綜放工作面礦壓突變機(jī)理及應(yīng)對(duì)措施

李 勇，王卓穎

（1.國(guó)家能源集團(tuán)國(guó)神公司黃玉川煤礦，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 010300；2.河南理工大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院，河南焦作 454000）

我國(guó)煤炭資源儲(chǔ)量豐富，其中大部分井田可采多個(gè)煤層，當(dāng)上煤層開采后將改變煤巖體的初始應(yīng)力場(chǎng)[1-3]，使下煤層處于1 個(gè)復(fù)雜的應(yīng)力環(huán)境中，故下煤層開采時(shí)常會(huì)發(fā)生礦壓突變事故[4-7]。同時(shí)，在特厚煤層綜放開采中，因其一次采出厚度較大，上覆巖層大面積運(yùn)移使其礦壓顯現(xiàn)規(guī)律較為復(fù)雜[8-10]。因此，當(dāng)特厚煤層綜放工作面處于上煤層已采這一復(fù)雜應(yīng)力環(huán)境時(shí)，其覆巖運(yùn)移及礦壓顯現(xiàn)規(guī)律更為復(fù)雜，常出現(xiàn)礦壓突變現(xiàn)象[11]。

目前，國(guó)內(nèi)外大部分針對(duì)煤層群的研究以綜采工作面為主，通過(guò)對(duì)遺留煤柱寬度、層間距、層間關(guān)鍵層的賦存狀態(tài)等因素的研究，為下煤層的安全開采提供理論依據(jù)[12-15]。針對(duì)特厚煤層綜放開采的相關(guān)研究則多以單一煤層為主，在關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、“支架-圍巖”關(guān)系等方面均取得了一定的研究成果，為綜放工作面的頂?shù)装骞芾硖峁┝酥匾睦碚撘罁?jù)[16-19]。

黃玉川煤礦226上02 工作面是典型的上煤層擾動(dòng)下特厚煤層綜放開采，并且開采過(guò)程中受到了斷層的影響。自2022 年1 月以來(lái)工作面推進(jìn)過(guò)程中多次出現(xiàn)礦壓突變現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了工作面的安全高效開采。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)此復(fù)雜條件下的礦壓突變機(jī)理研究較少，難以提供借鑒。為此，以黃玉川煤礦226上02 工作面為研究背景，通過(guò)理論分析、數(shù)值模擬、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)等方法，分析此復(fù)雜環(huán)境下的礦壓突變機(jī)理，并提出應(yīng)對(duì)措施。

1 工程背景

黃玉川煤礦含可采煤層5 層，由上至下分別為4、5、6上、6、9 號(hào)煤層，其中4、6上、6、9 號(hào)煤層為全區(qū)可采的穩(wěn)定煤層，5 號(hào)煤層為局部可采的不穩(wěn)定煤層。本研究的對(duì)象226上02 工作面位于6上煤層，6上煤層為井田中的主采煤層，煤層平均厚度為11.43 m，平均埋深為311.98 m，煤層傾角為5°。

226上02 綜放工作面位于二水平二盤區(qū)，采放比1∶2.27，總采高12.1 m，工作面寬245 m，設(shè)計(jì)總推進(jìn)長(zhǎng)度3 647 m，回采至912 m 附近揭露SF22斷層，走向99°，傾向S9°W，落差2.2 m 左右。226上02綜放工作面上部57 m 為12402 工作面采空區(qū)，12402 工作面位于4 號(hào)煤層，已于2021 年回采完成，兩工作面空間位置關(guān)系如圖1。

圖1 226 上02 綜放工作面位置圖Fig.1 Location diagrams of fully mechanized caving face

226上02 綜放工作面推進(jìn)至1 100 m 左右時(shí)，礦壓顯現(xiàn)劇烈，工作面端頭支架出現(xiàn)壓死情況，運(yùn)輸巷變形嚴(yán)重，并且此異?，F(xiàn)象在后續(xù)開采過(guò)程中多次出現(xiàn)，嚴(yán)重影響了工作面的安全開采。226上02 綜放工作面位于1 個(gè)復(fù)雜的應(yīng)力環(huán)境中，其出現(xiàn)的礦壓突變現(xiàn)象受多因素影響，具體原因有待查明。

