大傾角近距離煤層開采覆巖運移及頂板破壞特征

伍永平 皇甫靖宇 羅生虎 武永強 劉寶恒 劉旺海

摘?要：大傾角近距離煤層采場的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律較大傾角單一煤層長壁采場更為復雜，需進行深入的研究。以2130煤礦4#煤和5#煤近距離大傾角煤層開采為背景，采用物理相似材料模擬實驗、數(shù)值計算、理論分析和現(xiàn)場試驗相結(jié)合的研究方法，系統(tǒng)研究了大傾角近距離煤層采場的覆巖運移及頂板破壞特征。結(jié)果表明，大傾角近距離煤層的連續(xù)開采，影響采場的覆巖垮落規(guī)律、圍巖應力分布、頂?shù)装遄冃纹茐奶卣?近距離煤層兩工作面不同的位置關(guān)系導致下煤層工作面頂板形成不同的力學結(jié)構(gòu)、發(fā)生不同的變形破壞及位移，影響下層煤開采的礦壓顯現(xiàn);25221工作面的基本頂巖梁首先于上端處發(fā)生破斷，并在之后的運移中于中部再次發(fā)生破斷，影響了工作面支架載荷與穩(wěn)定性，使工作面支架呈現(xiàn)出傾斜中部受載較大、下部次之、上部最小和中下部支架受載穩(wěn)定、中上部受載多變的非對稱特征。研究結(jié)果可為大傾角近距離煤層開采提供理論依據(jù)，并為2130煤礦的后續(xù)開采提供參考。關(guān)鍵詞：大傾角煤層;近距離煤層;覆巖運移規(guī)律;頂板破壞特征中圖分類號：TD 325

文獻標志碼：A

文章編號：1672-9315（2020）01-0001-10

DOI：10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2020.0101開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Overburden movement and roof failure characteristics in

steeply dipping and close distance coal seam mining

WU Yong-ping1，2，HUANGFU Jing-yu1，2 ，LUO Sheng-hu1，3，

WU Yong-qiang4，LIU Bao-heng1，2，LIU Wang-hai1，2

（1.Key Laboratory of Western Mine Exploitation and Hazard Prevention，Ministry of Education，Xian University of Science and Technology，Xian 710054，China;2.College of Energy Science and Engineering，Xian University of Science and Technology，Xian 710054，China;3.College ofSciences，Xian University of Science and Technology，Xian 710054，China;4.Shaanxi Yanchang Petroleum Balasu Coal Industry Co.，Ltd.，Yulin 719000，China）

Abstract：The strata behavior regularity in steeply dipping and close distance coal seam is more complicated than that in single long wall coal seam with steeply dipping，which needs to be studied in depth.Based on the geological conditions and characteristics of strata behaviors at No.5 coal seam and No.4 coal seam in 2130 Coal Mine，the overburden movement and roof failure characteristics of the stope with steeply dipping and close distance are investigated by theoretical analysis，numerical simulation，physical analogue material simulation，and field test.The results show that continuous mining of steeply dipping and close distance coal seam will affect the overlying strata migration law，stresses of surrounding rock，the deformation and breakage law of upper and lower floor.And the different positions，between the two working faces lead to different mechanical structure，different deformation，failure and displacement of the roof of the lower coal seam working face，which affects the rock pressure appearance of the lower coal seam mining.The basic roof rock beam of 25221 working face first broke at the upper end，and then did again in the middle during the later migration，which affected the support load and thestability of working face support.Therefore，the support presents asymmetric characteristics of large load in the middle of inclination，followed by the lower part，minimum load in the upper part and stable load in the middle and lower part，and variable load in the middle and upper part.The research results can provide an important theoretical basis for the mining of steeply dipping and close distance coal seam，a reference for the follow-up mining of 2130 coal mine.Key words：steeply dipping seam;close distance coal seam;overburden movement law;roof failure characteristics

