基于“顶板-煤壁-支架”综合评价的大采高支架工作阻力研究

娄金福^1,2,3，康红普^2,3，高富强^2,3，杨景贺^2,3，李建忠^2,3

1. 中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院2. 天地科技股份有限公司开采设计事业部3. 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室(煤炭科学研究总院)

摘 要：针对6.0 m特大采高综采工作面支架适应性评价与工作阻力确定难题,基于大采高采场覆岩"悬臂梁-层间岩层-砌体梁"结构模型,对6.0 m特大采高综采工作面支架合理工作阻力进行了确定,通过数值模拟和大比例尺采场相似模拟实验对支架与围岩控制适应性进行了验证和评价。研究结果表明,大采高综采支架工作阻力的确定要以满足顶板、煤壁等采场围岩控制为前提,并需确保支架良好的位态。支架工作阻力不仅要能支撑垮落带关键层"悬臂梁"破断长度内的岩层载荷,还要能给断裂带下位岩层"砌体梁"结构以平衡力。模拟结果表明,当工作阻力低于10 000 k N时,支架处于满负荷运转状态,活柱下缩量较大,顶板及煤壁变形显著;当工作阻力高于11 000 k N时,采场围岩及支架工况显著改善,据此确定支架合理工作阻力为12 000 k N。生产实践表明,试验工作面支架循环末阻力8 340¹0 247 k N,安全阀开启率低于5%,煤壁完整性较好,支架工作阻力满足顶板支护及安全生产要求。

关键词：特大采高综采工作面;关键层结构;砌体梁;工作阻力;大比例尺相似模型实验;