朱鹏程

（晋能控股煤业集团机电管理部，山西 大同 037000）

1 工程概况

晋能控股煤业集团王村矿位于山西省大同市云冈区王村街，生产能力100 万t/a。王村矿8128 工作面走向长2027 m，倾向长150 m，煤层埋藏深度为-707～ -879 m，经鉴定煤层具有发生冲击地压的倾向性。8#煤层平均厚度为5.1 m，靠近F1 断层防水煤柱线附近有9#煤，切眼至8#、9#煤联采分界线长度约700 m，8#、9#煤层平均间距为0.9 m，9#煤煤层平均厚度为4.2 m。

8128 工作面两道采用矩形断面设计，净断面尺寸（宽×高）=4.6 m×3.0 m=13.8 m2，采用锚网（索）支护。8#、9#煤联采区域，顶煤平均厚度6.7～8.9 m，采取锚网索架支护。为了能确保冲击地压危险性区域的支护可靠性和安全性，设计在该危险性区域采用平顶形可缩性支架进行联合支护。

2 平顶形可缩性支架工作原理分析

平顶形可缩性支架顶梁为矿用11#工字钢、棚腿为矿用25U 型钢加工而成，支架的承载能力取决于顶梁的抗弯强度。依据平顶形巷道顶板围岩力学分布规律，假设顶板作用在顶梁上的载荷为均匀分布。

2.1 支架顶梁受力分析

矿用11#工字钢材质为20MnK，主要尺寸参数、力学性能为：h=110 mm，b=90 mm，d=9 mm；重量为26.1 kg/m；弹性模量200～220 GPa；屈服点σ≥355 s/MPa；抗拉强度σ≥510 b/MPa。

支架上的围岩给予的力矩达到极限后，产生的最大拉应力超过材料的抗拉强度，从而导致顶梁变形、破坏而失去承载力。如图1 所示，根据受均布载荷梁的弯曲内力计算公式，梁在X点处的弯矩为：

图1 矿用11#工字钢均布载荷受力分析图

式中：Mmax为工字钢顶梁受到的最大弯矩；q为均布载荷；l为工字钢的净跨长度。

从矿用11#工字钢弯矩受力分析图（图2）可知，在工字钢中点截面上，沿中性轴上侧工字钢受压应力，下侧受拉应力，当所受拉应力大于抗压应力强度时，工字钢下侧变形被破坏。……