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当地表存在较厚的风积沙松散层、基岩厚度较薄时,采场来压时矿压显现强烈,顶板容易沿工作面切落,与之伴随地表很容易出现台阶下沉,给采场的安全带来巨大的影响;为了平衡上覆岩层破断施加给工作面的载荷,这就要求采场的液压支架有特别大的工作阻力,防止顶板灾变的发生。当煤层上方松散载荷层相对较薄、基岩厚度较厚时,工作面的矿压规律及合理支架阻力又会有怎样的表现,此类研究相对较少。 本文基于榆神矿区小保当矿2-2煤层赋存条件,运用关键层理论,确定该煤层上覆岩层中关键层的位置和层数,根据采场覆岩的双关键层结构模型,对主、亚关键层破断时采场的来压进行了分级,结果表明:该矿上覆岩层存在两组关键层,老顶下位亚关键层破断引起小周期来压,主、亚关键层的同步破断引起大周期来压,采场来压呈现非均匀性大小周期性的变化。 相似模拟实验从宏观上分析了采场来压时,老顶来压步距、动载系数、支承压力分布情况和支架工作阻力,结果表明:采场来压有大、小周期来压之分,来压显现程度中等;煤壁前方50m范围内支承压力增加幅度较大,峰值位于采场煤壁前方5.5~20m,这是工作面煤壁出现片帮的主要原因;采场来压时支架平均工作阻力12643kN,最大值13633kN,确定初选支架的工作阻力偏小,建议实际开采时,选择的支架工作参数:架间距1.75m,顶梁长4.25m,额定阻力14000kN,支架初撑时要保证达到规定的初撑力,支架应具有带压移架功能;选择工作面超前支护的距离为50m,相似模拟实验验证了理论分析的准确性。 数值模拟从微观上分析了采场应力区和塑形区的演化特征,结果表明:支承压力分布特征与相似模拟实验结果一致,煤壁前方5~6m存在高应力集中核,煤壁破坏形式为压剪破坏,煤壁最大破坏深度10m;建议实际开采时,要加强对煤壁中上部的管理,平时支护时注意支架上的伸缩梁及伸缩梁上带的护帮板紧紧贴近煤壁。