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第 27 卷 增 1 岩石力学与工程学报 Vol.27 Supp.1 2008 年 6 月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering June，2008 收稿日期收稿日期2007–04–03；修回日期修回日期2007–05–08 基金项目基金项目国家自然科学基金资助项目50504014 作者简介作者简介方新秋1974–，男，博士，1996 年毕业于中国矿业大学采矿工程专业，现任副教授，主要从事采矿工程方面的教学与研究工作。E-mail xinqiufang 厚表土薄基岩煤层开采覆岩运动规律厚表土薄基岩煤层开采覆岩运动规律 方新秋 1，2，黄汉富1，2，金 桃1，2，柏建彪1，2 1. 中国矿业大学 煤炭资源与安全开采国家重点实验室，江苏 徐州 221008；2. 中国矿业大学 矿业工程学院，江苏 徐州 221008 摘要摘要厚表土薄基岩煤层采用综放开采后基本顶将难于形成稳定结构，发生滑落失稳导致工作面“压架” ，在对薄 基岩定义的基础上，综合采用实验室试验、理论分析、数值模拟和现场实测的方法对薄基岩煤层开采上覆岩层运 动规律进行了研究。研究结果表明，若其他条件不变， “砌体梁”结构的稳定主要取决于基岩厚度和上覆表土层的 力学性质及厚度，具有较大承载力的厚黏土层能与薄基岩组合形成稳定的结构，降低稳定结构所需最小基岩厚度。 由此建立薄基岩工作面结构力学模型，并针对司马矿具体条件分析认为当表土为松散砂土，最小基岩厚度 40 m； 当黏土厚度 40 m，最小基岩厚度 20 m；黏土厚度 30 m，最小基岩厚度 30 m。据此提出首采面可安全开采，在现 场工业性试验中得到成功验证。 关键词关键词采矿工程；薄基岩；基岩结构；黏土；综采放顶煤 中图分类号中图分类号TD 323 文献标识码文献标识码A 文章编号文章编号1000–69152008增 1–2700–07 MOVEMENT RULES OF OVERLYING STRATA AROUND LONGWALL MINING IN THIN BEDROCK WITH THICK SURFACE SOIL FANG Xinqiu1 ，2，HUANG Hanfu1，2，JIN Tao1，2，BAI Jianbiao1，2 1. State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety， China University of Mining and Technology， Xuzhou， Jiangsu 221008， China；2. School of Mining Engineering，China University of Mining and Technology，Xuzhou，Jiangsu 221008，China AbstractStable structure of main roof couldn′t be ed because of sliding instability and crushed support during fully-mechanized mining with top coal caving in thin bedrock and thick surface soil. By defining thin bedrock through “three belts” which are decided by strata control，it is found that “three belts” are closely related to mining height and rock mechanical properties. The overlying strata movement rules are studied by laboratory experiment，theoretical analysis，numerical simulation and in-situ measurement. The result indicates that bedrock thickness and mechanical properties and thickness of surface soil are the key influential elements for the stable structure of “stacked layer of blocks”，while the other conditions remain the same. The thick clay in surface soil that owns large permissible bearing capacity can steady structure with the composition of thin bedrock，so it