大倾角煤层综采工作面再生顶板与支架失稳机理

杨科^1,2，池小楼^1,2，刘钦节^1,2，刘文杰^1,2，刘帅^1,3

1. 安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室2. 安徽理工大学煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室3. 东北大学资源与土木工程学院

摘 要：针对底分层煤层开采诱导采场再生顶板二次破坏和支架失稳特点,以潘北矿1212（3）再生顶板下大倾角煤层工作面为例,综合运用井下钻孔三维成像对再生顶板结构实测、基于声发射监测技术的相似物理模拟和理论分析3种技术手段,对大倾角煤层综采面再生顶板顶板结构、垮落特征以及支架失稳模式进行了研究。通过对底分层再生顶板施工的3个钻孔进行孔壁成像确定了底分层再生顶板胶结压实状态,结合相似物理模拟确定了煤层回采过程中的再生顶板垮落规律,并采用理论计算分析了再生顶板运动对采场支架稳定性的影响程度。结果表明:（1）受煤层倾角影响,再生顶板压实程度呈现出采场下部高于采场中部,采场上部压实程度最弱的非对称压实特征;（2）底分层顶板3～5 m范围内岩层易在支架间冒漏,此范围再生顶板是改变支架位态的关键岩层;（3）底分层再生顶板破断失稳经历了6个阶段,基于声发射信号强弱程度确定了采场下部再生顶板高位悬臂梁的断裂和上部再生顶板的滑移是引起底分层顶板破碎严重的主因;（4）基于现场支架载荷数据,验证了相似物理模拟准确性,标划出采场上部是支架稳定性重点防控区域;（5）在综合厘定再生顶板-支架作用关系基础上,构建再生顶板运动下的大倾角煤层采场支架倾倒和下滑失稳模型,分析支架受力特征,获得支架在倾倒、下滑临界状态下的架间作用力分别为-126.8 kN,86.2 kN,揭示了再生顶板载荷作用位置对支架稳定性影响显著;（6）探讨了护帮、护顶和护架的三位一体协同支护体系。

关键词：再生顶板;支架失稳;综采工作面;大倾角煤层;围岩破坏;