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摘要：曹家滩煤矿10m超大采高工作面的成功开采标志着我国特厚煤层一次采全高开采技术进入了一个新的水平。基于压力、位移、能量传感器对超大采高工作面开采进行了全方位监测，明确了10m超大采高工作面矿压显现特征，得到了上覆岩层运移及破断规律，建立了多层厚硬顶板下超大空间开采覆岩结构模型，阐述了矿压作用机理。研究结果表明：10m超大采高开采覆岩破断空间大，矿压显现强烈，具有“来压步距大、动载明显、支架下缩量大、安全阀开启率高”的特征，周期来压步距以10～25m为主，平均17.8m，较同翼综放开采增幅5.2%～21%，周期来压最大动载系数1.44～1.68，平均1.60，1.6以上占比63%，较同翼综放开采增幅60%，支架最大下缩量聚集于0.4～1.0m范围，平均0.63m，液压支架安全阀开启率10.6%～78.9%，来压期间液压支架安全阀开启率大于50%的占比达48.1%；工作面来压区域性明显，聚集于距机头75～250m范围，具有“大小周期来压、多次连续性大周期来压”的特点，大周期来压间隔距离102m～186.8m，平均137.5m，来压期间微震事件沿走向方向分布在工作面前后300m范围内，大周期来压期间微震大能量事件聚集于煤层上方20m、50m和80m层位，能量聚集层位随工作面推采沿走向呈“低-高-低”往复循环变化的过程，呈波浪形分布，其上覆岩层在采空区后方处于长距悬顶状态，中上部厚硬岩层具有同步联动破断特征，造成工作面大周期来压；应力拱扩展受坚硬顶板影响，应力拱纵向发展临时中断，横向跨度增加，形成了前、后两端为半拱状、中部为梁的“拱-梁”结构；多层厚硬顶板下超大采高工作面开采上覆岩层呈叠合“拱-梁”结构，下位“拱-梁”破断造成小周期来压，破断后岩块成台阶状接触，中上部“拱-梁”破断造成大周期来压，其连贯性破断造成多次连续性大周期来压，破断后岩块呈铰接状态；中位主控承载层Ⅱ及高位主控承载层Ⅲ滑落及回转变形失稳时所需支架支护强度分别为2.32MPa～2.90MPa和1.91MPa～2.14MPa，现有支护装备难以有效实现工作面围岩控制。该研究成果对超大采高开采围岩控制具有重要的指导意义。
文章目录
前言
1、工作面基本条件
2、工作面矿压显现特征
2.1 工作面矿压显现宏观特征
2.2 工作面来压显现特征
2.2.1 初次来压
2.2.2 周期来压步距及来压持续距离
2.2.3 动载系数
2.2.4 支架下缩量及安全开启率
3、超大采高面覆岩运移及破断特征
3.1 覆岩破断特征
3.2 覆岩运移特征
4、采场结构模型及矿压作用机制
4.1 采场结构模型
4.2 采场矿压作用机制
4.3 采场结构模型力学分析
4.3.1 低位“叠合拱-梁”破断力学分析
4.3.2 中、高位“叠合拱-梁”破断力学分析
4.4 实例分析
