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作者：黄庆享;韦业豪;贺雁鹏;
单位：西安科技大学能源与矿业工程学院;教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室;陕西省岩层控制重点实验室;
摘要：以海湾煤矿3号井2201工作面为工程背景,通过物理相似模拟试验、数值模拟及理论分析,研究了露天边帮下浅埋煤层大采高工作面开采的矿压规律及覆岩垮落规律,建立了“大悬臂梁–高位斜台阶岩梁”结构模型,揭示了露天边帮下初采阶段强矿压机理。研究结果表明:由于边帮的存在,切断了地层的连续性,工作面推进初采阶段覆岩及地表黄土层形成大悬臂梁式破断下沉,破坏了覆岩原来的垮落规律,形成强矿压显现。在工作面推进至160 m时,黄土层超前裂隙发育深度达90 m,工作面推进至178 m时形成“大悬臂梁–高位斜台阶岩梁”结构,支架载荷峰值超50 000 kN/架,形成强矿压。通过建立“大悬臂梁”力学模型,推导了岩块受力平衡方程及支架阻力公式,揭示了“大悬臂梁”结构导致强矿压的机理。提出了消除“大悬臂梁”形成条件的水力压裂层位,采用“水力压裂+支架阻力监测”耦合的数值模拟方法得出了消除“大悬臂梁”结构能够避免强矿压的发生,并得到了工程实践验证,保障了工作面的安全高效开采。研究成果可为浅埋大采高工作面边帮下开采的岩层控制提供理论参考。
关键词：浅埋煤层;;大采高工作面;;边帮下开采;;强矿压;;悬臂梁结构
基金资助：国家自然科学基金资助项目（52074211）