reduces minimal thickness of bedrock to ensure structure stability. According to the practical condition of the first face in Sima coal mine，the mechanical model of structure which is combined by thick clay and thin bedrock is built. It shows that the immediate roof and top coal can be regarded as “similar zero rigid body” by using plastic and elastic combination body. Through designing the mechanical features of surface soil and change of thickness in bedrock，the rules of the vertical stress，bearing pressure and top coal convergence are simulated and studied，and the minimal bedrock thickness is ensured. The minimal bedrock thickness is about 40 m in loose surface soil condition；when the clay thickness is 40 m，the minimal bedrock thickness is 20 m；and 第 27 卷 增 1 方新秋，等. 厚表土薄基岩煤层开采覆岩运动规律 2701 when the clay thickness is 30 m， the minimal bedrock thickness is 30 m. Through the study， it can be deduced that safety mining is feasible at the first face，and it has been proven successfully in mining experiment. Key wordsmining engineering；thin bedrock；bedrock structure；clay；fully-mechanized mining with top coal caving 1 引引 言言 我国厚表土、薄基岩的煤层储量较大，如神东 煤田，探明储量 2.2361011 t，占全国探明储量的 1/5，神东煤田埋藏浅、基岩薄、上覆厚松散层是煤 层典型的赋存特征。该煤田煤质坚硬、存在坚硬的 基本顶，开采过程中，长壁工作面普遍有台阶下沉 现象，矿压显现剧烈，多次发生压架、溃沙事故， 严重影响了开采的安全性、产量和效益。这说明浅 埋深、薄基岩的条件下，工作面顶板岩层破断运动 具有独特性，在“砌体梁”理论的指导下，一些学 者[1 ～7]对此进行了深入研究，取得了一系列的成果， 完善了采场矿山压力理论，指导了现场生产实践。 但在长治、淮北、永城等矿区都存在着埋深大大 于 200 m、厚表土中含黏土层、顶板岩层较为破碎、 煤层厚度大且煤质松软的薄基岩煤层，开采后覆岩 运动规律将有何变化则少有研究。这关系到采场支 架参数的合理确定和安全生产管理，因而需要研究 工作面回采后覆岩运动规律。在理论分析基础上， 以司马矿首采面具体条件为例，进行了研究。 2 薄基岩的定义薄基岩的定义 关于薄基岩的确切定义， 未见有相关文献研究， 这里采用煤层开采后采空区上方岩层“三带”的形 成与基岩厚度的关系来进行定义 1 当基岩厚度小于冒落带高度时，称为超薄 基岩； 2 当基岩厚度大于冒落带高度而小于裂隙带 高度时，称为薄基岩； 3 当基岩厚度大于裂隙带高度时，则为正常 厚度基岩。 从岩层控制的角度， 假设冒落带高度∑ h 的大小 以填满采空区为准，即 0 0 /1 hMKh hMK ∑ ∑ ⎫ ⎪ ⎬ ∑− ⎪⎭ 1 式中∑h为直接顶厚度，M为采高， 0 K为刚破碎 时碎胀系数。刚破碎时的碎胀系数K0一般取 1.25～1.50，即∑h 2～4 M。 冒落带高度可取相当于采高的2～4倍来估算。 裂隙带一般是指断裂后能够形成平衡结构的基本顶 及其附加岩层，其高度可采用相当于采高的4～8 倍来估算。显然，软弱破碎的岩石应取低倍数，而 坚硬块度大的岩石取高倍数。 因此，薄基岩的定义是与采高、岩层力学性质 等密切相关的。 根据钻孔资料， 司马矿1101首采面 东部切眼附近煤层厚度为6.5 m，基岩厚度为 19.88 m，主要是岩性较弱的砂质泥岩和粉砂岩，基 岩由东部向西部方向逐渐变厚，表土层厚186.21 m， 是典型的厚表土、薄基岩条件。 