晋煤天安圣华煤业为重组整合后的单独保留矿井,现主要进行残留煤炭资源的复采。通过现场矿压观测,发现圣华煤矿所用的四柱掩护式放顶煤支架在工作过程中,支架前后压力分布极不均匀,前柱压力大,后柱不受力甚至受拉的现象极其普遍,支架低头甚至后柱拔断现象也时有发生。本文针对支架在工作过程中出现的问题,采用相似模拟、数值模拟方法分析了工作面在过空巷过程中采场顶板破断规律;通过力学分析,得出支架顶梁外载合力作用的合理范围;通过建立了工作面过空巷时支架-围岩理论模型,并通过支架-围岩作用机理分析支架失稳原因且计算出支架工作阻力;通过对支架的选型研究,提出了圣华煤业残采工作面合理支架;通过数值模拟研究,分析了新选出的支架对圣华煤业残采条件的适应性。(1)通过对圣华煤矿1301工作面矿压观测发现,四柱掩护式液压支架前后柱的初撑力、工作阻力频次分布均呈现前(柱)高、后(柱)低甚至后柱受拉的特点,由于支架普遍存在的偏载现象,导致整个支架支撑效率极低,无法有效发挥支架支护作用,支架对圣华煤矿地质条件的适应性差。(2)采用相似模拟、数值模拟研究发现,残采条件下支架在过空巷时,当支架和空巷间煤柱达到极限宽度时,在老顶岩层中超前于空巷一定位置的岩层发生断裂,形成超前大断裂并产生关键“岩块”。随着工作面的推进,“岩块”发生回转失稳与滑落失稳,这在很大程度上影响了支架的工作状态。(3)对支架受力分析,四柱掩护式液压支架顶梁外载合力作用范围是有一定要求的,对于前后柱支撑力分别为1P、2P的液压支架,支架合力作用范围,只有外载合力处于该范围内时,支架前后柱均受力,支架才能处于良性工作状态。当支架外载合力不在该范围时,较小的力也会使支架失去平衡。(4)针对支架失稳机理,建立了支架-围岩作用理论模型,分析了支架-围岩作用机理,得出了可能导致支架失稳的三个因素:顶煤破碎和软硬程度、放煤过程及超前大断裂产生的关键“岩块”的回转和滑落失稳。(5)通过建立支架过空巷时的力学模型,确定了合理支架工作阻力,结合圣华煤矿条件,确定了架型及其他参数,最终确定了圣华煤矿宜采用ZFY10200/25/42两柱掩护式放顶煤液压支架。(6)通过数值模拟研究发现,ZFY10200/25/42两柱掩护式放顶煤液压支架能够很好的控制顶板的下沉且支架底板比压也能满足支护要求,该支架能适应圣华煤矿地质条件。