综放工作面基本顶层位与极限跨距确定

综放工作面基本顶层位与极限跨距确定

师皓宇;田多

【摘要】为确定中煤平朔集团井工一矿4106综放工作面基本顶层位和极限跨距，考虑基本顶沉降值、采空区残留浮煤厚度、碎胀系数等因素，初步确定了采空区的冒落带理论高度；根据覆岩结构向高位转移后的平衡条件，判断顶板上方13．12 m以远的粗砂岩为基本顶1；根据组合梁等理论公式，计算了该工作面顶煤、直

接顶、基本顶的载荷值，确定了顶煤、直接顶、基本顶的初次垮落步距、周期垮落步距，结果与矿压观测结果基本吻合。%For determining basic roof strata and Limit Span of 4106 Fully Mechanized Caving Face in Pingshuo Coal Industry Company No .1 Coal Mine , considered sedimentation value of basic roof and residual floating coal thickness of mined out area and coefficient of expansion , preliminary determined theoretical height of mined out area.According to the equilibrium condition of overlying rock structure shift to high strata , Judge basic roof 1 is sandstone beyond roof 13.12 m distance.According to combination beam theory formula , calcu-lated load value of top coal&the immediate roof&basic roof in the face , initial caving step distance and peri-odic caving step distance , The results are in agreement with the results of mine pressure observation .

【期刊名称】《华北科技学院学报》

【年(卷),期】2016(013)001

【总页数】5页(P70-74)

【关键词】综放工作面;基本顶;层位;极限跨距

【作者】师皓宇;田多

【作者单位】华北科技学院安全工程学院，北京东燕郊 101601;华北科技学院安全工程学院，北京东燕郊 101601

【正文语种】中文

【中图分类】TD323

放顶煤开采的特点为：(1)煤层开采厚度大；(2)采空区顶板活动空间大。放顶煤开

采使得直接顶与基本顶的活动范围在横向、纵向都较中厚煤层大[1]。近几年，国

内学者对放顶煤开采过程中的顶板结构、破坏特征等做了大量的研究，贾喜荣教授等把中厚煤层开采中采场矿压计算的分析方法推广到放顶煤工作面顶板来压计算中，针对顶板岩层的结构特征和开采技术条件，提出了完全承载层、过渡层和非承载层的基本判据[2]。侯忠杰教授提出了覆岩全厚整体台阶切落的判断公式,补充了关键

层理论在浅埋煤层应用中的判定准则,分析了不同覆岩岩层关键层的层位[3]。许家

林教授等对浅埋煤层覆岩关键层结构的类型及其破断失稳特征进行了研究，并将关键层结构类型划分为单一关键层和多层关键层结构[4]。就平朔井工一矿4106综

放工作面而言，由于采高较大，采空区需要充填的空间显著加大，在直接顶厚度较小时，下位一定厚度的基本顶垮落后将作为垮落带范围岩层，从而使得上覆岩层结构向高位转移，进而涉及到高位砌体梁结构的稳定性问题[5]。

安家岭井工一矿4106综放工作面为太西采区第一个工作面，北部为边界煤柱，东部为太西采区大巷煤柱，南部为开拓区，西部为边界煤柱，工作面标高为

+1224～+1050 m，工作面推进总长度为1730 m，工作面面长为300 m，回采

面积为519000 m2。工作面地表北部为白堂乡，东部为高家沟村，南部和西部为

空地，有前湾、转吉湾-马蹄沟等季节性河流，其地面标高为+1440～+1284 m。该工作面所采煤层为石炭系上统太原组顶部4#煤层，平均厚度为10.45 m。41#煤层结构复杂，含夹矸2～5层，夹矸岩性为砂质泥岩和高岭土，块状结构，局部裂隙发育，上部为暗型煤，下部为半亮型煤，裂隙面见黄铁矿薄膜层。42#煤层结构简单，含夹矸0～1层，夹矸为炭质泥岩，属半暗型煤，块状结构，局部裂隙发育。

放顶煤条件下围岩平衡高度包括垮落带直接顶的厚度∑h和裂隙带平衡岩层的厚度hp。考虑直接顶冒落后将充填满采空区空间以及顶煤的损失，因此，垮落带直接顶厚度∑h可根据图2直接顶厚度计算推断图，由下式计算表示[6]：

式中∑h为直接顶厚度，m；M1为机采高度，m；M2为顶煤厚度，m；S0为基本顶在触矸处的沉降值，m；C为采空区残留浮煤厚，m；Km为顶煤冒落后的碎胀系数，1.15；P为工作面采出率，取0.8；Kp为直接顶岩层综合碎胀系数，

Kp=1.30。

对于围岩平衡中的平衡岩层的厚hp，则可按照煤(岩)层柱状图确定。对照岩层柱状图，找标志层，如石灰岩或硬砂岩，在采煤过程中能起平衡岩层作用，其上部的覆岩(或煤层)不发生台阶错动。

井工一矿4106工作面煤层平均采高按10 m计算，带入公式得mz=18.33 m。钱鸣高院士在其砌体梁理论中提出必须具备以下两个条件采场上覆岩层结构才能保持平衡[6,7]：

(1) 基本顶岩块的长度应大于层厚的2倍，即

(2) 基本顶分层厚度应远大于岩块下沉量，即hi≫si0

基本顶岩块最大下沉量就是其下自由空间高度，于是第2个条件可表示为：

由于基本顶分层厚度要比其下自由空间高度大得多，目前只能以实践经验来确定，侯忠杰教授进一步量化为：