厚硬岩层下顶煤冒放性分析
第十一章厚煤层放顶煤采煤法
<25º （4）煤层结构 （5）顶板条件 （6）地质构造 （7）自然发火、瓦斯及水文地质条件
四、展望
在“十一五”期间，综放开采技术将会取得较快发展 1、综放工作面年产将在500万吨的基础上，达到700
（4）低位放煤，煤尘小，有利于降尘； （5）支架的稳定性差。
轻型放顶煤液压支架
（ ） 单摆杆式
b 单铰接式
轻型放顶煤液压支架特点：
（1）支架结构简单、紧凑，重量轻，便于拆装 运输；
（2）支架空间较大，便于清理浮煤和拆装检修 后部输送机；
（3）支架稳定性好，造价低； （4）单铰接轻型放顶煤液压支架，具有较高的
据，以及不同架型的主要优缺点。
二、放顶煤液压架分类
1、按支架类型：掩护式、支掩式、支撑式、简易式。 2、按窗口位置：高、中、低三种放煤方式 3、按输送机位置：单、双输送机
放顶煤液压支架：掩护式(单输送机高位放煤、双 输送机低位放煤)；支掩式(双输，输送机掩护梁开 天窗(插服式，非插服式))；支撑式；简易式)
单输送机高位放顶煤支架 YFY3000—16/26
综采放顶煤工作面连续推进长度的确定， 应考虑地质条件、工作面搬迁、工作面初末 采的损失、自然发火等因素的影响，因此综 采放顶煤工作面的连续推进长度一般不宜小 于800～1000m， 兖州矿区综采放顶煤工作面 的连续推进长度多在2000m左右。
3、适用条件
（1）煤层厚度 一次采出的煤层厚度以6～8m为佳。预采顶
面巷道布置与普通综采回采工作面巷道 差别不大。若顶煤中瓦斯含量较高，可 沿工作面顶板布置一条瓦斯排放巷，采 用一进二回的E形巷道布置。
综放开采顶煤冒放性的损伤力学分析
观统 计损 伤 力学 建 立 了损 伤 参量 的计 算模 型 ，把 顶煤损 伤 参量作 为 冒放性 指标 加 以研 究 ，并讨 论 了开 采深 度 、煤 层强 度 、原 始裂 隙和 水平 应力 对 顶煤 冒放性 的影 响 ，其理 论结 果和现 场 实际相 吻合 。
关键 词 综 放 开 采 ， 冒放 性 ， 损 伤 力 学
Ａｕ ，２ ０ ｇ． ０ ２
综 放 开 采 顶 煤 冒放 性 的损 伤 力 学 分 析
陈 忠辉 谢和平 林 忠 明
（ 国矿 业 大 学 （ 中 北京 校 区） 石 力 学 和 分 形研 究 所 北 京 １０ ８ ） 岩 ０ ０ ３
摘要
运 用 损 伤 力 学 的 基 本 原 理 ， 阐 述 了 综 放 开 采 顶 煤 在 支 承 压 力 作 用 下 损 伤 演 化 与 冒放 性 之 问 的 关 系 。 利 用 细
素 和 分类 进 行 了研 究 。文 … 采 用 分 形 理 论 、相 似 模
拟 、 现 场 统 计 及 计 算 机 优 化 等 手 段 ，研 究 了顶 煤 冒
如 果顶 煤 能 被 有 效 压 裂 ， 则 顶 煤 能 顺 利 放 落 ，
顶 煤 冒放 性 就 好 ，否 则 顶 煤 冒放 性 就 差 。 顶 煤 在 支
维 ０ ２年 ８月
岩 石 力 学 与 工 程学 报 Ｃ ｉｅｅＪ ｕ ｎ ｌｆＲ ｃ ｃ ａ ｉ ｎ ｎ ｉｅ ｒ ｇ ｈｎ ｓ ｏ ｒ ａ ｏ ｋ ｏ Ｍｅ ｈ ｎｃ ａ ｄＥ ｇ ｎ ｅ ｉ ｓ ｎ
２ （） １６ １４ ｌ８ ：１ ３ － １ ０
承压 力作用下的压裂过程其 实就是静压破 煤过程 。 支 承 压 力 分 布 及 变 化 规 律 已成 为 综 放 开采 研 究 的基
塔山煤矿8116工作面顶煤冒放性的研究与评价
第44卷第3期2021年3月煤炭与化工Coal and Chemical IndustryVol44No.3Mar.2021采矿与井巷工程塔山煤矿81161作面顶煤冒放性的研究与评价赵泽潭（同煤集团塔山煤矿，山西大同037007）摘要：针对塔山煤矿开采过程中存在的顶煤冒落不充分，以及顶煤落石无法完全充填空区，对开采工作造成影响的问题，本文通过分析研究塔山煤矿的顶板冒放性，运用隶属度值法对8116综放工作面顶煤冒放性进行评价，得出该工作面顶煤冒放性隶属度值“=0.718,属一般级别，采取二氧化碳预裂措施致使垮落，该方案的应用，为提高工作面放顶煤生产效率提供技术支持。
关键词：工作面；顶煤冒放性；厚煤层；隶属度中图分类号：TD823.49文献标识码：B文章编号：2095-5979（2021）03-0015-03 Research and evaluation of the top coal caving of8116working face in Tashan MineZhao Zetan(Tashan Mine,Datong Mining Group f Datong037007,China)Abstract:To address the problems of inadequate top coal caving and inability of top coal drop filling the goaf during themining process of Tashan Mine,which aQects the mining work.In this paper,by analyzing and researching the top coal riserin the Mine,the affiliation value method was used to evaluate the top coal riser of8116fully release working face,the topcoal caving affiliation value/x=0.718,which was of general level,and the carbon dioxide pre—cracking measures were takento cause the collapse,and the application of this scheme provided technical support to improve the production efficiency oftop coal release at the working face.Key words:working face;top coal caving;thick coal seam;affiliation degree解、并氏硬度^2.7~3.7；煤层含1~2层夹肝，厚度1酰加0.30~0.90m,平均0.49m,岩性均为炭质泥岩叫塔山煤矿8116综放工作面煤层厚度15.6m,宜接顶厚度5.8~13.5m,平均为9.5m,老顶厚度煤层开采平均厚度13.8m,开采深度487.3m,普8.5~14.3m,平均11.3m,其物理力学性质见表1。
