浅埋煤层大采高顶板结构及其稳定性研究

我国西部陕西、内蒙、宁夏普遍赋存浅埋煤层，随着大采高综采的普及，浅埋煤层大采高工作面顶板控制问题日益突出，支架吨位已经达到1000t/架以上，付出了巨大的支护代价。由于对浅埋煤层大采高工作面顶板结构认识不清，支架选型和顶板控制具有盲目性，大采高顶板结构理论是神东矿区是亟待解决的科学问题。大采高将导致顶板冒落带上升，能够形成铰接结构的关键层层位上移，导致顶板结构形态变异，稳定性下降。课题拟研究浅埋煤层大采高的矿压显现规律，揭示浅埋煤层大采高工作面的顶板关键层结构形态和运动特征，建立大采高工作面顶板结构力学模型，分析顶板结构的稳定性，确定"大采高支架-围岩"关系，为浅埋煤层大采高支架选型设计和顶板支护控制提供科学基础。我国西部神东矿区、神华宁东矿区等大型煤炭基地大采高工作面应用广泛，课题研究具有广阔的应用前景。

我国浅埋煤层大采高工作面应用广泛，大采高将导致顶板冒落带上升，能够形成铰接结构的关键层层位上移，导致顶板结构形态变异，支架稳定性下降。由于对浅埋煤层大采高工作面顶板结构认识不清，支架选型和顶板控制具有盲目性，大采高顶板结构理论是神东矿区是亟待解决的科学问题。课题通过大量实测和实地调查，掌握了浅埋煤层大采高工作面的矿压显现基本规律，发现了直接顶与采高比为确定关键层层位的新指标，为后续理论研究奠定了坚实的基础；通过对4m至7m不同大采高的物理模拟和数值计算，揭示了浅埋煤层大采高工作面的顶板关键层结构形态和运动特征，提出了等效直接顶的概念和分类，建立了基于等效直接顶的大采高工作面顶板结构力学模型；建立了大采高煤壁片帮的柱条模型，揭示了大采高煤壁片帮机理；分析了顶板结构的稳定性，建立了“大采高支架-围岩”关系，提出了支架阻力计算公式，为浅埋煤层大采高支架选型设计和顶板支护控制提供科学基础。