3 薄基岩结构稳定性分析薄基岩结构稳定性分析 3.1 黏土力学性质分析黏土力学性质分析 根据对表土层中黏土试样的测试[8]，如表1所 示，其渗透性很差，垂直渗透系数都在10 －7 以下， 且不少层段为液性指数IL＜0的坚硬黏土，这种黏 土一般具有较大的容许承载力[9]，成拱性较好，工 程地质条件较好。 表 1 表土层黏土试样物理力学性质 Table 1 Physico-mechanical characters of clay in surface clay 土样 编号 含水 率 / 密度 /gcm －3 塑性 指数 液性 指数 压缩 系数 /MPa －1 压缩 模量 /MPa 黏聚 力 /kPa 内摩 擦角 / 垂直渗 透系数 /10 －8 cms －1 122.21.99 19.20.17 0.12 13.97 87.0 14.28.860 219.12.08 17.50.06 0.09 17.31 102.0 10.836.500 317.52.11 18.6 －0.12 0.09 16.89 93.0 27.17.400 421.72.01 20.3 －0.12 0.07 23.61 183.0 31.11.980 523.12.06 23.7 －0.05 0.06 27.29 0.338 3.2 薄基岩砌体梁结构稳定性分析薄基岩砌体梁结构稳定性分析 1 回转变形失稳 根据砌体梁“S-R”稳定理论[10 ，11]，周期来压 时，顶板不发生回转变形失稳的条件为 2702 岩石力学与工程学报 2008年 1 hh≤ c22 11 0.1531 sinsin 22 g ii σ θθ ρ ⎛⎞ − ⎜⎟ ⎝⎠ 2 式中i h/l为断裂度；sinθ1 [M－∑h kp－1] /l，l 为周期来压步距，kp为碎胀系数，一般取1.3；h为 承载岩层厚度；h1为承载层负载岩层厚度；pg为岩 层容重；σc为承载岩层抗压强度。 按1101面条件进行验算，取M 6.5 m，∑h 11 m，h 9 m，pg 25 kN/m3，σc 45 MPa，l 12 m。代入公式，则临界负载岩层厚度为72 m。 2 滑落失稳分析 不发生滑落失稳的条件为 1 hh≤ 2 c 1 3 tansin 304 g σ ϕθ ρ ⎛⎞ ⎜⎟ ⎝⎠ 3 式中tanϕ为岩块间摩擦因数，一般取0.3。 代入1101面有关参数得临界负载岩层厚度为 6 m。若hhl不满足条件，则破断基岩不能形成稳 定的砌体梁结构，将产生滑落失稳，工作面出现台 阶下沉，将发生压架事故，因而最重要的是防止滑 落失稳。 显然，若表土全为松散砂土，则薄基岩结构必 然发生滑落失稳和回转失稳。当表土中含有多层黏 土时，在有限推进距离内，按M. 普罗托吉雅可诺 夫理论，自然平衡拱高度为 H L/2f 4 式中L为工作面沿推进方向跨度；f为岩石坚固 系数，黏结性较强的黏土层f 1。 故可能形成黏土层自身平衡拱的推进距离L≤ 2hh为黏土层厚度，如h 40 m，则L≤80 m。由 于在有限距离内黏土层能成拱自稳，阻隔了上覆土 层对下部岩层的作用。在临近薄基岩上方表土中存 在较厚黏土层与薄基岩组合时，则相当于增加了基 岩厚度、降低了负载岩层厚度，使薄基岩结构不发 生滑落失稳。 由此，对于1101面，在不降低采高条件下，黏 土层和薄基岩厚度的有效组合是防止砌体梁结构滑 落失稳的关键。以综放面支架–围岩力学模型为基 础[12 ，13]，建立薄基岩结构力学模型如图 1所示，为 采用数值模拟方法研究结构稳定性提供了理论依 据，主要特点为 1 由于基岩较薄，基本顶破断后可能形不成 稳定结构，而上覆黏土层具有一定自承载结构，因 ϕ安息角；α垮落角；Δ浮煤 图 1 综放面薄基岩结构力学模型 Fig.1 Mechanical model for thin bedrock in fully-mechanized top-coal caving face 此基本顶和黏土层有效组合能形成较为稳定的结构。 2 由于煤层属于软煤，支架上方顶煤根据力 学特性采用塑性体表示；直接顶主要为粉砂岩和砂 质泥岩，采用弹性体表示；将塑性体和弹性体组合 即可表达直接顶和顶煤为“似零刚体” 。 3 支架采用弹性–滑移体，可模拟支架的增 阻和恒阻状态，支架为采场矿压控制的主体。 4 底板为弹性体或刚体，如用数值方法分析 力学模型，可将其视为弹性体，如作理论分析，可 将其简化为刚体。根据司马条件，底板下部可能存 在奥灰水，受水压作用，则可视为弹性体。 5 采空区采用黏弹性固体模型即开尔文体， 它由弹性模型和黏滞性模型并联组成，可模拟采空 区矸石的压实过程和力学特性。 4 覆岩运动规律数值模拟分析覆岩运动规律数值模拟分析 根据理论分析和现场实际，采用离散元模拟软 件UDEC建立数值模型如图2所示，整个模型尺寸 300.0 m232.5 m宽高， 模拟煤厚6.5 m， 采高3 m， 放煤高3.5 m，直接顶厚11 m，基本顶厚9 m，基本 顶断裂步距12 m；模拟力学参数如表2，3所示。 根据表土层力学性质及基岩厚度变化设计计算方 案。在模拟过程中布置测点取支承压力和顶煤下沉 量等相关数据进行上覆岩层运动规律的研究，图3 为模拟开采过程中工作面周边垂直应力分布图。 