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陕北侏罗纪煤田煤层群储量丰富,区内大部分矿井已进入下层煤开采。在极近距离煤层群的下层煤开采中,上层煤开采顶板已经垮落,顶板结构和应力环境发生改变,顶板的来压规律、机理和控制理论有待研究。揭示近距离煤层采空区下开采覆岩垮落规律,确定合理的支护阻力,成为陕北煤层群安全高效开采亟待解决的问题。霍洛湾煤矿2-2上煤层与2-2煤层间距为5～7m,属极近距离煤层开采,本文以2-2煤层22104工作面为研究对象,采用物理相似模拟实验、数值计算和顶板结构理论分析相结合的方法,研究了极近距离下层煤开采的顶板垮落和来压规律,建立了下层煤顶板结构模型,揭示了顶板来压机理,给出了支架阻力计算方法。物理模拟研究表明,下层煤初采阶段初次来压步距为20m,周期来压步距5～7.5m。采用UDEC数值模拟得出,顶板初次来压步距约18m,顶板周期来压步距平均7.5m。工作面超前支承压力峰值位于工作面煤壁前方1Om,峰值影响范围小于40m,且应力峰值小于煤体平均强度15.0MPa,对工作面煤壁稳定性影响不大。在采空区压实阶段,上层煤垮落顶板结构活化,呈现台阶式下沉,动载明显,具有“台阶岩梁”结构特征;工作面来压出现周期性“高压区”和“低压区”,高压区持续长度平均16m,高压区周期步距平均25m。上层煤垮落顶板结构活化是下层煤高压区的主要原因。高压区支架平均载荷7676kN/架,低压区平均载荷5580kN/架,高压区为低压区的1.37倍。煤柱区下支架载荷是高压区载荷的1.07倍。基于“台阶岩梁”理论,建立了极近距离下层煤开采顶板“活化斜台阶岩梁”结构模型,计算得出22104工作面支架工作阻力应大于8634kN/架。结合物理相似模拟实验,类似的石圪台12102工作面的支架选型及工作面矿压实测分析,确定霍洛湾煤矿22104工作面应选用额定工作阻力大于8800kN/架的液压支架,得到矿区采纳应用。