0?引?言

大傾角煤層指埋藏傾角為35°～55°的煤層[1]，經(jīng)多年的理論發(fā)展與開采實踐[2-4]，已成功的實現(xiàn)了大傾角煤層走向長壁綜合機械化開采[5]，形成了相對完善的巖層控制基礎(chǔ)理論與機械化開采技術(shù)體系[6-7]。但不同于大傾角單一煤層長壁采場，在大傾角近距離煤層采場中，因多煤層開采，采場覆巖會形成特殊的承載結(jié)構(gòu)，使下煤層工作面頂板變形破壞及垮落規(guī)律更為復雜，礦壓顯現(xiàn)特征也更為多變，導致工作面事故多發(fā)，影響工作面的安全高效開采。因此許多學者對此問題進行了研究，取得了很多成果。如伍永平等發(fā)現(xiàn)大傾角煤層群采場的圍巖應力與運移特征特殊，而上煤層開采擾動，會改變下煤層工作面“R-S-F”系統(tǒng)穩(wěn)定性，影響工作面回采[8];總結(jié)了該類采場頂板非對稱低位梯階關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)的形成及演化特征，發(fā)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)的周期性失穩(wěn)直接影響到下層煤采場覆巖、區(qū)段煤柱及支護系統(tǒng)的穩(wěn)定性[9]。任世廣研究了大傾角煤層群采場圍巖應力、結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)演化及制災機制[10]。楊科、孔祥勇等研究了淮南礦區(qū)大傾角近距離煤層群下行開采過程中支承壓力相互疊加與演化機制，提出工作面礦壓控制對策[11];同時研究了工作面采動底板的破壞機理，得出了各工作面底板破壞過程應力分布規(guī)律、底板最大破壞深度及其位置[12]。魏永前等發(fā)現(xiàn)大傾角近距離煤層群采場圍巖應力分布與變形破壞受兩煤層工作面位置影響，當下煤層工作面布置于上煤層采空區(qū)斜上方時，所受采動影響最小，利于工作面開采[13]。高健華求得了大傾角煤層群綜放采場中各工作面支架載荷的計算公式，并給出了兼顧支架防滑和抗中區(qū)頂壓的額定工作阻力的判據(jù)[14]。趙旭峰研究了大傾角薄煤層群聯(lián)合開采時各區(qū)段采場的合理布置方式，并分析了此開采條件下綜采設(shè)備的適應性和穩(wěn)定性及技術(shù)要求[15]。但對于大傾角近距離煤層采場覆巖運移規(guī)律、頂板承載及變形破壞特征與下煤層工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律間內(nèi)在關(guān)系的認識還有待深入。以新疆焦煤集團艾維爾溝2130煤礦大傾角近距離煤層24221，25221工作面開采為研究背景，綜合運用相似模擬、數(shù)值計算、理論分析等方法，研究了大傾角近距離煤層群開采覆巖運移、結(jié)構(gòu)受載及變形破壞特征、下煤層工作面支架受載特征等問題，以期為大傾角近距離煤層安全高效開采提供理論依據(jù)，并為2130煤礦的后續(xù)開采提供參考。

1?工程概況新疆焦煤集團艾維爾溝2130礦區(qū)井田最高海拔+2 825 m，最低海拔+2 050 m，區(qū)內(nèi)地層傾角為39°～57°，沿走向及傾向無明顯起伏，斷裂構(gòu)造較發(fā)育，但基本不影響主采煤層。開采煤層為下侏羅系八道灣組地層所含的6層煤，其中4#，5#煤層為主采煤層，可采厚度均大于2.0 m（煤層傾角自東向西逐漸增大，由東部采區(qū)21°～47°增大至西部采區(qū)45°～57°），兩煤層相距25 m.故采用走向長壁綜采技術(shù)進行大傾角近距離煤層群下行開采，先開采上層4#煤24221工作面（工作面傾向斜長120 m，采高2.4 m），然后開采下層5#煤25221工作面（工作面傾向斜長106 m，采高4.5 m），兩工作面運輸平巷處于同一水平（如圖1所示）。大傾角近距離煤層頂?shù)装鍘r層物理力學性質(zhì)見表1.