2 礦壓突變機(jī)理

2.1 上煤層采動(dòng)影響分析

上部12402 工作面開采后底板（即下煤層頂板）中的原始應(yīng)力發(fā)生變化，底板受支承壓力的作用將發(fā)生膨脹或壓縮，故支承壓力的分布及傳遞規(guī)律決定了底板的破壞程度，即下煤層開采時(shí)頂板的賦存狀態(tài)。作用于煤層底板的支承壓力分布情況如圖2，在煤柱、采空區(qū)、煤壁及開切眼附近均易出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。由于煤柱或煤壁承擔(dān)了采空區(qū)上部未垮落巖層的重量，故煤柱或煤壁處所承受的支承壓力較大，其對(duì)底板的影響程度及范圍也較大。

圖2 煤層底板支承壓力分布示意圖Fig.2 Distribution diagram of bearing pressure of seam floor

依據(jù)彈性力學(xué)可知，作用在半無(wú)限體平面上的分布力p，對(duì)下方任意一點(diǎn)M（x，y）將產(chǎn)生影響。底板任意一點(diǎn)受力情況如圖3。

圖3 底板任意一點(diǎn)受力情況示意圖Fig.3 Stress at any point of the bottom plate

將分布力p 利用微積分疊加，即可求出直角坐標(biāo)系中，支承壓力作用下煤柱下方任意一點(diǎn)M 的各向應(yīng)力表達(dá)式[3]：

式中：σx、σz、τxz分別為水平應(yīng)力、垂直應(yīng)力、剪應(yīng)力；x、y 為M 坐標(biāo)；a 為集中力作用寬度。

由上式可以看出，垂直應(yīng)力σz是影響范圍最大的應(yīng)力，若將底板中σz相等的點(diǎn)連起來(lái)，則形成“卵形”等值線分布，底板垂直應(yīng)力等值線如圖4。

圖4 底板垂直應(yīng)力等值線Fig.4 Vertical stress contour of bottom plate

由圖4 可知，在底板下方3a 處垂直應(yīng)力已遞減至0.2 倍，則一般認(rèn)為支承壓力在底板中的作用深度H1為：

底板在支承壓力作用下將產(chǎn)生塑性破壞區(qū)如圖5。從支承壓力峰位置L 處起，將底板分為應(yīng)力主動(dòng)區(qū)（I 區(qū)）、應(yīng)力傳遞區(qū)（II 區(qū)）、應(yīng)力被動(dòng)區(qū)（III 區(qū)），底板受支承壓力作用后，通過(guò)I 區(qū)逐步傳遞至III區(qū)，達(dá)到極限平衡狀態(tài)。

根據(jù)圖5 所示的幾何關(guān)系可知，極限支承壓力作用下塑性區(qū)破壞深度H2為：

圖5 底板塑性破壞深度示意圖Fig.5 Plastic failure depth of bottom plate

式中：L 為支承壓力峰值距工作面前方距離（即集中力作用寬度）；φ 為底板巖層的內(nèi)摩擦角。

根據(jù)黃玉川12402 工作面具體開采情況可知，煤柱寬度a 為20 m，L=8 m，4 號(hào)煤底板巖層的內(nèi)摩擦角φ 約為33.7°，226上02 工作面位于其下部56 m 處。代入式（2）、式（4）、式（5）可得，12402 工作面底板支承壓力影響范圍H1約為60 m 左右，底板塑性破壞深度H2約為7.47 m 左右，上煤層開采對(duì)226上02 工作面的影響約為5.72 MPa，對(duì)226上02 工作面關(guān)鍵層的影響約為10.53 MPa，即226上02 工作面及其頂板位于12402 工作面開采影響范圍內(nèi)。