厚层坚硬顶板定向水力压裂强制放顶技术研究
ＳｅｒｉａｌＮｏ．６１４Ｊｕｎｅ２０２０现 代 矿 业ＭＯＤＥＲＮＭＩＮＩＮＧ总第６１４期２０２０年６月第６期 国家重点研发计划项目（编号：２０１７ＹＦＣ０８０４２００）；国家自然科学基金面上项目（编号：５１６７４１４３，５１８７４１７６）。
刘 学（１９８７—），女，助理研究员，硕士，１０００１３北京市朝阳区。
厚层坚硬顶板定向水力压裂强制放顶技术研究刘 学１ 李宏艳１ 李 磊２ 刘宁宁１（１．煤炭科学技术研究院有限公司；２．中国矿业大学（北京）资源与安全工程学院） 摘 要 针对厚层坚硬顶板工作面初采期间顶板大面积悬空，初次来压步距大，矿压显现强烈，易诱发冲击地压等动力灾害的问题，依据定向水力压裂技术原理，研发了定向水力压裂成套装备，制定了顶板定向压裂施工工艺；结合西部矿区厚层坚硬顶板条件，分析注水压力、压裂层位、钻孔间距等关键参数，开展了３１０４工作面初采期间定向水力压裂工程实践，并通过实测顶板垮落情况和分析支架阻力，检测了实施效果。
结果表明，直接顶初次垮落步距约１１ｍ，初次来压步距平均值为３１．８ｍ，与未处理顶板相比，初次来压步距减少了６２．６％，初次来压时，矿压显现较类似工作面大幅减弱，避免了厚层坚硬顶板的大面积悬空，保证了工作面安全回采。
关键词 厚层坚硬顶板 定向水力压裂 强制放顶 注水压力 压裂层位ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４ ６０８２．２０２０．０６．０４９ 我国煤炭开采条件复杂，新疆、内蒙古、大同等地均发生过顶板大面积动力垮冒导致的安全事故。
我国综采工作面坚硬顶板比例达到３８％［１］，厚硬顶板初采来压强烈的顶板达到了４０％［２］。
有效地预裂顶板，降低顶板来压尤其是初次来压，是保证厚层坚硬顶板工作面安全开采的首要技术问题。
厚层坚硬顶板弱化技术主要有深孔爆破预裂和水力压裂２种方式［３ ５］，其中，深孔爆破预裂在操作过程中安全隐患大，操作要求高，预裂裂隙呈扩散状，传统的水力压裂难以控制裂缝的扩展方向［６］。
浅埋深条件下的顶煤冒放性研究
黑色，褐色条痕，沥青光泽，煤 岩组分由暗煤、亮煤丝炭组成， 暗淡型煤。ｆ 根据煤层硬度和力学 特性将 煤分为上、中、下三层｝
灰色，成分以石英为主．含少量 云母炭 屑，均 匀层理。
这对类 似现 场是 否选 能 够择放 顶 煤采煤 法 具有 一 定
的指 导意 义 。
图 ３表示 ７号 、 、 ６号 、 ７号测点 顶煤 下沉 ８号 ２ ２ 量 随工 作 面推 进距 离的 变化规 律 。
２ ３ 试验过 程及 结果 的分析 ．
实验 过程 中随 着模 拟工 作 面 的推 进 ， 对顶 煤 的
可 冒性 、 可放 性及 上 覆 岩层 的 变化 进 行 了详 细 的 观 察记 录 ：
（ 原 理 Ｘ 大 学矿 业Ｘ 程 学 院 ，山 西 太 原 ０ ０ ２ ） 太 － － ３ ０ ４
摘 要 ： 现 场 实测 资 料 为 基 础 ， 过 实验 室 相 似 模 拟 试 验 对 浅 埋 深 条 件 下 厚 煤 层 的 顶 煤 冒 放 以 通
性 问题 进 行 了研 究 ， 确 定 采 用放 顶 煤 采 煤 法 的 可 行 性 ， 类 似 工 程 实 际 有 一 定 的 现 实 指 导 意 义 。 以 对
关 键 词 ： 顶 煤 开 采 ； 煤 的 冒放 性 ； 似 模 拟 试 验 放 硕 相
中图分 类号 ： ＴＤ８ ３ ２ ２ ．
文 献标识 码 ： Ａ
文 章 编 号 ： ６ ２５ ５ （ ０ ８ ０ － ０ ｌＯ １ ７ — ０ ０ ２ ０ ） １０ ｌ — ３
１ 问题 的提 出
层 平均 厚 度 ８ ０ｍ， 煤 比较 坚 硬 ， 均 埋 藏 深 度 。 顶 平
１ ０ｍ ， 夹 矸 １层 ～ ４层 ， 矸 岩 性 多 为 泥 岩 ； 板 ０ 含 夹 顶 岩 性 以粉 砂 岩 、 质 泥 岩 为 主 ， 板 岩 性 以 泥 岩 、 砂 底 砂 质 泥岩 为主 。
分析煤矿采场顶板冒落机理及其控制
分析煤矿采场顶板冒落机理及其控制引言据不完全统计，顶板冒顶事故占到总煤矿事故的2/5以上，其中以工作面顶板冒顶事故最为突出。
采煤工作面是采煤的主要工作场所，此处人员和设备相对集中，其安全性直接关系到人员的生命安全和煤矿的生产效益，因此需做好顶板的管理工作。
影响采煤工作面顶板稳定的因素是多方面的，笔者认为应从4个方面进行分析，然后以此为基础并结合矿山具体地质条件制定出合理的采场顶板控制措施。
1、煤矿采场顶板冒落机理分析1.1 应力集中影响在采矿工程进行以前，岩体周围应力水平处于原始平衡状态。
煤炭采掘后，这个平衡状态会因此而打破，在采场周围形成“三带”，岩石结构遭到破坏，原岩应力会重新进行分布。
随着采矿工程的继续，工作面不断向前推移，原岩应力不断发生变化，应力场也会向前移动并形成新的应力场，采场顶板悬空而形成应力集中。
根据“压力拱假说”，由于顶板受到应力集中的作用，回采空间形成后导致冒落拱范围内的岩体力学失稳，表现为逐渐向下移动趋势，并在拱中央部位形成拉应力。
一旦此拉应力超过岩石抗拉强度极限时，首先在上述岩体中产生裂隙，然后随着时间效应的影响，裂隙会逐渐扩大，最终形成顶板冒落。
1.2 结构弱面影响结构弱面的形成与地质构造因素有关，也就是说采场内所有岩体必然会存在结构弱面，是采场顶板冒落影响因素之一。
结构弱面一方面会破坏顶板的结构完整性，导致顶板的应力强度降低，一方面会使得顶板组合结构发生变化。
当层理、裂隙等构造发育时，采场容易出现小范围的冒顶事故，某些情况下甚至会引发较大规模的顶板冒顶事故。
由于结构弱面的影響，顶板岩体不是作为整体结构而存在，岩性也会发生变化。
顶板冒落时，岩体破坏形式主要表现为岩石容易沿着结构弱面而出现离层发育，导致与母体逐渐分离，裂隙逐渐扩大，顶板岩石强度进一步降低，力学平衡结构遭到破坏，造成滑落失稳。
结构弱面的倾角会影响采场顶板的稳定性，例如，具有斜交层理结构的顶板，其稳定性就比具有水平层理的顶板的要强得多。
顶煤的可放性影响因素及其分类
裂隙发育程度高有利于顶煤 的再次破碎 与冒落成 均质 松散体 ， 理裂隙对 岩体强度 的影 响程 度与节 理 节
裂隙的走向、 角 、 倾 密度 、 裂缝 充填程度 和充填 材料 等 有关 。就单个裂 隙来讲 ， 有如下的关 系式 ：
