初次来压步距计算

顶板岩层条件和力学模型建立

由厚层整体性强的中砂岩、细砂岩和粉砂岩组成的来压强烈的坚硬顶板，最大厚度18.22～24.35m，工作面长240m，顶板柱状图如图1所示。

煤层的埋藏深度147.19～161.22m，平均155m；中砂岩的抗拉强度σt=10MPa，抗剪强度τ=25MPa；粉砂岩的抗拉强度σt=1.95MPa，抗剪强度τ=9MPa；细砂岩的抗拉强度σt=11.8MPa，抗剪强度τ=36MPa；覆岩容重按=0.025MN/m3计算。

初次来压力学模型如图2所示。

图1 21303工作面HB1和HB5的顶板砂岩结构

图2 21303工作面初次来压分析模型

2 21303工作面初次来压步距的计算

1）按整层18.22m中砂岩老顶（基本顶）的情况考虑。

此时，因砂岩顶板厚度太大，在初次来压之前，考虑为嵌固厚梁模型较为恰当。

按嵌固厚梁的拉破断考虑时，初次来压步距为：

L

= h•（2•σt/q）1/2.

0l

=18.22×[2×10/（16.41×0.025）]1/2（载荷厚度按刚度、厚度公式估计）

=127.21 m.

按照梁的模型计算，21303工作面18.22m中砂岩老顶的初次来压步距应为127.21m。

2）按中砂、粉砂和细砂岩组成24.35m老顶（基本顶）的情况考虑。

顶板载荷计算，取中砂岩的弹性模量E1 =59.8GPa，细砂岩的弹性模量E3 =30.4GPa，粉砂岩的弹性模量E2 = 11.3GPa，则

（q1）1=1•h1 = 0.228 MPa.

（q2）1= 0.387 MPa.

（q3）1= 0.461 MPa.

（q4）1= 0.478 MPa.

（q5）1= 0.504 MPa.

（q6）1= 0.315 MPa.

由于（q6）1<（q5）1，因此，大柳塔煤矿活鸡兔井21303工作面的顶板岩层初次来压断裂的载荷应为1-2煤层上的5层岩层的综合影响，载荷层总厚度为28.22m，为采高的8.8倍，均布载荷数值为0.504MPa。

在这种顶板结构条件下，第一层中粒砂岩厚度9.47m，其厚度大于3m，整体性强，且直接赋存于1-2煤层之上，此层中砂岩即为工作面的老顶(基本顶)。

若按嵌固厚梁的拉破断考虑时，初次来压步距为：

即按照9.47m的中砂岩破断角度作为21303工作面的初次来压判据，初次来压步距应为60m。

考虑1-2煤层上的中砂岩和粉砂岩作为老顶，厚度为18.81m，老顶的抗拉强

=6MPa，因此初次来压断裂步距度按厚度比例因素综合计算，则其折算强度为σ

t

为

如考虑1-2煤层上的中砂岩、粉砂岩和细砂岩共同作为老顶，厚度为24.35m，老顶的抗拉强度按厚度比例因素综合计算，则其折算强度为σt=7.32MPa，因此初次来压断裂步距为：