摘要：众所周知，煤矿综采作业面顶板稳定是地采作业安全的前提,本文笔者以某煤矿1502 综采作业面为研究对象,对顶板岩层运移规律、综采作业面顶板控制进行简要阐述,希望可以确保综采作业面顶板稳定性,提升综采作业效率,为企业带来了更多经济效益。
关键词：综采作业面；顶板；稳定性；
1 综采作业面情况概述
某个煤矿1502 综采作业面的煤厚处于3.1~5.2m之间，平均值为4.9m，构造较为复杂，包含有1~2层厚度的0.1~0.6m的夹矸。老顶、直接顶分别为石英砂岩和砂质泥岩，两者的厚度分别处于2.00~7.43m和6.81~10.85m之间，其平均值分别为2.55m 和8.71m。煤层的方向也发生了相应的转变，由以往的西南转变为南东，其倾斜的角度处于1°~15°，其平均约为5°。为了使综采作业面具备较强的安全性，与原先的经验相结合，空顶距可以设为2.4m。该方案的使用导致综采作业面工作中产生了较多的交替作用，对其效率造成了严重的影响。
2 顶板岩层运移规律分析
为了对煤矿1502 综采作业面回采后顶板稳定性进行有效的针对性分析，运用 UDEC 数值模拟软件对 15#煤层采场力学参数建模分析，从而总结其开采后覆岩运移破坏特性。模型依照 1502 作业面实际条件构建，模型作业长度200 m，自作业进行开挖，边界煤柱留设长度30 m，分别取推进长度为20 m、40 m、60m 和80m 时的顶板垮落情况，构成图1所示的A矿15#煤层顶板回采垮落过程。
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图1 A矿15#煤层顶板回采垮落过程示意图分析图
由图1可知，煤矿1502综采作业面基本顶初次来压步距为40m，周期来压步距为20m。
3 综采作业面顶板控制分析
3.1 顶板岩层结构力学分析
基于A矿1502 综采作业面的实际工况，结合以往生产实践经验，构建作业面顶板结构力学模型。通过对其的分析研究，能够知道综采作业面液压支架作业时所承受的载荷主要由两部分构成，分别是支架上方顶煤重力和顶板岩层垂直变形压力。
3.2 支护参数分析
结合以往井下生产施工实践经验和作业面实际作业条件，对1502 综采作业面支护设备进行选择，其中间液压支架型号为ZF5000/17/32，端头过渡支架型号为ZFG6500/17/32H，整个作业面共布设中间支架97架，布设端头过渡支架 6 架，支架编号自作业面运输顺槽至回风顺槽依次为1#～103#。
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图2 为 1502 作业面布设示意图
3.3 支护强度验算
为了保障1502作业面综采作业的安全持续，针对其所选定作业支架进行强度验算。
3.3.1 作业面合理支护强度计算
作业面合理支护强度 Pt计算公式为：
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式(1)中，Pt为作业面合理支护强度，k N/m2；g 为重力加速度，取 9.8 m/s2；h 为回采高度，取 3.2 m；r 为覆岩容重，取 2 200 kg/m3；k 为支架上部岩层厚度同采高比值，常数，取值 8。将数据代入式(1)可求得作业面合理支护强度 Pt=552 k N/m2。
3.3.2 作业面支架实际支护能力
计算支架作业时实际支护能力最大值计算公式为：
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式(2)中，P为支架承载强度，k N/m2；F为支架作业阻力，kN；L为支架顶梁长度，m；S为支架顶梁宽度，m。结合A矿生产实际，将相关数值代入式(2)中，可计算出支架承载强度P为619kN/m2，明显大于作业面合理支护强度Pt，因此，支架强度符合作业面支护需求。
3.3.3 作业面支架作业阻力分析结合作业面上部顶板岩层失稳情况对支架载荷的影响，计算求得支架所需支护强度q，其计算公式为：q=kq1，(3)
式(3)中，k为作业面基本顶失稳系数，常数，取值1.8；q1为顶板覆岩自重。顶板覆岩自重的计算公式为：q1=h1γ，(4)
式(4)中，h1为顶板覆岩失稳高度，取值7 m；γ为覆岩容重，取值25 k N/m3。通过计算得出作业面支架所需支护强度q，进一步求得作业面支架设计作业阻力P1为：P1=q B(L1+L2+s)，(5)
式(5)中，q为支架支护强度，取值345kN/m2；B为支架支护宽度，取值1.5 m；L1为支架端面距，取值0.34 m；L2为支架顶梁长度，取值4.44 m；s为截深，取值0.6m。将相关数值带入式(5)中，计算求得作业面支架设计作业阻力为 2542kN。基于此，可进一步求得顶板压力Q，具体计算公式为：
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式(6)中，N 为作业面支架数量。同时，根据现阶段 1502 作业面实际所用支架情况（中间支架 97 架，型号为 ZF5000/17/32；端头过渡支架6 架，型号 ZFG6500/17/32），可计算求得 1502 作业面所能承载的支架作业阻力 F，F=(5 000×97+6 500×6)=524 000 kN。通过对比可知，F＞Q，说明 1502 作业面现有的支架能够满足回采推进时的安全需求。
4 矿压观测分析
为进一步检验1502作业面支架布设的合理性，在支架上布设安装型号为 KJ533的在线压力监测装置，对作业面回采推进期间的支架支撑压力变化情况进行监测。基于对支架压力数据的记录分析，选择其中的59#支架回采时的支架阻力变化情况，分析图3可知，1502作业面放顶作业过程中基本顶来压步距介于 18～25m之间，来压持续时间短，整个回采推进过程中支架阻力始终未超过额定阻力，说明作业面生产安全稳定。
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图 3作业面支架支护阻力变化示意图
结束语
综上所述，厚煤层综放开采过程中顶板来压特性相较于常规回采作业有一定的差异，采取适当的措施对综采作业面顶板稳定性开展针对性的控制，确保作业面的生产安全，对于矿井生产持续开展意义重大。因此，矿井管理者必须高度重视相关问题，在生产作业中采取针对性措施，分析厚煤层综放开采矿压显现特性，进而进行针对性的顶板稳定性控制，为生产的安全开展提供坚实保障。
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