ｔ Ｃ ｓｎ ｃ ｙ： ｉ ２ Ｃ Ｏ 一 一 （ ） Ｌ １一Ｓ ］ Ｊ ・
煤层 的可放性是指煤层顶部煤体 在支承压力 的作 用 下 冒落和放 出的难易程度 。影响煤层 可放性 的因素 众多 ， 主要 有煤层 的强度 、 埋藏深度、 隙发育程度 、 裂 夹 石层 、 顶板 条件及煤层厚度 。
１ 煤 层 强 度和 赋 存 深 度 的 影 晌 １ １ 煤 层 强度 的影 响 ．
１
≥
煤层 的强度影 响着煤体受破坏的程度 、 破碎过程 ， 而顶煤 的破 碎 程度 直接 影 响顶 煤 的垮 落角 。强 度越 高， 顶煤的垮落角越 小 ； 反之 ， 煤 的垮落 角越大 。据 顶 现场观 察 中硬 以 上煤 层顶 煤 的垮 落角 在 ４ｏ ０之 ５～ 间； 中硬以下煤层 顶煤 的垮 落角在 ９ 。 ２。 间。顶 ０ ～１０之 煤的垮落角较小时 ， 顶煤 的可放性差 ， 顶煤 的垮落角较 大， 可放性好 。见 图 １ 。
＼ １ 俑 一
～
一
式 中： 抒一煤层赋存深度 ； 煤 的单轴抗压强度 ；
．
一
严 煤 的泊松 比和内摩擦系数 ； 应力集 中因数 ；
上覆岩层平均密度 。
—
由上式看 出 ， 当煤层 的赋存深度越大 时 ， 顶煤 的临 界破坏条件越容易满足 ； 当煤层强度一定 时 ， 煤层赋存 越深 ， 顶煤破碎 的效果将越充分 ， 顶煤 的可放性越好 。
维普资讯
关于煤矿顶板事故的分析
关于煤矿顶板事故的分析摘要：顶板事故对矿井安全生产危害极大，据统计，冒顶事故所占的比例占其他事故的60%以上，伤亡人数占40%左右。
因此，我们必须分析掌握煤矿发生冒顶事故的原因、预兆、研究有效预防措施，以降低煤矿顶板事故的发生，保证煤矿安全生产。
关键词：顶板顶板事故顶板压力一、顶板类型煤层顶板由伪顶、直接顶和老顶构成。
伪顶是指紧贴在煤层之上，极易垮落的薄岩层；直接顶是位于伪顶或煤层（无伪顶时）之上，一般由一层或几层厚度不定的泥岩、页岩、粉砂岩等比较容易垮落的岩层所组成，直接顶按稳定性可分为：不稳定顶板，中等稳定顶板，稳定顶板，坚硬顶板；老顶又叫基本顶，顶板分为坚硬难冒顶板、破碎顶板和复合型顶板。
坚硬难冒顶板是指直接顶岩层比较完整、回柱后不能立即垮落的顶板。
破碎顶板指的岩层的强度低、节理裂隙十分发育、整体性差，自稳能力低，并在工作面控顶区范围内维护困难的顶板。
二、顶板事故的分类按发生冒顶事故的力学原因，可将顶板事故分为压垮型冒顶、漏垮型冒顶和推垮型冒顶三类。
1、局部冒顶，局部冒顶是指冒顶范围不大，有时仅在3-5支架范围内，伤亡人数不多（1-2人）的冒顶。
实际生产中局部冒顶的次数远大于大型冒顶事故，约占采场冒顶事故的70%，危害比较大。
2、大型冒顶；大型冒顶是指范围较大，伤亡人数较多（每次死亡三人以上）的冒顶。
3、压垮型冒顶，因支护强度不足，顶板来压时压垮支架而造成的冒顶事故。
二、冒顶事故原因冒顶事故发生的根本原因在于开采过程中矿山压力的活动所造成。
顶板的矿山压力活动过程中发生不同程度的变形，先是沿着顶板节理出现裂隙，产生离层现象。
此时，如果顶板管理不当，支护质量不好，压力继续增大，岩石变形超过弹性变形极限，就会出现断裂、垮落、片帮或局部冒顶。
从发生冒顶事故的原因分析，有的属于对客观事物的认识不足，而较多的则是现场管理不善所造成。
三、冒顶的预兆冒顶的预兆是多方面的，有声音方面、顶板上的、支架及棚子上的及煤帮上的预兆等。
综采放顶煤采场厚层坚硬顶板稳定性分析及应用
综采放顶煤采场厚层坚硬顶板稳定性分析及应用一、本文概述本文旨在深入研究综采放顶煤采场厚层坚硬顶板的稳定性问题，探讨其在实际工程中的应用。
随着煤炭开采技术的不断发展，综采放顶煤技术已成为煤炭行业的一种重要开采方式。
在综采放顶煤采场，厚层坚硬顶板的稳定性问题一直是制约安全生产和技术进步的关键问题。
本文通过分析厚层坚硬顶板的稳定性因素，提出相应的控制措施，以期提高综采放顶煤采场的安全性和生产效率。
本文首先介绍了综采放顶煤采场厚层坚硬顶板的特点和稳定性问题，阐述了顶板稳定性的重要性和研究意义。
通过对国内外相关文献的综述，总结了目前关于综采放顶煤采场厚层坚硬顶板稳定性研究的现状和进展。
在此基础上，本文重点分析了影响综采放顶煤采场厚层坚硬顶板稳定性的主要因素，包括地质因素、开采因素、支护因素等。
同时，结合工程实例，对厚层坚硬顶板的稳定性进行了深入的分析和研究。
本文还提出了一些针对综采放顶煤采场厚层坚硬顶板稳定性控制的措施和建议，包括优化开采布局、改进支护技术、加强顶板监测等。
这些措施和建议可以为实际工程提供有益的参考和指导，有助于提高综采放顶煤采场的安全性和生产效率。
本文总结了研究成果和结论，指出了研究中存在的不足和需要进一步研究的问题，为今后的研究提供了方向和思路。
本文旨在深入分析综采放顶煤采场厚层坚硬顶板的稳定性问题，提出相应的控制措施，为实际工程提供有益的参考和指导，促进煤炭行业的安全生产和技术进步。
二、综采放顶煤采场厚层坚硬顶板的特点综采放顶煤采场厚层坚硬顶板是一种特殊的采煤工作环境，具有一系列独特的特点。
这种顶板的厚度较大，往往超过常规的采煤工作面顶板，这使得在采煤过程中需要面临更大的顶板压力。
这种压力不仅来源于顶板的自重，还来源于采煤机械作业对顶板的扰动。
厚层坚硬顶板的强度高，不易变形。
这种特性使得在采煤过程中，顶板能够保持较好的稳定性，但同时也增加了采煤的难度。
因为在采煤过程中，必须采取适当的措施来防止顶板突然垮落，以免对采煤工人和设备造成危害。
采煤工作面发生冒顶的原因及预防措施
采煤工作面发生冒顶的原因及预防措施顶板事故是指：在井下采煤过程中，顶板意外冒落造成的人员伤亡、设备损坏、生产中止等事故。
按冒顶范围可将顶板事故分为局部冒顶和大型冒顶两类。
局部冒顶指范围不大，有时仅在 3~5 支架范围内，伤亡人数不多(1~ 2 人)的冒顶，常发生在挨近煤壁四周、工作面两端以及放顶线四周。
在实际煤矿生产中，局部冒顶事故的次数远远多于大型冒顶事故，约占工作面冒顶事故的 70％，总的危害比拟大。
从开采工序与顶板事故发生的地点来看，局部冒顶可分成：挨近煤壁四周的局部冒顶；工作面两端的局部冒顶；放顶线四周的局部冒顶；地质破坏带四周的局部冒顶。
大型冒顶指范围较大，伤亡人数较多 (每次死亡 3 人以上)的冒顶。
它包括老顶来压时的压垮型冒顶、厚层难冒顶板大面积冒顶、直接顶导致的压垮型冒顶、大面积漏垮型冒顶、复合顶板推垮型冒顶、金属网下推垮型冒顶、大块游离顶板旋转推垮型冒顶、采空区冒矸冲人工作面的推垮型冒顶及冲击推垮型冒顶等。