2.2 斷層影響力學(xué)效應(yīng)分析

斷層是1 種天然的構(gòu)造形態(tài)，形式多樣規(guī)模不等，主要通過(guò)破壞巖體的連續(xù)性使巖體強(qiáng)度降低。開采過(guò)程中，隨著工作面逐漸接近斷層，斷層處巖體易出現(xiàn)滑移失穩(wěn)現(xiàn)象，斷層傾角、厚度、彈性模量、內(nèi)摩擦角等因素均會(huì)對(duì)工作面的正常推進(jìn)產(chǎn)生影響。

根據(jù)彈塑性力學(xué)，流變失穩(wěn)模型可較好的解釋斷層滑移失穩(wěn)現(xiàn)象。流變失穩(wěn)模型如圖6，模型主要由：彈簧E1與凱爾文體（K1、E2）串聯(lián)，摩擦σf與黏滯K2元件并聯(lián)，以及摩擦元件f 3 部分組成，用以解釋不同應(yīng)力σ 條件下出現(xiàn)的各種失穩(wěn)現(xiàn)象。

圖6 流變失穩(wěn)模型圖Fig.6 Rheological instability model diagram

根據(jù)上述模型圖可得到如下的應(yīng)力應(yīng)變（σ-ε）關(guān)系式：

式中：σ 為應(yīng)力；ε 為應(yīng)變；ε1、ε2分別為彈簧、凱爾文體的應(yīng)變；E1、E2為彈簧1 和彈簧2 的彈性模量；K1為彈性單元1 的剛度。

整理式（6）可得到流變方程：

根據(jù)式（7）可得到應(yīng)力σ（t）隨時(shí)間t 的變化情況：

式中：ε0為初始應(yīng)變；tret為松弛時(shí)間，其值隨時(shí)間的增加而減小。

斷層受開采擾動(dòng)時(shí)，若斷層處支承壓力滿足式（8），則斷層易“活化”，出現(xiàn)滑移失穩(wěn)現(xiàn)象。同時(shí)，斷層失穩(wěn)主要與斷層力學(xué)性質(zhì)、開采深度及工作面推進(jìn)速度有關(guān)。開采深部煤層，或推進(jìn)速度突然加速時(shí)有可能發(fā)生斷層失穩(wěn)，且斷層失穩(wěn)時(shí)多發(fā)生突發(fā)式?jīng)_擊礦壓。

黃玉川226上02 工作面埋深311 m，一直為勻速推進(jìn)，推進(jìn)至1 100 m 之后發(fā)生周期性礦壓突變現(xiàn)象。工作面回采至912 m 處揭露的SF22斷層，斷層落差僅為2.2 m，厚度及傾角均較小，且工作面出現(xiàn)礦壓異常的位置距斷層較遠(yuǎn)。綜合具體情況可知，引起黃玉川226上02 工作面出現(xiàn)周期性礦壓突變現(xiàn)象的主要原因不是SF22斷層。

2.3 下煤層開采覆巖運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析

黃玉川226上02 工作面覆巖結(jié)構(gòu)屬于上煤層已采硬厚單一關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)，即4 煤與6上煤層中間僅有1 層強(qiáng)度和厚度較大的巖層，該巖層為226上02工作面開采前覆巖中唯一完整的關(guān)鍵層。226上02工作面覆巖結(jié)構(gòu)模型如圖7，上煤層采后主關(guān)鍵層已形成較穩(wěn)定的“砌體梁”結(jié)構(gòu)，下煤層開采時(shí)主關(guān)鍵層的穩(wěn)定性對(duì)亞關(guān)鍵層有較大影響，而下煤層采高、亞關(guān)鍵層穩(wěn)定狀態(tài)及破壞形式等因素均會(huì)影響主關(guān)鍵層的穩(wěn)定性。

