本文以益门煤矿煤层倾角变化大、煤层厚度变化大等复杂不稳定的工程地质条件为研究背景,综合运用相似材料模拟实验、数值模拟和理论分析等研究方法,对急倾斜特厚煤层水平分段开采的覆岩活动规律及支架选型进行了较深入的研究,为益门煤矿复杂地质条件下特厚煤层水平分段放顶煤开采提供了理论依据。(1)结合益门煤矿的煤层地质条件,采用相似材料模拟实验研究了急倾斜特厚煤层水平分段开采的覆岩活动规律。研究表明:急倾斜特厚煤层水平分段开采初期阶段和后期阶段的覆岩垮落特征完全不同,开采初期覆岩垮落形成压力拱结构,过渡阶段形成悬臂梁结构,开采后期形成铰接岩块结构;同时急倾斜煤层顶板岩层移动存在重力下沉、沿法线向底板移近、沿底板向下滑移等多种情况。(2)考虑到益门煤矿煤层倾角和煤层厚度变化大等复杂不稳定的条件,采用UDEC软件模拟了不同煤层倾角以及不同煤层厚度的覆岩破断规律,并研究了煤层倾角变化和煤层厚度变化对急倾斜特厚煤层水平分段开采覆岩活动规律的影响。研究表明:煤层倾角以及煤层厚度的变化,直接改变了覆岩内部的受力情况和覆岩的破坏特征;覆岩破断的来压周期随倾角的增大而增大,覆岩结构的稳定性随煤层厚度的增大而减弱,同时煤层厚度越大,覆岩裂隙越发育。(3)通过力学分析对急倾斜特厚煤层水平分段开采初期阶段形成的压力拱结构、过渡阶段形成的悬臂梁结构和后期阶段形成的铰接岩块结构的稳定性及失稳方式进行了研究,得出岩块高长比和煤层倾角是结构失稳的主要影响因素,为工作面液压支架工作阻力的合理确定提供了依据。(4)建立了急倾斜特厚煤层水平分段开采支架与围岩的力学模型,分析了工作面液压支架载荷的主要来源,计算得出了工作面液压支架的合理工作阻力,进行了液压支架的合理选型。
