摘要
探究深部大采高工作面矿压显现规律并确定合理采高，对深部大采高工作面的采场管理、煤壁稳定性控制、资源回收率及安全高效生产具有重大意义。本文以新安煤矿3311大采高综采工作面为研究背景，理论探究了该工作面的关键层分布、覆岩垮落步距、三带发育高度，研究分析了大采高工作面围岩-支架耦合关系及片帮机理，数值模拟了不同采高情况下深部开采应力场及位移场的分布规律，确定了该工作面的合理开采高度。现场工业性试验及矿压监测验证了3311大采高工作面矿压显现规律及采高选取的合理性，为工作面的安全高效开采提供了有利保障。主要研究结论如下： （1）通过关键层理论分析、岩层结构分析以及岩样物理力学指标测试，确定了3311大采高综采工作面的低位亚关键层是3煤顶板9.9m厚的中细粒砂岩，并将该层砂岩作为工作面基本顶，直接顶为其下9.5m厚的砂泥岩互层；基本顶初次来压步距为56.97m，周期来压步距为18.99~28.48m之间。通过覆岩三带公式的计算确定了工作面三带高度如下：H1=18.56m，H2=60.2m，H3=539.8m。 （2）对工作面沿推进方向上的基本顶断块建立力学模型，通过分析及相关计算确定了工作面所需的合理额定工作阻力是10505kN/架；通过对煤壁建立力学模型，将其简化为梁结构，研究煤壁在水平方向的最大挠度出现处为采高0.578倍区域，即在煤壁中上部易发生片帮。 （3）数值模拟结果显示深部开采条件下大采高工作面沿推进方向，工作面超前部分出现了应力升高的现象。采高与超前支承应力峰值呈负相关性，与超前支承压力影响范围呈正相关性；随着采高的增加工作面顶板破坏和垮落的高度在变大；当采高超过6.5m时，拉应力最大值及影响高度迅速增加。 （4）数值模拟结果显示采高的增大导致煤壁的变形量增大同时引起破坏范围的扩大，当采高超过6.5m时破坏范围出现激增，超前巷道顶板变形量峰值较大、变形影响范围也增大，不利于超前巷道的支护。 （5）综合3311工作面地质因素、技术因素以及经济效益分析确定工作面合理采高为6.3m，随煤厚合理调整采高，但最大开采高度不可超过6.5m。同时，对工作面“三机”进行了配套选型，MG750/1840-WD型双滚筒采煤机、ZY13000/30/65D型液压支架和SGZ—1000/1400型刮板输送机可以满足工作面安全生产的需求。 （6）3311工作面矿压观测结果显示，工作面基本顶来压步距约为57.3m，周期来压步距为18.9m~20.5m，平均为19.7m，验证了理论计算的准确性；超前支承压力影响范围为58m，剧烈影响范围为28m，峰值平均距离为13.8m，因此超前支护距离要大于30m。 （7）工作面侧向支承压力峰值出现在距离邻近采空区边缘5～6m处；工作面的开采扰动距离煤壁40m之外巷道的两帮位移及顶板下沉量影响很小，开采扰动对距离煤壁30m以内的巷道围岩变形影响较大。
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