圖7 226 上02 工作面覆巖結(jié)構(gòu)模型Fig.7 Overlying rock structure model of 226 upper 02 working face

由于226上02 工作面為綜放開采，大采高將使亞關(guān)鍵層破斷巖塊回轉(zhuǎn)量較大，即工作面上部亞關(guān)鍵層將形成“懸臂梁”結(jié)構(gòu)，通過(guò)“穩(wěn)定-失穩(wěn)-再穩(wěn)定”的過(guò)程在工作面形成小周期來(lái)壓。226上02 綜放工作面礦壓突變機(jī)理如圖8，當(dāng)226上02 工作面開采至一定位置時(shí)，隨著亞關(guān)鍵層巖塊的大段垮落，上下煤層塑性區(qū)貫通，上部已穩(wěn)定的主關(guān)鍵層將發(fā)生二次破斷失穩(wěn)，同時(shí)引發(fā)亞關(guān)鍵層發(fā)生斷裂，從而導(dǎo)致下煤層工作面產(chǎn)生礦壓突變。

圖8 226 上02 綜放工作面礦壓突變機(jī)理圖Fig.8 Mechanism diagram of sudden change of ground pressure in 226 upper 02 fully mechanized caving face

綜上所述，226上02 綜放工作面出現(xiàn)礦壓突變現(xiàn)象的原因是：隨著下煤層開采范圍的逐步擴(kuò)大，上煤層采后已穩(wěn)定的采空區(qū)頂板活化，主關(guān)鍵層二次失穩(wěn)，同時(shí)使亞關(guān)鍵層“懸臂梁”結(jié)構(gòu)發(fā)生破斷失穩(wěn)，覆巖大范圍的臺(tái)階式下沉導(dǎo)致226上02 綜放工作面出現(xiàn)礦壓突變，并且此情況將周期性的出現(xiàn)，直至工作面上部不再具有采空區(qū)。

3 數(shù)值模擬

3.1 數(shù)值模擬模型

選用FLAC3D進(jìn)行數(shù)值模擬研究，模型如圖9，煤巖層的相關(guān)物理力學(xué)參數(shù)見表1。模型選用Mohr-Coulom 本構(gòu)模型，尺寸為400 m×300 m×110 m，即沿x 軸布置傾向400 m，沿y 軸布置走向300 m，模型高度110 m，開采長(zhǎng)度為200 m。模型上部還有169.84 m 厚的巖層，按25 kPa/m 的應(yīng)力梯度計(jì)算，在模型頂部施加4.2 MPa 的應(yīng)力邊界條件，其余各面均采用固定位移約束。

表1 煤巖層物理力學(xué)參數(shù)Table 1 Physical and mechanical parameters of coal strata

圖9 數(shù)值模擬模型圖Fig.9 Model diagram of numerical simulation

3.2 礦壓突變機(jī)理數(shù)值模擬

上煤層采后煤壁、遺留煤柱、采空區(qū)等地形成了多個(gè)單元應(yīng)力場(chǎng)，使226上02 工作面開采過(guò)程中不斷受到上部殘留應(yīng)力場(chǎng)的影響。在模型尺寸、巖石力學(xué)參數(shù)、邊界條件等因素均一致的情況下，通過(guò)數(shù)值模擬分別對(duì)單一煤層開采（只采226上02 工作面）和多煤層開采（上部12402 工作面已采）時(shí)的覆巖位移、應(yīng)力變化情況進(jìn)行對(duì)比分析。

226上02 工作面傾向垂直應(yīng)力分布對(duì)比如圖10，226上02 工作面塑性區(qū)分布如圖11，226上02 工作面走向垂直應(yīng)力分布對(duì)比如圖12。

圖10 226 上02 工作面傾向垂直應(yīng)力分布對(duì)比圖Fig.10 Comparison diagrams of inclined vertical stress distribution of 226 upper 02 working face

圖11 226 上02 工作面塑性區(qū)分布圖Fig.11 Distribution of plastic zone of 226 upper 02 working face