2?采場圍巖變形、破壞和運移規(guī)律基于工程背景，采用數(shù)值軟件FALC3D，建立尺寸為（寬×厚×高）=360 m×300 m×180 m的三維計算模型（模型中采場距各邊界均預留足夠距離，且在模型底部、前后及側(cè)面加約束以限制移動），以研究大傾角近距離煤層群采場及大傾角單煤層采場的應力分布特征（數(shù)值計算模型如圖2所示，實驗中，24221工作面采空區(qū)的模擬采用弱化材料對采空區(qū)重新充填來模擬垮落體，并對上部受開采擾動影響巖層采取弱化方式實現(xiàn)）。

同時，選用可變角相似模擬實驗架（2.15 m×0.2 m×1.8 m）進行物理相似模擬實驗，研究大傾角近距離煤層開采覆巖垮落運移特征。模型選用水、細砂、石灰和大白粉等混合物為相似材料（不同巖性的巖層選取不同的配比）、云母粉為分層材料分層鋪裝;其幾何相似比為1∶100，容重相似常數(shù)1.6，應力相似常數(shù)160，載荷相似常數(shù)1.6×106，時間相似常數(shù)10;模型的回采參考實際工況，通過人工切割實現(xiàn)下行割煤開采（切割速度及兩工作面回采間隔時間均由時間相似常數(shù)確定）;采用高清像機記錄實驗現(xiàn)象，并布點觀測采場覆巖移動規(guī)律。

2.1?圍巖應力分布特征大傾角單一煤層開采中，隨著煤體采出，煤巖體原巖應力平衡狀態(tài)被打破，在采動應力和原巖應力共同作用下，應力重新分布，并在圍巖體中形成了空間宏觀應力拱殼[16]，采場覆巖荷載經(jīng)由空間應力拱殼傳遞至采場四周煤巖體中。故工作面頂、底板巖層中分別形成應力釋放區(qū)，頂板中應力釋放區(qū)呈近似直角三角形，處于工作面中上部;底板中垂直應力沿工作面傾向向下逐漸減小，呈現(xiàn)出明顯的非對稱特征，在運輸平巷處應力達到最小;運輸巷和回風巷附近煤巖體中形成應力集中區(qū)。運輸巷附近煤巖體集中應力峰值大于上側(cè)，如圖3（a）所示。

而在大傾角近距離煤層開采中，因多次開采擾動，圍巖的應力演化十分復雜，如圖3（b）所示。下層5#煤工作面開采完成后，依然于采場兩側(cè)形成應力集中區(qū)，同時兩應力集中區(qū)應力峰值相比于大傾角單一煤層采場中的更大。其中傾斜上側(cè)應力集中區(qū)同樣位于下層5#煤回風平巷附近，但下側(cè)應力集中區(qū)位置并未轉(zhuǎn)移至下層5#煤工作面運輸平巷處，而是始終處于上層4#煤工作面運輸平巷附近煤柱處，這將影響24221工作面與4#煤下區(qū)段工作面間煤柱及下區(qū)段工作面回風平巷的穩(wěn)定性。

同時上層4#煤工作面傾斜上側(cè)回風平巷附近的應力集中區(qū)應力集中程度降低，且移動至4#底板距回風平巷9 m處位置。上層4#煤采場上覆巖層發(fā)生大范圍的應力釋放，但4#煤基本頂處的原有集中的應力釋放區(qū)面積減小。而5#煤工作面底板下部與頂板上、中下部形成應力釋放區(qū)。底板的應力釋放區(qū)形態(tài)與大傾角單一煤層采場中的類似，且因底板受2次開采擾動，其應力釋放區(qū)逐漸向深部巖層發(fā)展延伸，其面積增大;頂板上部的應力釋放區(qū)垂直向上延伸至4#煤回風平巷附近底板，呈近似直角三角形;頂板中下部的應力釋放區(qū)同樣向上方巖層延伸，但并未與4#煤采空區(qū)的應力釋放區(qū)聯(lián)通。

