孙文瑶

（山东科技大学能源与矿业工程学院，山东 青岛 266510）

我国煤炭资源丰富且分布广泛，但在开采过程中不同地质条件的差异也给开采的安全保障带来了挑战，其中支护设备的重要性不言而喻[1-2]。在保障安全生产的同时，工作面开采效率也是需要考虑的因素之一，液压支架便是关键设备[3-6]。经过学术界众多学者的探索，在支架合理支护强度及支架阻力等方面，有着多种多样的研究方法，诸如：利用理论分析与物理模拟相结合模拟计算[7]的方法，利用顶板垮落规律与动载荷法结合[8]的方法以及利用薄板理论结合现场实测矿压数据[9]的方法等等。以乌兰木矿3105 工作面为例，通过顶板结构模型的方法对支架的支护强度进行分析计算。

1 煤层及工作面概况

乌 兰 木 伦 矿31 煤 层 距22 煤 层26.39～47.26 m， 埋 深129.98～231.25/174.46 m， 煤 层 厚 度0.90～5.17/3.64 m。31405 工作面地面标高1290～1332 m，煤层底板标高1121～1160 m，埋深153～197/175 m，以综采方式开采。31 煤层综合柱状图如图1。

图1 31 煤层综合柱状图

2 工作面顶板运动参数的计算和顶板结构模型

2.1 直接顶运动参数计算

（1）由工作面采高求直接顶厚度

31405 综采工作面采高为4.2 m。根据图1 可知煤层上方的砂质泥岩厚度和细粒砂岩厚度分别为2.82 m 和23.94 m，直接顶厚度计算如式（1）：

式中：h为煤层厚度，4.34 m；MZ为综采采场直接顶厚度，m；η为综采回采率，93.3%；SA为老顶岩层沉降值，0.2 h；KA为膨胀系数，1.25～1.30。

代入上式得MZ=10.60～12.72 m，可知，直接顶厚约为2.5～3 倍的采高。

（2）由顶板岩性结构和力学参数求断裂步距

根据图1 分析煤层上方约30～40 m 的岩性特征。其断裂步距LOZ的推算如下公式。……