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[摘 要]本文通过分析白杨河煤矿41#急倾斜煤层的顶板垮落规律、顶板下沉结构特点与工作面受力分析，得出适合白杨河41#煤层的长壁综放采煤方法，且对相关技术作出了具体要求。
[关键词]急倾斜 放顶煤 顶板 综放开采
中图分类号：TD325 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）25-0250-01
1、矿井简介
白杨河煤矿位于新疆阜康市，可采煤层45、44、43、42、41、39、37、35-36号共8层，煤层间距一般5～32m，煤层倾角46°～57°，可采煤层厚度2～20m，属于急倾斜中厚～特厚近距离煤层群，开采条件复杂，技术难度大[1]。其中，最具开采紧迫性和难度的是7m厚的41#煤层的合理开采方法，属于采矿界亟待攻克的技术难题。煤层群开采的围岩垮落运动规律尚不清楚，难以确定合理的安全开采和接续参数。
2、急倾斜煤层放顶煤开采面临的主要问题
由于顶煤的存在和放煤活动，将引起支架与顶板相互做用的“松动”，进一步降低了“支架-围岩”关系的稳定性，给支架的防滑和稳定性管理等带来更大的挑战。并且这种稳定性的降低将随着倾角的加大而严重。另外，急倾斜煤层条件下顶煤将沿着煤层倾角方向流动，不易放出，容易流入采空区。研究合理的工作面布置方式和放煤技术，提高顶煤放出率，是急倾斜煤层综放开采必须解决的另一项关键技术[2]。
3、41#煤层开采模拟实验
41#煤层浅部火烧，与上部40#煤层间距4.19～11.38m。煤层平均可采厚度7.19m。煤层结构简单，为全区可采的稳定的煤层。顶板以粉、细砂岩为主，底板也为粉、细砂岩。
3.1 顶板垮落规律
由于41#煤层与上部已采的39#煤层间距仅15m，受39#煤层开采的影响，41#煤层工作面顶板运动相对明显。
（1）放顶煤到+730水平，模拟工作面斜长60m，顶板出现整体下沉，39#煤层顶板上部断裂，如图1所示。
（2）模拟工作面斜长70～90m时，上部顶煤垮落，顶板岩层大范围整体弯曲下沉，39#顶板岩层向下移动，上部断裂带增大。从维护支架稳定性角度，41#工作面斜长应大于70m。
（3）工作面推进到+770水平，模拟工作面斜长115m，工作面上端头断裂岩层破碎并向下滚落，工作面上部支架出现不接顶现象，容易出现支架的下滑。在放顶煤过程中要注意上部支架的防倒、防滑工作，且上部岩层出现进一步整体弯曲下沉。最终覆岩垮落带波及39#层顶板，垮落高度为44m，围岩上部垮落角为50°，下部垮落角为70°，如图2所示。
3.2 顶板下沉V型结构及其岩层控制特点
在39#煤层已开采的情况下，41#煤层工作面中上部顶板也有较大位移，顶板主要表现为弯曲下沉，形成“非对称平底型V型”结构，这样更有利于急倾斜放顶煤长壁工作面“顶板-支架-底板”体系的稳定性[3]。
V型结构下部岩梁较长，上部岩梁较短。急倾斜煤层长壁工作面顶板将在中上区活动较剧烈，支架所受到的下滑运动明显，是顶板控制的重点区域。工作面下部支架将承担阻止上部支架下滑的作用[4]。
3.3 顶板垮落高度与合理的工作面长度
39#煤层和41#煤层的顶板垮落高度随工作面长度的关系如图3所示。根据模拟研究，白杨河39#和41#煤层工作面的长度不宜小于90m，不宜超过110m。综合39#和41#煤层的模拟研究，工作面长度确定为100m左右比较合理。
4、工作面受力分析
4.1 工作面支架支柱载荷分布