(一)采场局部冒顶的原由分析与防治1．局部冒顶的预兆局部冒顶，由于预兆不明显，零打碎敲，易被人无视，但只要认真观看，也可以发觉一些征兆。
对以下特殊状况要特殊留意：1)响声。
岩层下沉断裂、顶板压力急剧加大时，木支架就会发生劈裂声，紧接着消失折梁断柱现象；金属支柱的活柱急速下缩，也发出很大声响。
有时也能听到采空区内顶板发生断裂的闷雷声。
2)掉渣。
顶板严峻裂开时，折梁断柱就要增加，随后就消失顶板掉渣现象。
掉渣越多，说明顶板压力越大。
在人工顶板下，掉下的碎矸石和煤渣更多，工人叫“煤雨”，这就是发生冒顶的危（wei）险信号。
3)片帮。
冒顶前煤壁所受压力增加，变得松软，片帮煤比寻常多。
4)裂缝。
顶板的裂缝，一种是地质构造产生的自然裂隙，一种是由于采空区顶板下沉引起的采动裂隙。
老工人的阅历是：“流水的裂缝有危（wei）险，由于它深；缝里有煤泥、水锈的不危（wei）险，由于它是老缝；茬口新的有危（wei）险，由于它是新生的。
坚硬煤层顶煤冒放性相似模拟试验研究
试验对 该矿坚 硬煤 层顶煤 冒放 性进行 了具 体研究 。
泥 岩
２ 顶煤 冒放 性相 似模 拟 试验
２ １ 原型条 件与试 验装 置 ．
砂 质 泥 岩
砂 岩 煤 层
２． ３ ７３
７．７ ８８ ２ ． Ｏ２ ２ ． ８９
根据 相 似模 型实 验研 究 目的 ， 验 选 用 实验 室 试 现有 的长 ×厚 ×高 一 ３０ ０ ｍｍ×２ ０ｍｍ×３０ ０ ０ ０ ０ ｍｍ 的大型平 面应 变柔性 加载 试验装 置 。
２ ２ 相 似 比 的 确 定 ．
２ ３ 模 型设 计与 制作 ． 模 型 的尺寸 为长 ×高 ×厚 一３０ ０ｍｍ×３０ ０ ０ ０ ｍｍ×２ ０ ｍｍ。在 模 型 的两 侧 各 留 １０ ｍｍ（ 当 ０ ５ 相
（ 原理工大学矿业工程学院 ， 西 太原 ００２） 太 山 ３ ０ ４ 对 坚 硬 煤 层 顶 煤 冒 放 性 进 行 了 研 究 ， 出 了 坚 硬 顶 煤 的 采 提
冒放 性 特 征 及 工 作 面 前 方 压 力 分 布 情 况 。
０３４ ． ６
１Ｏ １ ． ５ ０２９ ． ６ ０３５ ． ８
３７ ３
３８ ２ ３５ ５ ３７ ３
３１ ／
３１ ／ ３１ ／ ３１ ／
３７ ／
２８ ／ ５５ ／ ３７ ／
根 据该 矿提供 的钻孔 资料 和钻孔 取芯 及井 下取 样 测定 的各岩 层 与煤 的 物 理力 学 参 数 ， 用煤 层 厚 采 度 为 ８ｍ， 作 面割煤 高度 ３ｍ， 顶煤 厚度 ５ｍ， 工 放 煤 层 开采深 度取 ６２号煤层 的平 均深度 １ ０ｍ。 — ０
放顶煤开采技术及适用条件分析
放顶煤开采技术及适用条件分析摘要:厚煤层主要采用常规的分层开采方法，开采工艺复杂、分层多、巷道掘进率高，采掘关系紧张，造成生产成本较高，经济效益差采区资源回收率低，使得厚煤层开采根本不能发挥天然资源优势，严重制约煤炭企业的生产发展。
顶煤开采技术以其高产、高效和安全的综合优势，本文分析了放顶煤开采的主要优点及存在的问题，简述了放顶煤开采的适用条件及注意事项。
关键词：厚煤层；开采技术；合理选择；1.引言放顶煤开采实质就是在厚煤层中采用常规方法先采煤层底部厚度为2～3m的一个分层，利用矿山压力的作用，使支架上方的顶煤破碎成散状体，依靠重力通过支架放煤口回收顶煤。
因此，放顶煤开采，顶煤的可放性是开采的关键问题，常见的放顶煤开采方法有综采放顶煤（简称综放）、π型钢梁放顶煤（简称π放）、滑移支架放顶煤（简称滑放）等等。
2. 放顶煤开采的主要优点及存在问题2.1 放顶煤开采的主要优点（1）产量高。
由于放顶煤开采实现了采、放平行作业，工作面前后有两个出煤点，一个工作面相当于多个工作面，因此工作面单产和工效可大幅度提高。
（2）掘进率低。
一个放顶煤工作面的采放比均大于1，完全实现了煤层的整层开采，减少了分层开采时的回采巷道，缓解了采掘失调局面。
（3）实用范围广；放顶煤工作面都是沿煤层底板开采的，不受煤层厚度变化影响，同时，顶煤代替了单一煤层的伪顶或直接顶，有利于工作面机道上方空顶的维护。
（4）减少工作面搬家次数；一个放顶煤工作面开采相当于2～3个分层开采工作面同时开采，大大减少了工作面的搬家频率。
（5）节省材料；对于放顶煤工作面顶煤的垮落和放出均靠地压和自重完成，无须外加动力，所以与分层机采相比，吨煤开采成本大大降低。
（6）有利于顶板管理。
特别是在顶板较破碎的煤层中开采，减少了冒顶事故。
除此之外，放顶煤开采还有效益高、安全性好、工人劳动强度低等优点，具有推广价值。
2.2 放顶煤开采存在的问题（1）煤尘大。
这是放顶煤开采面临的重大安全和健康问题。
浅埋深两硬条件下特厚煤层综放开采技术
用综放开采实 现安 全、 高效 、 回收率仍 需进一步 高
研究 。
２ ３ 顶 煤及 顶板 垮落 步距 分析 ．
４ 号煤层位于太原组顶部 ， 为上组煤主要可采煤 层， 全区稳定可采。首采区煤层厚２７ １．４ 平 ．０— ６０ ｍ， 均 １． 煤层单轴抗压强度平均为 ３ ． Ｐ ， ２ ２ｍ； ４ ６Ｍ ａ单 轴抗 拉 强 度平 均 为 １ ８ Ｐ 。煤层 上 ： 一 层 厚 ．５Ｍ ａ 疗有 ９４ ．１ ｍ的中粗砂岩 ， 单轴抗压强度平均为 １ ． Ｍ ａ ２ ５ Ｐ， ４ 单轴抗拉强度平均为 ８ ８ Ｐ ； ．４Ｍ ａ煤层底板为砂质泥 岩或粉砂岩， 单轴抗压强度平均为 ５ ． Ｐ 。 ８ ６Ｍ ａ ２ ２ ４号煤层 采煤 方 法 ． 特厚煤层综合机械化开采主要有 ３ 种方法 ： 分
由材料力 学可 知 ， 两端 固定梁 在均 布载荷 ｇ的作
用下 ：
［ 作者简介 】 张忠温 （ 一 ）男， １ ９ ， 河北南皮县人 ， 教授级高级工程师， 研究方向为现代化采矿技术 ； ｍ ｉ ｚａｇ ｏｇ ｅ＠ｐ ｓ ｕ ｏ ． ｍ Ｅ— ａ ： ｎｚ ｎｗｎ ｉ ｓ ｏ ａ ｃ ｌｈ ｈ ｎ ｈ ｃ １ｏ
泥岩 ， 根据 式 （ ） １ 可得顶 煤 的最 大跨 距 ， 即顶煤 的初 垮 步距为 ：
＝
ｈ ｈ 分别 为顶煤 、 顶、 软 顶板及其上方 软岩层 的厚度 ； 和 分别为梁 的最大跨距及跨距 ； 一 为材料 的抗 拉 强度 ， 这里 指顶 煤 、 顶板 的抗 拉 强 度 ； ｈ为 梁
容重 ， １ ５ １ｔｍ 、 ．２ｔｍ 、． ２ｔｍ。 ｈ 煤 、 即 ．６ ／ ２ ４ ／ ２ ６ ／ ， 顶
长度小于 １０ｍ） ， ８ 时 取工作面割煤高度为 ３ｍ， 顶煤 的厚 度为 ９ ２ｍ， ． 顶板岩 层厚 度为 ９ ４ ． １ｍ和 ２ １ｍ， ． 顶板上方软岩层 的厚度分别为 ０ ３ｍ煤线及 １８ｍ ． ．