2.2?覆巖垮落運移特征煤層群開采中，24221工作面回采結(jié)束后，覆巖垮落呈現(xiàn)非對稱垮落形態(tài)，上端垮落角為51°，下端垮落角為43°，垮落裂隙高度為57.7 m，落矸石滑移充填傾向下部采出空間，下部頂板未充分變形破壞、運移較小，呈傾向堆砌結(jié)構(gòu)（圖4（a））。而從圖4（c）、（e）可看出，采場頂板位移具有明顯的非對稱特征，云圖輪廓呈非對稱拱形。其中，基本頂?shù)拇笪灰茀^(qū)處位于工作面中上部1/3處（即距上端煤柱40 m處A區(qū)域，最大位移為1.65 m），而越靠近工作面兩平巷垂直位移量越小。4#煤工作面具有大傾角煤層單煤層工作面覆巖垮落運移與分區(qū)域非對稱充填的基本特征[17]。當25221工作面回采后，采場覆巖運移異于大傾角單一煤層工作面。工作面頂板發(fā)生破斷垮落，其上端垮落角為54°，下端垮落角為51°，工作面上端側(cè)垮落線貫通至4#煤采場底板傾斜上側(cè)距回風平巷9 m處位置（與4#煤上側(cè)改變后的應力集中區(qū)位置相同）;下端下層位頂板巖層隨回采破斷垮落，而此位置的基本頂巖梁受上部覆巖的不均勻荷載發(fā)生壓剪破壞破斷，故下端垮落線呈“ㄑ”形（圖4（b）綠圈處），4#，5#煤間的垮落巖體堆砌結(jié)構(gòu)的形態(tài)近似傾斜等腰梯形。而從圖4（d）、（f）可看出，下層5#煤工作面回采后，基本頂位移較為對稱。其中，工作面基本頂中部區(qū)域的位移量最大（距上端煤柱53 m處B區(qū)域，最大位移為3.19 m）;基本頂上部靠近回風平巷處（距上端煤柱8m處）即產(chǎn)生位移，至工作面中部的基本頂位移量曲線呈拱形;工作面中部至下部基本頂位移量均勻減小。故綜合分析堆砌結(jié)構(gòu)位置關(guān)系與頂板巖層位移特征，可發(fā)現(xiàn)25221工作面完全充填區(qū)中心向下偏移至工作面傾向中部，且其范圍擴大。

且垮落貫通4#煤采空區(qū)，上煤層采場圍巖會隨之產(chǎn)生二次運移，其覆巖垮落帶及裂隙帶均向垂直上方發(fā)育，垮落運移范圍擴展，垮落帶高度由15.7 m增長至25.7 m，裂隙帶高度由42 m增長至48 m，上下兩端垮落角變?yōu)?3°，50°，如圖4（b）所示。同時位移量增大，大位移區(qū)向回風平巷頂板處延伸。其中，4#煤基本頂?shù)拇笪灰茀^(qū)與25221工作面基本頂巖梁破斷位置上下對應，向工作面中部移動（移動至上端煤柱45 m處C區(qū)域，最大位移為4.61 m）。

采場的這種圍巖運移會令25221采場巖體傾斜堆砌鉸接結(jié)構(gòu)承受更多的重力，并向下方傳遞擠壓堆砌結(jié)構(gòu)的中、下部（圖4（b）箭頭所示）。其中采場傾斜下部低位巖層受梯形堆砌結(jié)構(gòu)下部的反傾向堆砌結(jié)構(gòu)（圖4（b）黃圈處）的阻擋，結(jié)合近距離煤層開采5#煤工作面中下部基本頂位置應力釋放特征進行分析，故該區(qū)域內(nèi)支架所受荷載應小于中部;但因該區(qū)域的基本頂與支架間傳力的直接頂相對完整，故下部支架穩(wěn)定性高于中上部。而傾向上部的部分充填區(qū)因垮落滑移，巖塊運移空間大，充填作用較差，堆砌結(jié)構(gòu)對頂板巖層的約束作用較弱、較松散，直接頂巖體與支架接觸，故此區(qū)域支架所受荷載應小于下部。

因而相較于大傾角單一煤層工作面，25221工作面會出現(xiàn)工作面傾向中上部完全充填區(qū)范圍擴大，其位置向工作面傾向中點偏移;傾斜中、下部區(qū)域支架穩(wěn)定性較上部區(qū)域更高;傾斜中部區(qū)域支架所受載荷大于下部，下部所受載荷大于上部等現(xiàn)象。