工作面支架支柱所受的载荷（支架工作阻力）总体上呈现中上部大，两端小的分布形态。这是由于岩层倾角大，超过了冒落矸石的自然安息角，采空区冒落矸石会沿工作面倾斜向下滑滚，工作面下部填满较好，工作面中部部分填满，工作面上部出现了空洞所致。工作面下部被矸石填满后，破碎的矸石对顶板形成了一个支撑，限制和缓解了工作面倾斜方向下部顶板的下沉，顶板的位移量小，所以工作面下部的压力小。工作面上部形成空硐，对顶板没有支撑，顶板的位移量大，所以工作面上部压力大。
4.2 支架间侧向载荷
工作面中上部支架垂直载荷大的区域，支架稳定性好，侧滑力小，一般在150kN以下。工作面中下部垂直载荷小的区域，支架侧滑力较大，一般在400kN左右。
5、结论
（1）顶板已被松动的41#煤层工作面斜长在70m时老顶垮落，工作面斜长继续增大到115m时，工作面上部岩层垮落下滑容易导致支架失稳。综合考虑，白杨河煤矿急倾斜长壁工作面合理的斜长为100m左右。
（2）41#煤层工作面中上部顶板弯曲下沉，形成“非对称平底型V型”结构，有利于“顶板-支架-底板”体系的稳定性。围岩上部垮落角为50°，下部垮落角为70°。
（3）工作面支架载荷与支架侧滑力成反比，工作面中上部支架载荷较大，且在工作面中上部支架载荷大的区域，支架侧滑力小；工作面中下部载荷小的区域，支架侧滑力较大。
参考文献
[1] 杨鹏，蔡嗣经.现代采矿科技论[M].北京：冶金工业出版社，1998.
[2] 伍永平，员东风，张淼丰.大倾角煤层综采基本问题研究[J].煤炭学报，2000，5（25）：465-468
[3] 伍永平.大倾角走向长壁开采“R-S-F”动态稳定性实验[J].西安科技大学学报，2003，2（23）：123-127.
[4] 闫少宏，富强.综放开采放顶煤顶板活动规律研究与应用[M].北京：煤炭工业出版社，2001.
作者简介
高辉（1983-），男，河南信阳人，工程师，现任大黄山煤矿调度室主任工程师，2009年毕业于河南工业大学，硕士学位，主要从事煤矿安全、生产技术实践与研究工作。
[关键词]急倾斜 放顶煤 顶板 综放开采
中图分类号：TD325 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）25-0250-01
1、矿井简介
白杨河煤矿位于新疆阜康市，可采煤层45、44、43、42、41、39、37、35-36号共8层，煤层间距一般5～32m，煤层倾角46°～57°，可采煤层厚度2～20m，属于急倾斜中厚～特厚近距离煤层群，开采条件复杂，技术难度大[1]。其中，最具开采紧迫性和难度的是7m厚的41#煤层的合理开采方法，属于采矿界亟待攻克的技术难题。煤层群开采的围岩垮落运动规律尚不清楚，难以确定合理的安全开采和接续参数。
2、急倾斜煤层放顶煤开采面临的主要问题
由于顶煤的存在和放煤活动，将引起支架与顶板相互做用的“松动”，进一步降低了“支架-围岩”关系的稳定性，给支架的防滑和稳定性管理等带来更大的挑战。并且这种稳定性的降低将随着倾角的加大而严重。另外，急倾斜煤层条件下顶煤将沿着煤层倾角方向流动，不易放出，容易流入采空区。研究合理的工作面布置方式和放煤技术，提高顶煤放出率，是急倾斜煤层综放开采必须解决的另一项关键技术[2]。
3、41#煤层开采模拟实验
41#煤层浅部火烧，与上部40#煤层间距4.19～11.38m。煤层平均可采厚度7.19m。煤层结构简单，为全区可采的稳定的煤层。顶板以粉、细砂岩为主，底板也为粉、细砂岩。
3.1 顶板垮落规律
由于41#煤层与上部已采的39#煤层间距仅15m，受39#煤层开采的影响，41#煤层工作面顶板运动相对明显。