综采放顶煤冒放性分析
2. 一次采全高放顶煤综采我国于1982年开始，先后在沈阳、平顶山、潞安、阳泉矿务局等进行综采放顶煤采煤试验。
80年代后期，综采放顶煤在我国得到了长足发展和推广，出现了潞安、阳泉、兖州等以综放开采为主的大型高产高效矿区。
近几年来，随着综采放顶煤设备的日趋完善和技术的不断进步，综采放顶煤采煤法以其适应性强、安全、低耗、高产、高效等特点越来越成为厚煤层(特别是厚度变异系数大的厚煤层)首选采煤方法。
2000年年产量超过2.00Mt/a的工作面12个，兖州东滩矿综采放顶煤工作面2006年单产达6.08Mt/a，本矿井邻近的平朔矿区安家岭1、2号井放顶煤工作面2006年单产均达10.0 Mt/a左右，创造了良好的经济效益。
虽然放顶煤综采适应性强，产量高，有明显的经济效益，但任何一种采煤方法的应用都有其适用条件，离开了适用条件，其优点可能就不复存在。
由于放顶煤主要是利用矿山压力破煤，因而对煤层的可放性及赋存条件有一定的要求。
根据多年来我国综采放顶煤采煤工艺经验的积累，影响顶煤冒放性的自然因素主要有开采深度、煤层厚度和强度、煤层结构、煤岩体节理裂隙发育程度、顶板条件、地质构造、自然发火、瓦斯及水文地质条件等。
下面对主采煤层8、13号煤的冒放性进行分析。
(1) 开采深度生产实践和理论计算都表明顶煤冒放性随着开采深度的增大而加强。
开采深度与顶煤冒放性的关系可通过有限元计算的顶煤破坏系数寻找其规律。
一般情况下，开采深度大于400m时，顶煤易于冒落。
本井田9+10+11号煤层采区埋深100-600m，从开采深度看，上山区顶煤冒放性不佳；下山采区埋深超过400m，较有利于顶煤的冒放。
13号煤埋深比8号煤深40-80m左右。
因此其顶煤冒放性比8号煤较强。
(2) 煤层强度国内外大多数放顶煤综采工作面的实测资料统计表明，煤层强度是影响顶煤冒放性的关键因素。
一般当煤层硬度f系数小于2、强度小于20Mpa时，顶煤冒放性较好。
根据北京天地科技股份有限公司开采所2003年12月《斜沟煤矿8、13号煤层开采方法研究报告》，本矿井8号煤层平均抗压强度24.66Mpa，煤层硬度一般为f=2～3，属中硬煤层，按此推论，8号煤冒放性较差。
破坏系数法浅析某放顶煤工作面顶煤冒放性
因素 ， 对１ ６ ０ ４放顶煤工作面 的顶煤 的冒放性进行 分析 ， 并提 出了具体 的措 施。研究表 明 ， 该工 作面顶煤 冒
放性达 到较好一极好 级别 ， 在此结论上 ， 分析得 出该工作 面端 部的顶煤 有发 生 冒漏 的可能性 ， 故 提出 了加 强两平巷 的超前 支护具体措施。
２ 顶煤 冒放性分析
２ ． １ 影 响顶 煤 冒放性 的 因素
影 响顶煤 冒放性 的原 因有 很 多 ， 一 般 来 说 可 以 分为两个方面 ： 第一 ， 顶煤及煤层上覆岩层的矿山压 力； 第二 ， 煤层 内部 的节 理 、 裂 隙等 构 造 因 素 。本 文 主要 是从煤 层 内部 裂隙 发育影 响顶 煤 冒放 性 的角度 分 析 的顶煤 冒放 性 。除 此 之 外 ， 采高 、 支架选型 、 推 进 速度 、 放 煤步 距 、 工作 面长 度等 因素 也会 影 响顶煤
（ １ ． 内蒙古科技大学 矿 业Ｘ － 程 学院， 内蒙古 包头 ０ １ ４ ０ １ ０ ； ０ １ ６ ０ ０ ０ ） ２ ．神 华乌海 能源有 限责任公司 公乌素煤业公 司， 内蒙古 乌海
摘
要： 以公乌素煤矿 １ ６ ０ ４放顶煤工作 面为研究 背景 ， 采用破坏 系数法 ， 综合考 虑多种影 响顶 煤 冒放性 的
Ｙ ＝０． ０ ０ ０ ６ ３ ３ ８ Ｈ 一０ ． ０ ０ ７ ８ ６ ＲＧ＋０． ６ ２ ４ ４ Ｄ１
—
宋 选 民教授 在研 究 了多个 煤 矿 的现场 资料并 进
行工程实用性分析的基础上 ， 通过模糊评价法 、 破坏 系数分类法等方法研究 了顶煤 冒放性 ， 将顶煤 的冒 放 性划 分 为 以下 几 类 ｊ ：
地层 底部 为奥 陶 系 。该 矿 １ ６ ０ ４工 作 面 采 用放 顶 煤 工艺 ， 位 于 井 田北 部 ， 平均 埋 深 １ ５ ０ ｍ， 煤 层 均 厚 ８ ． ５ ｍ， 先 采高 为 ２ ． ５ ｍ， 放高 ６ ． ５ ｍ， 一采 一放 ， 工作 面倾 向长度 ３ １ ８ ｍ， 走 向长度 １ ７ ５ ０ ｍ。
特厚煤层综放工作面顶煤冒放性及放出规律研究
学， 助 理工程 师 ， 现从事 生产技 术工作。
（ 收稿 日期 ： ２ ０ １ ４ — ５ — １ ２ ）
［ ３ ］ 刘波 ， 韩彦 辉． Ｆ Ｌ Ａ Ｃ原 理 、 实例 与 应 用 指 南 ［ Ｍ】 ． 北京： 人
民交 通 出版 社 ． ２ ０ ０ ５ ．
（ ３ ） 基 于数 值模拟 结果 ， 结合 矿井 实际 生产条 件， 确 定 了采用 高强 度锚 杆 ， 配合 ｗ 型钢 带 、 金属 网 、 锚 索联 合 支护 的 回采 巷 道支 护方 案 ， 为塔 山矿 同类地 质条件的回采巷道支护提供理论依据和技术支持。
［ Ｊ ］ ． 煤炭 学报 ， ２ ０ ０ ０ ， ２ ５ （ ４ ） ： ３ ５ ２ — ３ ５ ５ ． ［ ５ １靳 钟铭 ， 张 色轩 ， 宋选 民 ， 等． 综放采 场项煤 变形运动规律
图 ５ 顶 煤 运移 放 出 轨 迹 线 研 究ｌ Ｊ １ ． 矿 山 压 力 与 顶 板 管 理 ，１ ９ ９ ２ ， （ １ ） ： ２ ６ — ３ １ ．
煤矿 现 代化
２ ０ １ ４ 年第４ 期
总第１ ２ １ 期
移 曲线如图 ４ （ ａ ） ～图 ４ （ ｃ ） ， 图中横坐标为 与放煤 口 的水平 距 离 ，纵 坐 标 为测 点 的标 高 （ 放 煤 口标 高 为 ３ ． ２ ｍ） 。可 以看 出 ，推进 方 向上 距 放煤 口为 ０ ～ ０ ． ８ ｍ 时， 测 点 速度 主要 为垂 直 方 向 ， 其 水平 方 向速 度 接 近 于零 ， 在 图 中表现 为 近似平 行 于 Ｙ轴 的 曲线 。 从 距 放煤 口 １ ． ０ ～ １ ． ６ ｍ开始 ，水平 方 向的速 度 开 始增 加 ， 图 中 曲线 表 现 为与 Ｙ轴 有一 定 的夹 角 。 根 据距 放 煤 口 ５ ． ６ ｍ范 围内各 测 点 的监 测数 据 ， 做出 ｚ — Ｙ平面 上距 放煤 口 ５ ． ６ ｍ范 围 内煤 体 的 运移 、 放 出轨 迹 。如 图 ５所示 ， 距放煤 口 ３ ． ２ ～ ５ ． ６ ｍ时 ， 垂 直 方 向位移较小 ， 从距放煤 口 ３ ． ２ ｍ开始 Ｚ 方 向位移开 始 增 大 ，距 放 煤 口 ０ ． ８ ｍ时 ｚ 方 向位 移 急 剧 增 加 ， 直 至从 放 煤 口放 出 。
