煤炭学报

作者：李延军,

关键词：复合坚硬顶板, 强矿压, 砌体梁−悬臂梁结构, 水压预裂, 微震能量,

采动过程中坚硬顶板破断弹性应变能瞬间释放诱发冲击灾害。特别是在蒙陕矿区，随着开采深度增加，煤层上方存在多层坚硬顶板，其复合作用下顶板结构失稳诱冲机理复杂，导致采场冲击灾害难以控制，威胁矿井生产安全。以纳林河二号矿井31104工作面复合坚硬顶板条件下冲击灾害防治为工程背景，采用理论分析、物理相似模拟试验与现场监测相结合的研究方法，构建了复合坚硬顶板断裂力学模型，分析了复合坚硬顶板结构稳定性特征和矿压显现规律，揭示了复合坚硬顶板破断失稳规律及预裂弱化特征。结果表明：复合坚硬顶板工作面开采初期，下位坚硬顶板易形成悬臂梁结构，其周期性破断形成工作面周期来压，平均来压步距21.2 m，上位坚硬顶板受下部垮落矸石支撑作用，易形成砌体梁结构；工作面推进至一次见方位置时，上位砌体梁结构回转失稳协同下位悬臂梁结构切落失稳，上位、下位坚硬顶板协同运动导致转动惯量增大，破断岩块回转能量迅速升高，造成采空区强矿压现象。复合坚硬顶板预裂弱化后，内部形成大量裂隙，下位坚硬顶板能充分、及时垮落，工作面周期来压步距减小，平均来压步距15.2 m，较预裂前减少28.3%，下位坚硬顶板垮落矸石对上位坚硬顶板支撑约束作用减弱，破断岩块回转幅度和能量减小，上位、下位坚硬顶板协同破坏作用得到有效抑制。推进至一次见方位置，复合坚硬顶板预裂后，微震事件总能量和煤体超前应力峰值较预裂前分别降低62.5%和31.5%。现场工程试验表明，复合坚硬顶板预裂后，顶板微震事件总能量、频次和单刀能量分别降低了62.17%、56.32%和71.92%；工作面平均周期来压步距、来压范围、来压前峰值和来压时峰值降幅分别为53.5%、38.03%、8.63%和5.96%，表明定向水压预裂能有效抑制工作面见方位置强矿压现象。研究成果可为复合坚硬顶板冲击灾害防治提供有益借鉴。

来源：2025年第6期

《煤炭学报》期刊编辑部

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