3?頂板變形破壞特征

3.1?下煤層工作面頂板受載及結(jié)構(gòu)特征在大傾角近距離煤層開采中，上部煤層開采完畢后，其采場支承壓力沿傾斜方向由上至下可分為上部支承壓力區(qū)、卸載降壓區(qū)、下部支承壓力區(qū)等3個區(qū)[18]（如圖5所示），符合大傾角單一煤層工作面支承壓力的特征。因兩煤層間距較近，上部采場傾向支承壓力會傳遞至下方底板巖層，對下部煤層頂板的載荷特征及力學結(jié)構(gòu)狀態(tài)產(chǎn)生影響，繼而影響下煤層工作面的頂板變形破壞特征及礦壓顯現(xiàn)。故需考慮近距離煤層上下兩工作面的位置關(guān)系進行系統(tǒng)分析。

結(jié)合上煤層采場上、下部支承壓力區(qū)與下煤層工作面傾向上端頭間、下端頭間的位置關(guān)系進行綜合分析，其中兩工作面傾向上端頭間存在3種情況（如圖6（a）中A，B，C所示）、下端頭間存在2種情況（如圖7（b）中D，E所示），各圖中基本頂巖梁上的綠點即為巖梁結(jié)構(gòu)與圍巖相連接的支座位置。

A即上部煤層上部集中支承壓力等效合力在下煤層基本頂巖梁的作用點位于下煤層回風平巷煤壁垂線（即圖中藍色線）煤壁一側(cè)的情況。此情況時基本頂巖梁上端的力學狀態(tài)如其右圖所示，為簡化計算，設(shè)巖梁受上煤層采場卸載降低區(qū)的等效均布載荷q，結(jié)構(gòu)上端為固定端支座。B即上部煤層上部集中支承壓力的作用點位于下煤層回風平巷煤壁垂線（即圖中藍色線）與投影線（即圖中紅色線）之間的情況?；卷攷r梁上端的力學狀態(tài)如其右圖所示，圖中結(jié)構(gòu)上端支座為嵌套支座，其受力S1為上煤層采場上部支承壓力集中區(qū)等效合力的傾向分力。C即上部煤層上部集中支承壓力的作用點位于下煤層回風平巷煤壁投影線（即圖中紅色線）采空區(qū)一側(cè)的情況。基本頂巖梁上端的力學狀態(tài)如其右圖所示，圖中S2為工作面傾斜上部區(qū)域煤體的載荷S2=γH1sinα，上部支承壓力區(qū)峰值為k1γH1cosα.（H1為基本頂巖梁上端的埋深，k1即上部支承壓力區(qū)峰值的集中系數(shù)）。

D即上部煤層下部集中支承壓力的作用點位于下煤層運輸平巷煤壁垂線（即圖中藍色線）采空區(qū)一側(cè)的情況?；卷攷r梁下端的力學狀態(tài)如其右圖所示，圖中下部支承壓力區(qū)峰值為k2γH2cosα.（H2為基本頂巖梁下端的埋深，k2即下部支承壓力區(qū)峰值的集中系數(shù)）。E即上部煤層下部集中支承壓力的作用點位于下煤層運輸平巷煤壁垂線（即圖中藍色線）煤壁一側(cè)的情況?；卷攷r梁下端的力學狀態(tài)如其右圖所示。

3.2?25221工作面基本頂力學分析4#采場開采前24221工作面已回采完畢，采空區(qū)應力釋放，而采場邊界形成應力集中。25221工作面回采中，直接頂首先發(fā)生破斷，中、上部頂板巖層垮落后滑移充填采空區(qū)下部區(qū)域，形成以基本頂為承載核心的力學結(jié)構(gòu)，如圖8（a）所示。圖中A，B點即為上、下部集中支承壓力等效合力在下煤層基本頂巖梁的作用點。

echanical model of basic roof in 25221 working face

沿走向取單位寬度，25221工作面基本頂巖梁可簡化為上端嵌套、下端固支的超靜定梁，如圖8（b）所示。因上下端煤巖體塑性區(qū)寬度L1和L2遠小于工作面長度LG，故計算中暫不考慮上下區(qū)段煤柱的塑性區(qū)寬度，因而模型中L=LG+H5J·cosα，H5J為5#煤距其基本頂?shù)木嚯x;而4#采空區(qū)（即卸載降低區(qū)）應力值較小且分布變化較為平緩，為理論求解方便，此處假設(shè)區(qū)域?qū)卷數(shù)淖饔幂d荷為均布載荷q;p為中上部直接頂冒落充填矸石對基本頂?shù)妮d荷，其對基本頂?shù)募虞d可設(shè)為三角形載荷[19]，可表示為

