综放开采矿压理论的研究分析

综放开采矿压理论的研究分析

王朝峰

安徽能源技术学校安徽省230011

摘要：研究综放工作面端头区域顶板岩层的运动规律与顶煤冒放规律等内容，同时对端头围岩结构、力学性质进行分析，对端头上覆岩层失稳破坏运动以及影响端头顶板稳定性的重要因素进行研究，为初步形成安全、高效、先进的综放工作面端部放煤及顶板管理成套技术体系奠定基础。

关键词：矿山压力；顶板；围岩

自综放开采应用于煤矿开采以来，国内外科研人员、技术施工人员针对煤岩层矿压显现、回采作业对顶煤产生破碎断裂的影响规律、综放回采工作面顶板受矿压影响产生断裂破碎规律、厚及特厚煤层采用放顶煤回收施工工艺等相关问题进行了大量的科学研究与实践操作。通过数据分析和实践经验，初步整理出综放回采工作面采场围岩压力规律及顶煤破碎、断裂机理与影响。

1.综放开采矿压理论研究现状及分析

对于煤矿开采这门学科来说，矿山压力学是整个学科研究、发展的基础学科。对于矿山压力的研究，直接影响后期工作面布置、施工各项参数的选择。尤其对综采来说，由于其往往是将厚煤层或特厚煤层一次性采出，使得采出煤层厚度比炮采或者普采的采高成倍提高，其产生的影响，反应到工作面上覆围岩时，就表现为工作面顶板围岩的稳定结构受到破坏、围岩结构发生位移等现象更加明显、突出。对于传统的矿压理论来说，一般将直接顶为刚体，并认为基本顶的下沉会通过直接顶传递到采煤工作面和液压支架上。但对于综放开采来说，直接顶则由相对松软的顶煤替代，支架直接支撑顶煤，从而导致“支架-围岩”关系发生很大的变化[1]。

随着研究学者对综放煤回采中矿山压力显现的规律以及直接顶稳定性对采煤工作面的影响等相关问题的深入研究，逐渐认识到直接顶尤其是放顶煤在矿山压力显现产生的影响[2]，通过以上很多的研究为综放回采工作面顶板矿压显现理论奠定扎实的基础。对于矿压规律研究中，也有多种矿压理论被提出，例如通过对采场直接顶、综采工作面顶煤的力学形态及压力显现规律的研究，并结合基本顶结构的稳定条件，建立综合机械化回采工作面围岩力学模型；另外有学者在研究煤层顶板“关键层”理论基础上，建立综放回采工作面上覆顶板“围岩-支架”力学模型；在通过研究综放回采工作面开采对围岩矿压显现的影响以及采动后上覆围岩形成平衡结构的规律，研究学者认为，综放回采工作面上覆围岩其平衡结构比分层开采煤层顶板更稳定，并按照大变形梁的形式存在与顶板围岩中。

另有学者，针对综放工作面矿压显现规律、上覆围岩破碎以及围岩相对稳定结构等因素，结合特厚煤层顶板煤岩层受矿压影响的移动规律以及顶煤回收规律等方面研究的基础上，提出了“煤-岩”组合力学模型、“拱-拱”组合力学模型、“砌体梁-拱”组合力学模型、“岩梁-拱”组合力学模型等多种力学模型，多方面、多角度的论述综放开采顶板（煤）冒落特征、机理、矿压规律等特点，并对综放工作面煤层稳定性进行力学分析，对针对不同采场矿压情况如何确定工作面支架阻力及选型有比较好的参考价值。

2.顶煤受矿压影响变形规律与冒放性研究现状

对于综放回采工作面来说，其顶板来压的重要表现为顶煤层受矿压影响发生变形、破碎以及冒落等现象。研究其特征规律也是提高综放回采工作面顶煤回采率、保证回采工作面安全生产的理论基础。研究人员通过综放面现场观测，收集、分析数据，运用数值建模和模拟分析研究，认为综放工作面上覆煤岩层矿压显现具有区域特征性和渐进性，根据煤层回采工作面受压力作用，顶板由采空区向煤体方向根据破碎情况将上覆围岩分为冒落、松动破碎、压裂强化和明显变形4个变形区域[3]。在此理论基础上，针对顶煤裂隙和发育情况，煤体的矿压情况，煤层开采深度、厚度以及煤层结构特征等方面进行综合性考虑将放顶煤进行分类。针对坚硬顶煤难放顶的条件，重点研究如何进行煤体软化、弱化的房顶技术。以上理论研究从多个方面对顶煤变形和冒放进行分析研究，也提出了较为扎实的理论研究基础。但是，以上理论研究中，在冒放性分析中没有涉及围岩应力受采动影响所发生的改变以及采场受工程施工扰动的影响。针对此现象，进行深入的研究，将会有助于综放煤的高效产出以及对回采工作面围岩、媒体的稳定。

3.特厚煤层顶煤冒落形态及放出规律研究现状及分析

在处理厚及特厚煤层时选用综放回采方法，工作面顶煤所显现出得冒落形态和采动影响规律，可以为矿山企业合理有效的控制回收顶煤，提高煤炭的采出率提供理论支撑。研究人员运用矿山企业现场数据分析，结合建模数值分析等方法，对顶板冒落提出椭球体冒放、半拱式冒落和台阶式冒落。还有多位研究学者运用相似材料模拟和计算机仿真模拟等研究方法，从煤层硬度以及煤层倾角等方面对综放回采工作面如何选取放顶煤参数、放顶煤施工方式等方面进行了研究。

4.综放回采工作面回采巷道支护技术研究现状及分析

由于综放开采工作面煤层厚度较大，一般属于厚煤层或者特厚煤层，使得采场顶板及工作面两端均为煤层，煤层岩性相比岩层来说比较低。其次，由于综放工作面回采往往是一次采出煤层厚度比普采或综采工作面一次采出煤层厚度多很多，必然会使综放工作面围岩受到更大的影响，使得工作面矿压显现更加明显，且随着采深的变化，上覆围岩受回采影响的范围变大，这就给综放开采支护提出了新的问题。

综放开采中对于深部开采顶煤的变形会更加明显，相较于其他工作面，深部开采的回采巷道超前支护以应对支撑压力的影响范围也更大。对于目前使用的线性设计理论已不能适应其要求，需要针对深井综放中回采巷道的变形力学机制，通过采用非线性力学统计方法，确定支护办法。

5.端头区域矿压理论研究方面

回采工作面端头区域往往是支护难度最大、复杂性最强的区域，再加上巷道掘进对顶板的影响、超前支护的影响，使得顶板被反复支撑，同时由于工作面端头位置会布置输送机机头机尾等设备，还要为这些设备提供足够无支柱空间，以上多重因素使得端头区域顶板支护难度增大很多。

参考文献

[1]陈文全,李纯宝.放顶煤采场顶板结构形式及支架围岩关系[J].煤,2009,18（01）:46-48.

[2]杨淑华，姜福兴.综采放顶煤支架受力与顶板结构的关系探讨[J],岩石力学与工程学报,1999，（3）：2－4．

[3]文志杰，汤建泉，王洪彪.大釆高釆场力学模型及支架工作状态研究[J],煤炭学报,2011，36：42－45．