采煤工作面坚硬厚顶板放顶技术及预防措施陶勇
作为检测点，挂牌管理，安排专人定期取样分析；④在3204运输巷停采线和其他可疑点安设束管取样器，每天利用束管系统进行监测；⑤依据工作面实际情况，每旬形成一次监测预报文字材料上报。
3防火技术措施3．1喷浆堵漏措施在3204停采线材料巷100m，运输巷200m范围内，是漏风比较集中和漏风时间比较长的巷道段。
为控制漏风必须进行喷浆堵漏，喷浆质量要求致密不漏风，顶板和向下1m处，喷浆厚度不小于50mm，喷浆滞后掘进工作面迎头不大于10m。
3．2采空区二次灌浆和巷道注水降温措施由于煤层倾角大，二分层掘进时揭露的老空区较干燥，因此必须对采空区进行二次灌浆。
采取对停采线和3204一分层采空区灌浆；在进、回风巷两侧按设计要求敷设消防管路及支管，采取巷道注水降温措施，同时工作面推广了煤层短壁注水。
3．3均压通风措施主要是在掘进期间减少两巷压差，在采煤时根据老塘矸石垮落密实程度，采取措施，减少老塘漏风，实施均压措施。
3．4钻孔探温措施对运输巷内发现的隐患点，采取32mm钻孔对采空区实施打钻取气探温及注水探温，有针对性的进行治理。
4防灭火措施在3204二分层工作面材料道工具房和运输巷运输机头处分别放置两台泡沫灭火器、防火沙箱和灭火铲。
如明火范围较小时，现场工作人员可用水、沙、灭火器直接灭火。
另外，在3204二分层工作面停采线处，按照防灭火设计要求构筑了工作面防火门墙，完善防火措施。
5结束语通过对3204二分层工作面开采期间采取的一系列防灭火安全技术措施，使得二分层工作面顺利实现安全生产，同时在防灭火技术管理方面取得了一定的经验，为今后二分层工作面的开采提供了借鉴。
采煤工作面坚硬厚顶板放顶技术及预防措施陶勇（云南能源职业技术学院，云南曲靖655001）摘要该文针对采煤工作面坚硬厚顶板放顶难的问题，探讨了坚硬厚顶板的放顶技术，对工作面的支护进行了分析，给出了相应的预防措施，可用于指导煤矿坚硬厚顶板的放顶，保证工作面的安全高效开采。
关于煤层顶板划分中岩性及厚度取值的探讨
关于煤层顶板划分中岩性及厚度取值的探讨王海军【摘要】为了解决目前地质勘探报告、矿井生产报告中煤层顶板岩性、厚度取值中存在的问题,通过分析各类煤层顶板的定义,探讨目前顶板划分中存在的问题及其原因.提出了解决方法,并对各类顶板进行了重新定义,从而规范统一对顶板的划分.该方法和定义对勘探阶段、生产矿井阶段煤层顶板稳定性评价、巷道掘进、顶板支护控制具有指导意义.%In order to solve the problem existing in the lithology and thickness of coal seam roof values in geological exploration report,mine production at present,through analysing the definition of the coal seam roof,the existing problems of the classification of the coal seam roof were discussed,and the reasons were also studied.The solution was proposed,all kinds of roof were redefined,whose purpose was to unify the division of coal seam roof.The results show it has more guiding significance to evaluate stability of the mine coal seam roof and roadway drivage and roof support control in the process of exploration and production.【期刊名称】《中州煤炭》【年(卷),期】2017(039)001【总页数】4页(P86-89)【关键词】伪顶;直接顶;基本顶;类型划分;稳定性评价【作者】王海军【作者单位】中煤科工集团西安研究院有限公司,陕西西安710077【正文语种】中文【中图分类】TD327.2;P618近年来，我国煤矿安全形势虽有好转，但百万吨死亡人数仍居世界首位。
活鸡兔井综放工作面顶煤冒放性影响因素分析
开采方法。
关键词：顶煤冒放性；垮落角；采放比；煤层裂隙；综放工作面
中图分类号：TD324
文献标识码：A
文章编号：1004-4051(2021)S1-0364-05
Influencing factors analysis of topcoal caving in Huojitu coal mine fully mechanized caving face
细粉砂岩:深灰色，可见细小云母星点及少量暗色岩屑, 致密,质均团块状,含大量的植物根须及茎、叶碎片化石
0.13
煤:颜色、条痕均为黑色，块状构造，参差状断口，沥青光
泽,半暗型，主要由暗煤组成,次为少量亮煤,具方解石脉 0.08
细粉砂岩:深灰色，可见云母片及暗色岩屑,致密， 质不均,下部夹细粒砂岩条带,具斜层理,缓波状层
满足式(3)。
h#„ % =/K>
1一2煤层地质条件为研究背 分层顶煤冒放性的影响因素进行
21 煤 煤
对顶煤 放 影响
煤体的 内
、压
和内
பைடு நூலகம்擦角等
数，它是
征煤体是否具有 ：
破
的重要
标％
的矿压
件下，煤层的抗压
小严重影响着顶板的破
坏程度，抗压强度越大则煤体的硬度越强，煤层被破
的程 和顶煤
越小，则顶煤的冒放 角 的 ，可
越差％
1）
变化曲线,
2%
ZHU Shuangang, WANG Ning (Department of Enterprise Management, Shendong Coal Group, CHN Energy, Shenmu 719315 , China)
黄炳香：凝思聚力破解坚硬顶板的及时可控放顶难题
黄炳香：凝思聚力破解坚硬顶板的及时可控放顶难题作者：蔡巧玉来源：《科学中国人·下旬刊》2020年第04期煤炭是我国的主体能源和冶金、建材、化工等重要产业的主要工业原料。
在我国，煤炭占一次能源消费比例的60%，燃煤发电量占总发电量的70%以上，堪称我国稳定、经济、自主保障程度最高的能源。
