急斜煤层放顶煤开采“跨层拱”结构分析.pdf

第25卷第1期岩石力学与工程学报Vol.25No.1
2006年1月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringJan.，2006

急斜煤层放顶煤开采“跨层拱”结构分析

石平五，张幼振
(西安科技大学能源学院，陕西西安710054)

摘要：急斜煤层水平分段放顶煤开采与缓斜煤层不同，工作面沿煤层厚度的水平线布置，长度短。工作面上方不
是顶板，而是顶煤和残留煤矸。研究结果表明，开采中能够在工作面上方形成与之平行的跨越煤层的“跨层拱”
结构。建立“跨层拱”结构的力学模型，对拱的受力、极限跨长以及拱形的确定等方面进行了分析；同时，对
于“跨层拱”结构的滑落失稳、结构失稳及其对工作面矿山压力显现的影响进行了分析。由建立的力学模型而得
的分析结果与现场实测结果吻合较好，说明可以较大幅度地提高水平分段高度，对急斜煤层短工作面条件下，实
现安全高效开采有着重要意义。
关键词：采矿工程；急斜煤层；放顶煤开采；跨层拱；结构分析；滑落失稳；结构失稳
中图分类号：TD325文献标识码：A文章编号：1000–6915(2006)01–0079–04

STRUCTURALANALYSISOFARCHOFSPANNINGSTRATAOFTOP
COALCAVINGINSTEEPSEAM

SHIPing-wu，ZHANGYou-zhen
(SchoolofEnergyEngineering，Xi′anUniversityofScienceandTechnology，Xi′an，Shaanxi710054，China)

Abstract：Thehorizontalsectiontopcoalcavinginsteepseamisdifferentfromthegentlyinclinedseam.
Followingthehorizonofthecoalseamthickness，theworkingfaceisarrangedwithshortlength.However，noroof
buttopcoalandrockresiduesisfoundabovetheworkingface.Thestudyshowsthatarchstructureofspanning
stratawhichparallelstoitsspanningcoalseam，isformedabovetheworkingfaceinmining.Themechanical
modelofarchofspanningstrataisestablished；andtheinnerforcescalculationofarch，establishmentofmaximal
archspanandarchshapeareanalyzed.Theinstabilityofarchofspanningstratacanbecatalogedassliding
instabilityandstructureinstability.Theinfluenceofinstabilityonstratabehaviorofworkingfaceisanalyzedand
testedbyfieldexperiments.Itshowsthattheanalyticalresultsoftheproposedmechanicalmodelagreewellwith
thoseofin-situtestsmeasurement.Theresultsindicatethattheheightofhorizontalsubsectioncanbeincreased.It
ismuchmeaningfultoeffectivelycontrolstrataandtorealizehighyieldandhighefficiencyformininginthe
conditionofshortworkingfaceinsteepseam.
Keywords：miningengineering；steepseam；topcoalcaving；archofspanningstrata；structuralanalysis；sliding
instability；structuralinstability

段放顶煤，与缓斜煤层长壁开采不同，工作面沿煤
1引言层厚度的水平线布置，其控顶区上方不是直接顶和
基本顶，而是顶煤和上分段开采的残留煤矸[1]。与
目前，我国在急斜特厚煤层中广泛应用水平分缓斜煤层长壁开采基本顶(俗称“老顶”)形成沿走

收稿日期：2004–09–16；修回日期：2004–12–16
基金项目：国家自然科学基金资助项目(50274058