急倾斜煤层坚硬顶板塌落规律及控制研究

急倾斜煤层坚硬顶板塌落控制已成为煤矿生产中的难点问题,深入研究急倾斜煤层坚硬顶板塌落规律及控制方法对煤矿安全生产具有重要意义。通过现场勘查及室内试验方法分析煤岩层岩体的力学特性,采用室内相似材料模拟实验方法及离散元数值计算方法研究急倾斜煤层坚硬顶板的塌落规律,分析急倾斜煤层坚硬顶板的突变塌落特征及范围,设计坚硬顶板预裂爆破方案,利用离散元方法对坚硬顶板塌落控制方案进行数值模拟计算,并与实际工程中的应用效果进行对比分析。研究结果表明:坚硬顶板岩层具有明显的弹脆塑性破坏特性,采用弹脆塑性应变软化本构模型计算煤岩层接触面的破坏过程,能够合理反映急倾斜煤岩层顶板的破坏特征;3DEC离散元计算结果与相似材料模拟实验结果基本吻合,急倾斜坚硬顶板在短壁开采条件下沿倾向位移不明显,沿走向不易塌落,易在后方采空区形成跨度75～85m的大面积悬顶,并伴有明显的突变塌落特征;提出利用离散元方法计算超前深孔预裂爆破顶板的数值计算方法,计算结果与现场实际应用效果相符,验证了该方法应用在坚硬顶板控制研究方面的可行性。