大采高工作面煤壁破壞機(jī)理分析及采場圍巖控制研究

　　厚煤層是我國的主采煤層，厚煤層開采技術(shù)在很大程度上決定著我國煤炭資源安全、高效、集約開采的發(fā)展方向，也是國家能源戰(zhàn)略安全的重要保障。其中，厚煤層大采高綜合機(jī)械化開采技術(shù)具有資源回收率高、生產(chǎn)工藝簡單、生產(chǎn)效率高、瓦斯涌出量少等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為我國厚煤層開采的主要技術(shù)手段和發(fā)展方向。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展和裝備水平的不斷提高，大采高綜采技術(shù)在我國發(fā)展迅猛，一次采出厚度不斷增大，工作面單產(chǎn)水平大幅提高，我國的大采高綜采技術(shù)逐漸達(dá)到領(lǐng)先水平。近年來，大采高工作面采高進(jìn)一步增加到了７～８ｍ。隨著大采高工作面一次采出厚度的增加，以及工作面長度和開采深度的不斷加大，工作面上覆巖層的移動范圍和破壞程度也隨之增大，工作面前方支承壓力影響范圍更廣，基本頂來壓更劇烈，采場礦壓顯現(xiàn)更加明顯，頂板作用在煤壁上的壓力和時間也隨之增加，大面積、大深度的煤壁片幫現(xiàn)象也更加普遍。與此同時，工作面煤壁片幫往往伴隨著端面冒頂，造成支架-圍巖關(guān)系惡化，進(jìn)一步加劇煤壁破壞。煤壁片幫和端面冒頂?shù)炔蓤鰢鷰r控制問題嚴(yán)重威脅工作面人員的安全、影響工作面設(shè)備的正常使用、降低工作面產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益。首先，工作面煤壁片幫和端面冒頂對礦工的生命安全構(gòu)成極大的威脅；其次，片落煤體及冒落頂板易導(dǎo)致刮板輸送機(jī)超載，降低采煤機(jī)開機(jī)率，影響液壓支架穩(wěn)定性，從而降低工作面設(shè)備的工作性能和使用壽命，增加設(shè)備維護(hù)的時間和資金投入；最后，煤壁片幫影響采煤工作面的正常推進(jìn)，降低工作面單產(chǎn)水平，片幫治理需要巨額資金投入和時間投入，嚴(yán)重制約大采高工作面的安全、高效、集約開采。因此，研究煤壁破壞機(jī)理，分析大采高綜采工作面煤壁破壞的影響因素，改善支架與圍巖相互作用關(guān)系，對提高大采高工作面煤壁的穩(wěn)定性、實(shí)現(xiàn)礦井的安全高產(chǎn)高效具有重大意義。基于以上實(shí)踐問題及其工程意義，筆者開展了理論分析、數(shù)值模擬、相似模擬、現(xiàn)場實(shí)踐等研究工作，以期從能量法的角度進(jìn)一步豐富煤壁片幫機(jī)理的理論研究，從采場系統(tǒng)剛度理論體系進(jìn)一步完善煤壁片幫影響因素的敏感度分析，從伸縮式兩級液壓缸立柱的活動規(guī)律進(jìn)一步闡述支架與圍巖收斂變形的耦合關(guān)系，從采場圍巖穩(wěn)定性三維模型試驗(yàn)進(jìn)一步揭示“頂板-支架-煤壁”協(xié)調(diào)變形機(jī)制。筆者在王家臣教授的指導(dǎo)下和采礦與巖石開挖實(shí)驗(yàn)室?guī)熜值艿膸椭峦瓿杀局?，將這本著作呈現(xiàn)給讀者，以期讀者能加深對煤壁破壞機(jī)理及支架-圍巖耦合關(guān)系的認(rèn)識，為采場圍巖控制提供有益幫助。

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