尤其是随着“一带一路”建设、京津冀协同发展、长江经济带发展三大国家战略的实施，煤炭工业发展迎来了诸多的历史机遇，正如《煤炭工业发展“十三五”规划》中所说的：“努力建设集约、安全、高效、绿色的现代煤炭工业体系”，而这也成为当今每一位煤炭从业者神圣而艰巨的使命。
中国矿业大学（以下简称“矿大”）煤炭资源与安全开采国家重点实验室的黄炳香教授就是其中一位。
从业多年以来，黄炳香默默扎根一线，从实际出发，屡次突破创新，逐步形成了一系列相关理论和成套的技术装备。
十年磨一剑实现坚硬顶板可控放顶我国煤炭资源丰富但分布不均，且地质条件复杂，其中坚硬顶板赋存煤层占30%以上，覆盖50%以上矿区。
据了解，坚硬顶板是指煤体上覆顶板岩层厚度较大，自稳能力好，岩体抗拉、抗压强度高，在煤体采出后覆岩大面积悬顶造成采空区长时间处于空洞状态的顶板。
这些顶板岩层因弯曲、变形积聚了大量的弹性能，一旦突然垮落时，弹性能会瞬间释放，导致冲击矿压、大面积来压等矿压灾害和飓风，顶板悬顶还有可能引发瓦斯（煤尘）爆炸、煤自燃等衍生灾害，给工作面、采区甚至整个矿井带来严重的破坏。
因此坚硬顶板的及时可控放顶一直是煤炭开采中的世界性难题。
为了攻克这道难题，黄炳香成立了煤岩体压裂课题组，开始研究煤岩体水力致裂理论及其在煤矿的各方面应用。
“煤岩体水力致裂强调的是通过注入高压水，使煤岩体产生水压裂缝，通过水压主裂缝扩展、翼型分支裂纹扩展和吸水湿润作用，达到结构改造、强度弱化和增透等工程需要，同时针对不同工程3种作用的侧重点也有所不同。
”黄炳香详细地解释道。
不同于传统炸药爆破致裂顶板时既产生大量有毒有害气体，同时在高瓦斯矿井中存在较大安全隐患等缺点，水力致裂技术不仅成本较低、安全性好，而且能够通过定向压裂技术产生预定方向的裂缝，从而有望在处理坚硬顶板时得到良好的施工效果。
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厚硬岩层下顶煤冒放性分析张东升，缪协兴，马立强（中国矿业大学，江苏徐州 221008）dszhang123@摘要：顶煤的运移与垮落，尤其是内部微观裂隙的扩展，与其直接顶和老顶岩层的活动规律密切相关。
针对某一厚硬岩层既是上层煤的底板，又直接是下层煤顶板的实际情况，采用数值计算与物理模拟相结合的研究方法，分析清楚了厚硬岩层的破断特征。
在此基础上，提出了9种上层煤与下层煤不同开采方案，系统分析了下层煤顶煤压缩量的变化，并确定出上层煤与下层煤工作面交错的合理布置方式，为下层煤推广综放开采工艺提供了设计指导。
关键词：厚硬岩层；冒放性；压缩量；交错布置1. 引言以徐州矿区为代表的我国华东矿区赋存有大量的“两硬”煤层，煤层硬度较大（f >2）、顶板坚硬且厚度也较大（20m左右）。
此类煤层综放开采技术的应用成功，需解决两个关键问题：一是硬顶煤的冒放性；二是厚硬顶板的控制[1，2]。
本文主要针对第一个问题分析了厚硬岩层的破断特征及合理的综放开采方案。
厚硬岩层工程性质的总的特征是“硬”、“整”、“厚”。
所谓“硬”是指岩层的强度高，强度一般都在60MPa~150MPa；所谓“整”是指岩层的裂隙不发育，整体性强；所谓“厚”是指岩层的厚度大，通常大于10m[3]。
以徐州张双楼煤矿为代表的华东矿区厚硬顶板在垮落形态和来压规律上，与大同矿区的不同。
本文将以张双楼煤矿的煤层赋存条件为基础，重点阐述厚硬岩层的破断对顶煤裂隙扩展的影响及厚硬岩层上煤层的开采对下煤层顶煤压缩量的影响等问题，为厚硬岩层下综放开采技术的成功应用，提供设计指导。
2. 工作面基础条件张双楼煤矿主采7#煤层和9#煤层。
9#煤层的直接顶板是7#煤层的直接底，为灰色细砂岩，厚度0.95~46.94m，平均20.05m；其抗压强度58.80~151.70MPa，平均84.08Mpa；抗拉强度2.17~6.23MPa，平均4.96MPa。
9109工作面标高-575~-671m，埋藏深度约600m；9#煤层总厚2.1~4.5 m，平均3.6 m；直接底为3.0m的泥岩，老底为8.56m灰白色细砂岩；煤层倾角16°~28°，平均24°；煤的容重为1.37t/m3，煤硬度较大，f=2~2.5。
该工作面煤岩层综合柱状如图1所示。
过去该矿一直采用大采高综采工艺，但由于9#煤顶板厚而硬、倾角大出现支架歪倒等因素的影响，工作面单产较低。
为此尝试在厚硬顶板条件下采用综放工艺。
本课题得到国家自然科学基金资助项目(50374065)；国家杰出青年科学基金资助项目（50225414）；教育部科学技术研究重点项目(105024)- 1 -3. 厚硬顶板破断特征9#煤顶煤的运移与垮落，尤其是内部微观裂隙的扩展，与其直接顶厚硬岩层的活动规律密切相关。
分析9#煤的冒放性，应基于这种厚硬顶板的破断特征[4~7]。
为此，进行了实验室相似材料模拟试验。
图1 9109工作面煤岩层综合柱状Fig.1 Comprehensive column of the 9109 coalface3.1 模型制作与配比（1）模型设计实验使用简易立体模型架，模型架长250 cm，宽150 cm，两侧边为20 cm宽的支座用以模拟边界条件。
模型采用底卸式开采，底片长150 cm，宽6 cm，材料为角钢。
逐条拧动顶在底片上的螺栓，即可降下底片，模拟工作面的开采过程。
对于工作面上下两侧实体煤支承的基本顶边界采用20 cm宽的槽钢用千斤顶加压固定形成固支边界；实验采用自重为3.5Kg的铁块加载模拟基本顶岩层所承受的载荷[8] [9]。
（2）相似材料配比模型材料配比特征及具体用量参见表1。
由于采用石膏为主要胶结料时，相似材料的脆性与采场岩体较为接近，模拟的岩体强度较大，而且制作工艺简单、材料来源方便。
因此，模拟试验中，基本顶岩层相似材料采用砂子、石膏、碳酸钙及水。
- 2 -表1 模型材料配比与用量Table 1 Simulation materials and their matching ratio相似材料用量(kg) 模 型岩层 厚度/cm 岩层倾角/°岩体类别配比特征砂子石膏碳酸钙水20 20 基本顶 6.11:0.35:0.53:1110063.595 180备注配比特征是指砂子、石膏、碳酸钙和水的重量比3.2 模拟结果与分析原始模型如图2所示。
厚硬顶板初次破断情况如图3所示，三次周期来压后的破断情况如图4所示。
