯曲沉降、断裂，最后回转下沉，引起工作面压 力的急增，这个阶段称为老顶初次来压阶段，初次来压步距用L0 表示。 初次来压完成后，采场进入正常推进阶段。此阶段老顶岩梁 将随跨度的不断增加而发生断裂、回转下沉和引起工作面来压， 此阶段的来压称为周期来压。周期来压的强度一般较初次来压此 阶段的来压称为周期来压。周期来压的强度一般较初次来压小， 它由直接顶的厚度和岩梁本身的力学、几何参数决定。此阶段的 一个重要参数是老顶的周期来压步距L。 三个推进过程如图所示。 在一般情况下，周期来压步距为初次来压步距的1/2～1/4， 1 1 L 即 ( 2 ～ 4 ) L 。