煤炭学报

作者：马英, 柳诗君, 马梓焱, 马端志,

关键词：超大采高, 综放开采, 端部顶煤, 采放比, 采出率,

超大采高综放开采是厚及特厚煤层安全高效开采的有效方法，针对坚硬煤层综放开采端部顶煤冒放性差的难题，以榆神矿区神树畔煤矿7.2 m超大采高综放工作面为研究背景，结合坚硬顶板—厚硬顶煤的地质赋存条件，基于3115超大采高综放工作面矿压显现特征，采用中厚板理论研究了厚硬顶板端部区域变形特征及裂断规律，通过3DEC数值模拟揭示了端部特殊顶板结构下，顶煤体内部应力场–位移场–裂隙场的演化机制，研究了机采采高及大初撑力液压支架对端部顶煤破碎效果的影响。结果表明：① 7.2 m超大空间开采导致上覆坚硬岩层剧烈破断，工作面初次来压强动载效应显著，工作面周期来压具有“大小周期来压、大周期连续性来压”的特点。来压时序表现为工作面中部向两端间次交替传递，来压空间差异性显著，主要集中在20—90号架次范围内，机头机尾区域近40 m无压力显现。② 坚硬顶板破断模式为拉伸–剪切混合破断，顶板厚度越大，端部空间刚度效应愈发显著，端部区域随工作面推进将持续形成大范围稳定的弧三角形悬板结构，该结构失稳裂断滞后性显著，保证了超大采高全工作面放煤的安全性和可靠性，但同时屏蔽了顶板破断失稳的应力传递，导致其下伏工作面区域顶煤表现为冒落块度大、滞后冒落乃至悬顶的非线性演变。③ 通过增大工作面机采高度、应用大初撑力液压支架，可以实现人为主动调控放落区顶煤体结构及其放落特性。当工作面机采高度增大至7.2 m，超前区域端部煤体卸载损伤加剧，端部顶煤结构由“裂隙梁带”演变为“块体带”或“块体带–散体带”。在端部区域支架–围岩结构体系中，支架直接主导顶煤体应力状态的演化路径，并驱动其应力主轴发生偏转。控顶区顶煤经历2次加载–卸载，伴随最大主应力方向发生2次偏转，中层位煤体发生张拉–剪切混合破坏。支架初撑力提升有效驱动顶煤体裂隙上行扩展，促进中上层位煤体解构破裂。④ 超大采高全工作面放顶煤开采成套装备，将坚硬煤层采出率大幅提高至91.21%，平均提升10.71%，单面推采结束预计额外回收60余万t煤炭，首创实现了全工作面放煤的综放开采新模式，攻克解决了弧三角形悬板下伏坚硬顶煤难冒落的难题，为特厚硬煤开采技术发展起到了重要的推动作用。

来源：2026年第4期

《煤炭学报》期刊编辑部

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