图2 开采原始模型Fig.2 Original mining model图3 厚硬顶板初次破断Fig.3 First breakage of the hard-and-thick roof图4 厚硬顶板第三次周期破断Fig.4 Third periodic breakage of the hard-and-thick roof由模拟结果可分析出厚硬顶板运移与破断特征为：（1）在厚硬顶板初次破断之前，裂隙已相当发育。
破断裂纹先沿工作面后方出现，同时在工作面上端部也出现一些微裂隙，随工作面的推进，工作面前方出现裂纹，下端部也出现拉裂纹，裂纹扩大并在四周形成贯通，岩板在中央破断，形成厚硬顶板的初次破断；（2）厚硬顶板初次破断沿工作面倾斜方向并不呈现整体来压现象，工作面上部首先来压，中部其次，下部顶板最后来压。
- 3 -（3）厚硬顶板初次来压步距50~80m，周期来压步距15~25m，且周期来压时，岩板内张裂隙和岩体间断裂裂缝会产生闭合现象，但工作面上、下端头处出现台阶下沉，闭合效果不好，可成为突水通道。
4. 7煤开采对9煤顶煤的影响7煤层工作面开采导致采场周围支承压力向底板传递，加之厚硬岩层的移动与破断，两者的叠加影响将有利于9煤顶煤裂隙的扩展与破碎。
可采用UDEC3.0专用商业软件，数值分析7煤开采不同布置方式与厚硬岩层不同断距的组合对9煤顶煤压缩量的影响程度[10~13]。
4.1 模拟计算方案提出了9个模拟方案，分别为：方案1：9煤顶板周期破断距为15m，7煤不采；方案2：9煤顶板周期破断距为15m，7煤采后；方案3：9煤顶板周期破断距为15m，7煤留25m的煤柱；方案4：9煤顶板周期破断距为20m，7煤不采；方案5：9煤顶板周期破断距为20m，7煤采后；方案6：9煤顶板周期破断距为20m，7煤留25m的煤柱；方案7：9煤顶板周期破断距为25m，7煤不采；方案8：9煤顶板周期破断距为25m，7煤采后；方案9：9煤顶板周期破断距为25m，7煤留25m的煤柱。
4.2 岩层力学参数模拟计算中各岩层的力学参数及厚度如表2所列。
表2 岩层力学参数Table 2 Mechanical parameters of the strata序号岩性描述重度/kN﹒m-3体积模量/GPa剪切模量/GPa内摩擦角/°粘接强度/ MPa厚度/m1 细砂岩 27 3.8 2.0 36 2.0 2.742 砂质泥岩 26.5 1.5 1.2 31.5 1.1 3.103 细砂岩 27 3.8 2.0 36 2.0 18.94 泥岩 26.5 1.3 1.0 31 1.1 6.305 7煤 13.7 0.6 0.2 28 0.4 3.966 细砂岩 27 3.8 2.0 36 2.0 20.07 9煤 13.7 0.6 0.2 28 0.4 3.608 泥岩 26.5 1.3 1.0 31 1.1 3.009 细砂岩 27 3.8 2.0 36 2.0 8.5610 泥岩 26.5 1.3 1.0 31 1.1 9.844.3 监测点布置为分析研究7煤不同开采情况对9煤的影响，在工作面推进方向上设置5个监测点，以- 4 -监测9煤顶煤的压缩量，如图5所示。
123457煤9煤9煤 厚 硬 顶 板图5 工作面推进方向上监测点布置图Fig.5 Layout of monitoring points along the coalface strike4.4 数值模拟结果分析（1）不同布置方式的影响按照设计的模拟方案，运用UDEC 软件进行计算得到如下结果。
经模拟，方案1、方案2和方案3得到的9煤顶煤压缩量如图6所示；方案4、方案5和方案6得到的9煤顶煤压缩量如图7所示；方案7、方案8和方案9得到的9煤顶煤压缩量如图8所示。
由各个方案9煤顶煤压缩量来说，7煤采后的9煤顶煤压缩量比7煤不采的9煤顶煤压缩量大；而7煤留煤柱时，9煤顶煤压缩量最大。
010*********24监测点9煤顶煤压缩量/c m6图6 方案1、方案2、方案3的9煤顶煤压缩量 Fig.6 Top-coal compression of NO.9 coal seam in Project1,Project 2 as well as Project 3010*********12345监测点9煤顶煤压缩量/c m67煤不采图7 方案4、方案5、方案6的9煤顶煤压缩量 Fig.7 Top-coal compression of NO.9 coal seam in Project4,Project 5 as well as Project 6- 5 -010*********12345监测点9煤顶煤压缩量/c m67煤不采图8 方案7、方案8、方案9的9煤顶煤压缩量Fig.8 Top-coal compression of NO.9 coal seam in Project7, Project 8 as well as Project 9（2）不同断距的影响7煤不采时，9煤厚硬顶板的破断距对9煤的影响如图9所示；7煤采后，9煤厚硬顶板的破断距对9煤的影响如图10所示；7煤留煤柱时，9煤厚硬顶板的破断距对9煤的影响如图11所示。
由图9~图11可以看出，在同一种条件下，顶板破断距愈大，则相应的9煤顶煤压缩量也愈大；当工作面处在7煤煤柱正下方时，不同破断距条件下各监测点的9煤顶煤压缩量都最大[13]。
010*******12345监测点9煤顶煤压缩量/c m6图9 7煤不采时9煤厚硬顶板不同破断距的顶煤压缩量Fig.9 Top-coal compression of NO.9 coal seam corresponding its different roof breakage distance and NO.7coal seam is not mined010*******12345监测点9煤顶煤压缩量/c m6图10 7煤采后9煤厚硬顶板不同破断距的顶煤压缩量Fig.10 Top-coal compression of NO.9 coal seam corresponding its different roof breakage distance after NO.7coal seam is mined- 6 -010*********12345监测点9煤顶煤压缩量/c m6破断距15m图11 7煤留煤柱9煤厚硬顶板不同破断距的顶煤压缩量Fig.11 Top-coal compression of NO.9 coal seam corresponding its different roof breakage distance under thecoal pillar of NO.7 coal seam5. 7煤与9煤综放工作面交错布置的效果为了确定出最好的布置方式，应用RFPA ’2000软件，进行了效果分析。