p（x）=PAa（a-x）

（1）

a=Lh2γz-0.5cot（α-β）（h1+h2）2

h2+h2+H5J·cosα

（2）

式中?PA為常量;a為直接頂冒落矸石非均勻充填作用區(qū)域的長度;h1為煤層厚度;h2為直接頂厚度;γZ為直接頂碎脹系數(shù);α為煤層傾角;β為直接頂垮落巖石自然安息角。根據(jù)材料力學的縱橫彎曲理論[20]，基本頂巖梁AC段（0≤x

d2wAC（x）dx2

+S1EIwAC（x）

=-q2EI（L-x）2

+FZEI（L-x）+M0EI+

1EI∫ax（ζ）（ζ-x）dζ

（3）基本頂巖梁CB段（a≤x

d2wCB（x）dx2

+S1EIwCB（x）

=-q2EI（L-x）2

+FZEI（L-x）-M0EI

（4）

式中?E為彈性模量;I為慣性矩;FZ，M0為工作面基本頂上部B處的約束力和彎矩;K2=S1/EI.

則基本頂巖梁AC段和CB段的撓曲線方程為

wAC（x）=C1cos（Kx）+C2sin（Kx）+

16aS1K2

[3aK2（PA-q）x2-K2PAx3+（6aqLK2+6P0-6aFZK2-3a2K2PA）x+6aFZLK2-6aPA-6aM0K2+6aq-3aqK2L2+a3K2PA]

wCB（x）=C3cos（Kx）+C4sin（Kx）

+

12S1K2·[qK2x2+2（qLK2-FZK2）x+（2FZLK2+2q-2M0K2-qL2K2）]

（5）根據(jù)AC，CB的受力特征和約束條件，其對應的邊界條件為

wAC（0）=0，wCB（L）=0，wAC（a）=wCB（a），

θAC（0）=0，θCB（L）=0，θAC（a）=θCB（a）

（6）將式（5）代入式（6）進行計算，即可求出積分常數(shù)C1，C2，C3，C4和FZ，M0的表達式

C1

=

{6sin[K（a-L）]-6sin（Ka）+6KLcos[K（a-L）]

+Kcos（KL）[6a-a2K2（a-3L）-6L]+a3K3

-6aK+（6-3a2K2）sin（KL）}PA-

3aqK2L{KL[cos（KL）+1]-2sin（KL）}

6aK3s1[2cos（KL）+KLsin（KL）-2]

sin（KL/2）{3sin（KL/2）{3aqK2L+[2-a2K2

+2cos（KL/2）]PA}+cos（KL/2）{-3aqK2L2

-[6K（L-a）+a2K3（a-3L）]PA+6sin（Ka）}

3aK3S1[2cos（KL）+KLsin（KL）-2]

C3

{6sin（Ka）-6sin[K（a-L）]+6KLcos[K（a-L）]

+Kcos（KL）[6a-a2K2（a-3L）-6L]+a3K3

-6aK+（6-3a2K2）sin（KL）}PA-

3aqK2L{KL[cos（KL）+1]-2sin（KL）}

6aK3s1[2cos（KL）+KLsin（KL）-2]

3aqK2L[2-2cos（KL）-KLsin（KL）]+{3a2K2-6）

[cos（KL）-1]-6cos（KL）+6sin[K（a+L）+

Ksin（KL）[a6-a2K2（a-3L）-6L-6Lcos（Ka）]}PA

6aK3s1[2cos（KL）+KLsin（KL）-2]

sin（KL/2）{3sin（KL/2）{[a2K2+2cos（Ka）-2]PA

-2aqK2L+cos（KL/2）{3aqK2L-[a3K3-6aK+

6sin（Ka）]PA}}

3aK3S1[2cos（KL）+KLsin（KL）-2]