圖12 226 上02 工作面走向垂直應(yīng)力分布對(duì)比圖Fig.12 Comparison diagrams of vertical stress distribution along the strike of 226 upper 02 working face

由圖10 可知：226上02 工作面兩側(cè)煤壁附近出現(xiàn)了明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象，相較于單一煤層開采，多煤層開采使下部工作面煤壁處出現(xiàn)了應(yīng)力疊加現(xiàn)象。226上02 工作面左側(cè)煤壁與上煤層煤壁處的應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生疊加，而右側(cè)煤壁由于位于12402 工作面采空區(qū)下方，故與上煤層采空區(qū)及煤壁處的應(yīng)力場(chǎng)產(chǎn)生三重應(yīng)力疊加現(xiàn)象，這導(dǎo)致226上02 工作面右側(cè)煤壁的應(yīng)力峰值大于左側(cè)煤壁，與開采現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的異常礦壓顯現(xiàn)現(xiàn)象相一致。

由圖11 可知，隨著下部工作面的推進(jìn)，226上02工作面頂板塑性區(qū)將逐步擴(kuò)大，并與上煤層采后的塑性區(qū)貫通，即下煤層開采將使上部采空區(qū)頂板活化、二次失穩(wěn)，與開采現(xiàn)場(chǎng)及理論分析結(jié)果一致。

由圖12 可知：隨著下煤層工作面的不斷推進(jìn)，逐步受到上煤層采空區(qū)、煤壁處應(yīng)力場(chǎng)的影響。226上02 工作面推進(jìn)至75 m 左右時(shí)將受到上部采空區(qū)的影響，推進(jìn)至125 m 左右時(shí)將受到上部采空區(qū)與煤壁的雙重影響，推進(jìn)至150 m 左右時(shí)將受到上部工作面煤壁的影響?，F(xiàn)場(chǎng)初采時(shí)未出現(xiàn)異常礦壓顯現(xiàn)，開采至一定距離后出現(xiàn)周期性的礦壓異?，F(xiàn)象，即數(shù)值模擬結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)情況一致。

3.3 礦壓突變應(yīng)對(duì)方案數(shù)值模擬

通過(guò)上述分析可知，226上02 工作面礦壓突變主要原因是：大采高開采使覆巖運(yùn)動(dòng)劇烈，導(dǎo)致上部采空區(qū)及主關(guān)鍵層發(fā)生二次失穩(wěn)。據(jù)研究，隨著采高的減小，在大采高條件下的部分直接頂將轉(zhuǎn)化為能形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的基本頂巖層，從而增加覆巖的穩(wěn)定性，以避免工作面出現(xiàn)的礦壓突變現(xiàn)象。

目前黃玉川226上02 工作面采用綜放開采，割煤高度為3.7 m，放煤厚度為8.4 m，采放比1∶2.27，總采高12.1 m，擬通過(guò)改變采高的方法來(lái)減小工作面出現(xiàn)的礦壓突變現(xiàn)象。為了確定最佳采高范圍，在模型尺寸、上煤層已采等因素均一致的情況下，制定如下模擬方案。

1）采放比1∶2，割3.7 m 放7.4 m，總采高為11.1 m。

2）采放比1∶1，割3.7 m 放3.7 m，總采高7.4 m。

3）只割不放，即總采高為3.7 m。

為了對(duì)比分析226上02 工作面開采不同高度時(shí)覆巖的位移及應(yīng)力變化情況，在距開切眼62.5 m 的位置布置4 個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)距6上煤層的垂直距離分別為10、20、30、40 m，監(jiān)測(cè)不同方案開采過(guò)程中覆巖的位移及應(yīng)力變化情況。不同開采方案覆巖位移及應(yīng)力對(duì)比如圖13 和圖14。

圖13 不同開采方案覆巖位移對(duì)比圖Fig.13 Comparison diagrams of overburden displacement of different mining schemes

