煤层长壁工作面顶板来压步距和来压强度计算预测

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能源技术
1　工程概况
本井田为石炭二迭系含煤地层，由本溪组、太原组、山西组组成，煤系地层总厚度为225.08m，煤层总厚16.80m，含煤系数为7.46%。

可采及局部可采煤层7层，总厚10.27m，含煤系数为4.56%。

下组煤主要是指在开采过程中，受奥灰水威胁较大的下架、大青、小青三个煤层，现将各可采煤层和局部可采煤层的煤层特征及其分布规律分述如表1（由上到下）。

表1　该煤矿9#煤层顶底板岩层取芯钻孔柱状表
岩石名称层厚（m）岩 性 描 述
大青灰岩 6.40
深灰色，厚层状，岩溶裂隙发育，有方解石充填，
分布较稳定，为主要含水层。

RQD=71.56% 。

8# 煤0.10灰黑色，含黄铁矿结核，煤质较好。

闪长岩 6.77灰白色，主要以长石、角闪石为主，具有少量
暗色矿物半晶质结构，块状构造，坚硬，裂隙
发育。

RQD=69.42% 。

粉砂岩 2.35
灰黑色，水平层理，泥质胶结，局部含植物化石，
方解石脉发育。

9#煤 2.40
灰黑色，具金属光泽，含四层碳质页岩夹矸，
厚度0.4～1.5m，局部有黄铁矿结核。

铝土泥岩 2.20浅灰色，局部为粉砂岩，具滑感，易碎。

该煤矿9#煤层顶底板岩层物理力学性质测定结果如表2。

表2试样名称及编号试样密度（g/cm 3
）
天然抗
压强度（MPa）天然抗压强度修正值（MPa）
破坏载荷 （kN）天然抗拉强度 （MPa）大青灰岩1-19 2.7367.864.75 1.335
1-20
2.7482.078.212
3.2361-21 2.78102.898.010 2.725闪长岩2-120 5.383
2-2
24 6.3682-3
19 4.992粉砂岩3-88 2.780.5/15 3.759
3-89 2.8010.510.08 2.1193-93 2.77铝土岩4-104 2.810.40.44-1120.20.22　综采面围岩的力学模型
2.1　煤层长壁工作面顶板来压计算基本初始参数表
根据9#煤层井下顶板岩层钻孔取样和水观4号、8310号钻孔等
地质资料，以及9#煤层顶底板岩层物理力学性质测定指标、煤层赋存条件和开采技术条件，9#煤层坚硬顶板矿压规律理论计算的基本
初始参数如表3。

表
3　9#煤层长壁工作面顶板来压计算基本初始参数表
工作面采长Lm 100m 基本顶岩石抗拉强度σt
519 t/m 2
工作面采高M 2.20m 基本顶岩层断裂角β
60°
支架初撑力P0300t/m 基本顶断裂面基础摩擦角φb
30°
直接顶岩层容重ρ1 2.79t/m 3
基本顶岩层断裂面粗糙系数JRC 10直接顶平均厚度h 2.30m 基本顶岩层断裂面抗压强度JCS 7200 t/m 2；直接顶岩层碎胀系数Kp 1.25基本顶岩层抗拉强度系数K20.75，0.80，0.85，0.90
直接顶岩石抗拉强度σt1229 t/m 2
基本顶承载岩层厚度H
7.00 m 基本顶岩层容重ρ2 2.71 t/m 3
基本顶岩层挤压高度系数G =0.11；Gz=0.082.2　直接顶初次垮落步距
根据钻孔资料和顶板岩层物理力学试验指标，取9#煤层长壁工作面粉砂岩直接顶厚度h=2.30m，直接顶岩层密度ρ1=2.79t/m 3，直接
顶岩石抗拉强度σt1=229 t/m 2。

按四边固支单向板计算，即：012.29~15.05l m =0 q 1——直接顶荷重集度，t/m 2；
σt1——直接顶岩石抗拉强度，t/m 2； K 1——直接顶岩层抗拉强度系数。

由此得，长壁工作面粉砂岩直接顶岩层初次垮落步距为
12.29～15.05m，平均13.67m。

2.3 煤层长壁工作面顶板来压步距和来压强度计算预测
根据9#煤层长壁工作面顶板来压计算所确定的初始参数，应用RST 采场矿压分析软件计算得该煤矿9#煤层长壁工作面顶板来压预测结果如表4。

表4　9#煤层长壁工作面顶板来压计算结果表
基本顶岩层厚度初次来压步距（m）初次来压强度（t/m）周期来压步距（m）周期来压强度（t/m）7.0m 36.76~41.043480.9~3785.012.47~17.252442.8~3451.4
均值38.923663.813.973142.7
3　结束语
火成岩坚硬顶板综放采场在时间和空间上具有连续动态性，预先弱化是顶板破坏全过程的一个重要子系统，预先弱化的实质就是人为地预先使坚硬顶板的整体强度降低。

煤层长壁工作面顶板来压步距和来压强度计算预测
孙建伟
（冀中能源股份有限公司葛泉矿地测科,河北 邢台 054102）
摘　要：根据顶板破坏全过程的基本规律，通过弱化爆破、预先改变顶板的整体结构和力学性态，充分发挥和利用支承压力的破煤作用，使预先弱化、支承压力和支架反复支撑的作用相互协调配合，最终达到有效控制顶板垮落和破碎特征、保证安全的目的。

关键词：煤层；长壁工作面；顶板来压；步距；来压强度；计算预测DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2017.09.066。