-6aqK[KLcos（KL/2）-2sin（KL/2）]2+{6aK-

a3K3-6LK-6sin（Ka）+3a2K3L+6KLcos（Ka）+

aK（a2K2-6）cos（KL）+6sin[K（a-L）]+

（6-3a2K2）sin（KL）}

6aK3S1[2cos（KL）+KLsin（KL）-2]

結(jié)合實際開采參數(shù)及數(shù)值模擬結(jié)果進行計算，可確定25221工作面基本頂巖梁為最大彎矩位于上端區(qū)域，故當應力大于基本頂巖梁的強度極限時，基本頂結(jié)構(gòu)首先從上端部發(fā)生破壞。同時基本頂巖梁的撓度分布如圖9所示，其最大變形量位于工作面中偏上部距上側(cè)煤壁51 m處，說明巖梁該區(qū)域應產(chǎn)生應力集中且變形損傷發(fā)育程度高、頂板失穩(wěn)破壞后此位置冒落較破碎。

在基本頂上端部發(fā)生初次破壞后，隨覆巖運移，巖梁會于此處再次發(fā)生破斷，因此而形成的基本頂上下2部分呈現(xiàn)出不同的運動狀態(tài)。在工作面上部，因無充填矸石，運移空間較大，頂板垮落充分，基本頂上半部分會發(fā)生傾向回轉(zhuǎn)失穩(wěn)并沿傾向向下滑移，并與圍巖相互碰撞，故該區(qū)域頂板破碎程度較高、體積較小、與支架接觸狀態(tài)復雜多變，礦壓現(xiàn)象明顯，支架穩(wěn)定性較差。而工作面下部，因受直接頂矸石充填影響，基本頂下半部分發(fā)生反傾向回轉(zhuǎn)運移，但其運移空間有限、垮落不充分，破碎巖塊體積較大，與支架接觸較緊密，區(qū)域內(nèi)礦壓顯現(xiàn)不明顯，支架穩(wěn)定性高，之后基本頂上方上煤層采動巖體隨之冒落運移。這與近距離煤層開采數(shù)值模擬所得5#煤頂板應力分布特征、相似模擬實驗所得覆巖垮落特征與基本頂位移特征相吻合。

4?現(xiàn)場試驗情況對25221大傾角工作面礦壓進行3個月的實時觀測，記錄了工作面支架的受載特征。圖10（a）是工作面各支架的循環(huán)初阻力、循環(huán)末阻力，圖10（b）是各支架前柱載荷與后柱載荷差值的絕對值?？梢钥闯觯ぷ髅嬷Ъ茏枇Τ尸F(xiàn)出傾斜中部較大、下部次之、上部最小的特征;支架循環(huán)末載荷較循環(huán)初呈增加趨勢;中部區(qū)域支架工作阻力利用率高（頂板壓力大）、向兩邊延伸逐漸降低，上部區(qū)域支架工作阻力利用率最低。同時，工作面支架受載呈現(xiàn)出非均衡特征，工作面中下部支架前、后柱的受載變化較小、較為穩(wěn)定，而中上部區(qū)域支架前、后柱受載變化較大，支架非均衡受載程度更為劇烈。實測數(shù)據(jù)分析結(jié)果與研究結(jié)果一致。

5?結(jié)?論

1）大傾角近距離煤層開采中，上煤層采場運移符合大傾角單一層煤層工作面運移規(guī)律;而下煤層工作面因受上層煤層工作面的開采擾動，采場的圍巖應力、覆巖運移特征更為復雜。

2）近距離煤層上下兩工作面因布置的位置關(guān)系不同時，下煤層工作面受到上方采空區(qū)擾動影響不同，其頂板力學結(jié)構(gòu)及變形破壞特征不相同，采場礦壓顯現(xiàn)亦不相同。

3）25221工作面基本頂巖梁首先于上端處發(fā)生破斷，并在之后的運移中于中部再次發(fā)生破斷;其采場覆巖運移異于大傾角單一煤層采場;工作面支架受載呈現(xiàn)出傾斜中部較大、下部次之、上部最小的特征，而中下部支架受載較為穩(wěn)定，中上部支架受載多變。

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