由圖13 和圖14 可知：隨著工作面的推進(jìn)，覆巖位移量逐漸增大，并且推進(jìn)80～100 m 之后增幅加大，應(yīng)力呈現(xiàn)先增大后減小并逐漸穩(wěn)定的趨勢(shì)，測(cè)點(diǎn)1～測(cè)點(diǎn)4 的變化趨勢(shì)一致。對(duì)比3 個(gè)方案可知，覆巖位移及應(yīng)力均隨采放比的增大而增加，且采放比高于1∶1 時(shí)，位移及應(yīng)力隨采放比變化而增加的幅度變大。由此可知，綜放工作面采放比大于1∶1 時(shí)對(duì)覆巖穩(wěn)定性的影響較大，易出現(xiàn)礦壓突變現(xiàn)象。

圖14 不同開采方案覆巖應(yīng)力對(duì)比圖Fig.14 Comparison diagrams of overburden stress of different mining schemes

4 應(yīng)對(duì)措施及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

4.1 礦壓突變應(yīng)對(duì)措施

黃玉川226上02 工作面礦壓突變是多因素綜合影響的結(jié)果，預(yù)防此類事故可從降低頂板載荷和增加支架工作阻力2 方面入手，結(jié)合理論分析、數(shù)值模擬及現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)情況，提出以下3 點(diǎn)防治對(duì)策：

1）提高支架工作阻力：大幅提高支架額定工作阻力能有效防止工作面動(dòng)載礦壓顯現(xiàn)。根據(jù)放頂煤支架合理支護(hù)強(qiáng)度計(jì)算公式可得，226上02 工作面支架合理支護(hù)強(qiáng)度為15 466 kN；同時(shí)，結(jié)合實(shí)際情況可知，黃玉川煤礦226上02 工作面處于1 個(gè)復(fù)雜的應(yīng)力環(huán)境中，在考慮放頂煤開采的基礎(chǔ)上，還應(yīng)考慮其上覆已采煤層及斷層的影響，故其實(shí)際支架工作阻力應(yīng)遠(yuǎn)大于理論計(jì)算的15 466 kN。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)情況及富裕系數(shù)，建議黃玉川226上02 工作面支架工作阻力為21 000 kN。

式中：F 為支架的工作阻力，kN；qz為支架的動(dòng)載支護(hù)強(qiáng)度，計(jì)算得1 033.83 kN/m2；Lk為梁端距，取0.548 m；LD為頂梁長(zhǎng)度，取5.6 m；B 為支架中心距，取1.9 m；ηS為支架的支護(hù)效率，75%。

2）改變采高。降低采高將增加覆巖的穩(wěn)定性，可有效避免工作面出現(xiàn)的礦壓突變現(xiàn)象。根據(jù)理論分析及數(shù)值模擬結(jié)果可知，黃玉川煤礦226上02 工作面采放比控制在1∶1 左右最為適宜，具體放煤量應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況做適當(dāng)調(diào)整，以確保能安全生產(chǎn)。

3）加強(qiáng)工作面礦壓監(jiān)測(cè)、設(shè)備檢修及支護(hù)質(zhì)量管理：通過(guò)詳細(xì)的周期來(lái)壓分析，動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)來(lái)壓位置，及時(shí)制定應(yīng)對(duì)措施；定期對(duì)乳化液泵站等設(shè)備進(jìn)行檢修，防止因泵站設(shè)備損壞造成支架初撐力不足；加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)支護(hù)質(zhì)量管理，及時(shí)對(duì)破損網(wǎng)片及鼓幫區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)掛鐵絲網(wǎng)進(jìn)行防護(hù)，確保安全生產(chǎn)。