（1）放顶煤到+730水平，模拟工作面斜长60m，顶板出现整体下沉，39#煤层顶板上部断裂，如图1所示。
（2）模拟工作面斜长70～90m时，上部顶煤垮落，顶板岩层大范围整体弯曲下沉，39#顶板岩层向下移动，上部断裂带增大。从维护支架稳定性角度，41#工作面斜长应大于70m。
（3）工作面推进到+770水平，模拟工作面斜长115m，工作面上端头断裂岩层破碎并向下滚落，工作面上部支架出现不接顶现象，容易出现支架的下滑。在放顶煤过程中要注意上部支架的防倒、防滑工作，且上部岩层出现进一步整体弯曲下沉。最终覆岩垮落带波及39#层顶板，垮落高度为44m，围岩上部垮落角为50°，下部垮落角为70°，如图2所示。
3.2 顶板下沉V型结构及其岩层控制特点
在39#煤层已开采的情况下，41#煤层工作面中上部顶板也有较大位移，顶板主要表现为弯曲下沉，形成“非对称平底型V型”结构，这样更有利于急倾斜放顶煤长壁工作面“顶板-支架-底板”体系的稳定性[3]。
V型结构下部岩梁较长，上部岩梁较短。急倾斜煤层长壁工作面顶板将在中上区活动较剧烈，支架所受到的下滑运动明显，是顶板控制的重点区域。工作面下部支架将承担阻止上部支架下滑的作用[4]。
3.3 顶板垮落高度与合理的工作面长度
39#煤层和41#煤层的顶板垮落高度随工作面长度的关系如图3所示。根据模拟研究，白杨河39#和41#煤层工作面的长度不宜小于90m，不宜超过110m。综合39#和41#煤层的模拟研究，工作面长度确定为100m左右比较合理。
4、工作面受力分析
4.1 工作面支架支柱载荷分布
工作面支架支柱所受的载荷（支架工作阻力）总体上呈现中上部大，两端小的分布形态。这是由于岩层倾角大，超过了冒落矸石的自然安息角，采空区冒落矸石会沿工作面倾斜向下滑滚，工作面下部填满较好，工作面中部部分填满，工作面上部出现了空洞所致。工作面下部被矸石填满后，破碎的矸石对顶板形成了一个支撑，限制和缓解了工作面倾斜方向下部顶板的下沉，顶板的位移量小，所以工作面下部的压力小。工作面上部形成空硐，对顶板没有支撑，顶板的位移量大，所以工作面上部压力大。
4.2 支架间侧向载荷
工作面中上部支架垂直载荷大的区域，支架稳定性好，侧滑力小，一般在150kN以下。工作面中下部垂直载荷小的区域，支架侧滑力较大，一般在400kN左右。
5、结论
（1）顶板已被松动的41#煤层工作面斜长在70m时老顶垮落，工作面斜长继续增大到115m时，工作面上部岩层垮落下滑容易导致支架失稳。综合考虑，白杨河煤矿急倾斜长壁工作面合理的斜长为100m左右。
（2）41#煤层工作面中上部顶板弯曲下沉，形成“非对称平底型V型”结构，有利于“顶板-支架-底板”体系的稳定性。围岩上部垮落角为50°，下部垮落角为70°。
（3）工作面支架载荷与支架侧滑力成反比，工作面中上部支架载荷较大，且在工作面中上部支架载荷大的区域，支架侧滑力小；工作面中下部载荷小的区域，支架侧滑力较大。
参考文献
[1] 杨鹏，蔡嗣经.现代采矿科技论[M].北京：冶金工业出版社，1998.
[2] 伍永平，员东风，张淼丰.大倾角煤层综采基本问题研究[J].煤炭学报，2000，5（25）：465-468
[3] 伍永平.大倾角走向长壁开采“R-S-F”动态稳定性实验[J].西安科技大学学报，2003，2（23）：123-127.
[4] 闫少宏，富强.综放开采放顶煤顶板活动规律研究与应用[M].北京：煤炭工业出版社，2001.
作者简介
高辉（1983-），男，河南信阳人，工程师，现任大黄山煤矿调度室主任工程师，2009年毕业于河南工业大学，硕士学位，主要从事煤矿安全、生产技术实践与研究工作。