4.2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

為驗(yàn)證改變采高是否能有效控制礦壓突變現(xiàn)象的發(fā)生，結(jié)合數(shù)值模擬及現(xiàn)場(chǎng)開采情況，最終在226上02 綜放工作面現(xiàn)場(chǎng)控制采放比為1∶1。同時(shí)，來(lái)壓期間機(jī)頭10 架不放煤，以減弱機(jī)頭段來(lái)壓，并對(duì)工作面推進(jìn)自1 417 m 至1 469 m（共推進(jìn)52 m）時(shí)的來(lái)壓情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

226上02 綜放工作面共布置液壓支架141 臺(tái)，其中中間架134 臺(tái)，機(jī)頭排頭支架3 臺(tái)，機(jī)尾排頭支架4 臺(tái)，運(yùn)輸巷采用單體液壓支柱配合超前支架支護(hù)。將工作面劃分為7 個(gè)測(cè)區(qū)（20 臺(tái)/測(cè)區(qū)），每個(gè)測(cè)區(qū)測(cè)定3 臺(tái)液壓支架的工作阻力，后計(jì)算平均值進(jìn)行分析。同時(shí)，利用頂板離層儀對(duì)運(yùn)輸巷頂?shù)装逡平窟M(jìn)行觀測(cè)，分析運(yùn)輸巷來(lái)壓情況。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況如圖15。

圖15 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況Fig.15 Field application

由圖15（a）可知：改變采放比后，工作面來(lái)壓布局及強(qiáng)度明顯減小，對(duì)生產(chǎn)的影響有所減弱。來(lái)壓期間，1 號(hào)～137 號(hào)支架來(lái)壓劇烈程度較以往明顯降低，基本維持在15 000～18 000 kN 之間，安全閥分段開啟，再未出現(xiàn)支架壓死情況，符合液壓支架的使用規(guī)程。

由圖15（b）可知：改變采高后，運(yùn)輸巷礦壓顯現(xiàn)不劇烈，巷道頂?shù)装逡平渴懿蓜?dòng)影響較小，頂板移近量在10 mm 以內(nèi)，頂幫網(wǎng)片無(wú)破損，錨索托盤未出現(xiàn)崩裂、損壞等情況。由此可見，控制采高可有效預(yù)防礦壓突變現(xiàn)象的發(fā)生。

5 結(jié) 語(yǔ)

1）基于彈塑性力學(xué)中的流變失穩(wěn)模型分析斷層對(duì)工作面的影響，結(jié)合理論分析及現(xiàn)場(chǎng)開采情況可知，SF22斷層在226上02 綜放工作面推進(jìn)過(guò)程中基本不會(huì)出現(xiàn)滑移失穩(wěn)，即斷層不是引發(fā)工作面礦壓突變的主要原因。

2）上煤層采后煤壁、遺留煤柱、采空區(qū)等地形成了多個(gè)單元應(yīng)力場(chǎng)，226上02 工作面位于上煤層采后應(yīng)力影響區(qū)內(nèi)，開采后兩側(cè)煤壁附近出現(xiàn)了明顯的應(yīng)力疊加現(xiàn)象，且右側(cè)煤壁處產(chǎn)生了三重應(yīng)力疊加現(xiàn)象。

3）大采高開采使226上02 工作面覆巖運(yùn)動(dòng)劇烈，且隨著開采范圍的逐步擴(kuò)大，上煤層采后已穩(wěn)定的采空區(qū)頂板活化，主關(guān)鍵層二次失穩(wěn)同時(shí)使亞關(guān)鍵層“懸臂梁”結(jié)構(gòu)發(fā)生破斷失穩(wěn)，覆巖大范圍的臺(tái)階式下沉導(dǎo)致226上02 綜放工作面出現(xiàn)礦壓突變。

4）利用FLAC3D對(duì)綜放工作面合理采高進(jìn)行研究，確定最佳采放比為1∶1 左右，同時(shí)來(lái)壓期間機(jī)頭10 架不放煤，以減弱機(jī)頭段來(lái)壓。在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后表明，降低采高后支架來(lái)壓劇烈程度明顯降低，有效控制了礦壓突變現(xiàn)象的發(fā)生。