4.1 表土为松散砂土表土为松散砂土 1 工作面前方支承压力分布规律 在表土均为松散砂土时，当基岩厚度为5～ 35 m时，工作面前方岩层支承压力峰值逐渐增加， 峰值区范围扩大见图4；基岩厚度大于30 m时峰 Δ 第 27 卷 增 1 方新秋，等. 厚表土薄基岩煤层开采覆岩运动规律 2703 图 2 数值计算模型 Fig.2 Numerical simulation model 表 2 块体力学参数 Table 2 Mechanical parameters of rock 岩层 体积模量 /GPa 剪切模量 /GPa 密度 /kgm －3 内摩擦 角/ 黏聚力 /MPa 抗拉强度 /MPa 煤层 2.500 1.150 1 380 32 1.600.20 直接顶 2.400 1.640 2 600 35 2.001.20 基本顶 4.000 2.300 2 700 40 14.001.70 砂土层 0.275 0.127 2 000 20 0.020.10 黏土层 0.700 0.350 2 060 25 0.550.16 表 3 接触面力学参数 Table 3 Mechanical parameters of joints 接触面 法向刚度 /GPa 切向刚度 /GPa 黏聚力 /MPa 内摩擦 角/ 抗拉强度 /MPa 煤层 0.8 0.4 0 10 0 直接顶 5.0 4.0 0 15 0 基本顶 11.0 10.0 0 20 0 砂土层 0.6 0.3 0 8 0 黏土层 0.7 0.4 0 12 0 图 3 工作面周边垂直应力分布单位Pa Fig.3 Peripheral vertical stress distribution of working faceunitPa 值点逐渐向工作面前方移动，基岩35 m时峰值最 大，应力集中系数达到1.9；基岩厚度35 m以后， 支承压力峰值稍有下降，但峰值范围扩大，表明基 图 4 工作面前方支承压力分布松散砂土 Fig.4 Bearing pressure distribution in front of the working face under loose sandy soil 岩承载能力加强。 2 顶板下沉量和垂直应力分析 在各计算模型的支架上方顶煤中设置观测点， 测得顶煤下沉量和垂直应力如图5，6所示。 相同条 件下，随着基岩厚度增加，顶煤下沉量减少，基岩 厚度大于40 m，顶煤下沉量趋于稳定。实际上，由 于形成“砌体梁”结构的基岩关键块为直接顶和顶 煤上部边界的受力状态提供了有力的理论基础。因 此，在支架的支撑作用下，顶煤的下沉量取决于基 岩结构的稳定性基本顶形成滑落失稳时则顶煤下 沉量增大；基本顶断裂岩块回转变形稳定时将迫使 顶煤下沉量趋于稳定；显然基岩结构的稳定与基岩 厚度密切相关。顶煤上方垂直应力变化也反映类似 情况。 因而， 认为基岩厚度大于40 m时自身能形成 较为稳定的“砌体梁”结构，处于“给定变形”状 态。 图 5 顶煤下沉量松散砂土 Fig.5 Top-coal convergence under loose sandy soil 图 6 顶煤垂直应力 Fig.6 Top-coal vertical stress under loose sandy soil 800 1 200 1 600 2 000 2 400 5101520 25 30 35 404550 基岩厚度/m 顶煤下沉量/mm 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 5101520 25 30 35 40 4550 基岩厚度/m 顶煤垂直应力 /MPa 底 板 煤层 工作面 直接顶 表土 基本顶 2 6 4 6 4 6 0 2 6 8 6 6 6 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 010 2030 40 50 60 70 80 90 100 110 距煤壁距离/m 工作面前方支承压力/MPa 5 m 10 m 15 m 20 m 25 m 30 m 35 m 40 m 45 m 50 m 2704 岩石力学与工程学报 2008年 4.2 表土层含黏土表土层含黏土 4.2.1 黏土厚度不变，基岩厚度变化 1 黏土厚度为40 m，基岩厚度变化 由图7可知，当黏土厚40 m，随基岩厚度增加， 工作面前方支承压力峰值增加，但增幅平缓，峰值 总体大于松散砂土时，表明黏土层有一定的承载能 力；支承压力峰值点随基岩厚度增加向工作面前方 移动，表明基岩承载能力增加。基岩厚度20 m，工 作面前方支承压力峰值大于10 m基岩，应力集中系 数约为2；基岩厚度30 m，峰值大于10 m基岩，但 稍小于20 m基岩；基岩厚度40 m，峰值接近于30 m 基岩，但峰值点向工作面前方有较大幅度移动。 图 7 工作面前方支承压力分布黏土 40 m Fig.7 Bearing pressure distribution in front of the working face under thickness of clay is 40 m 图8为顶煤下沉量，基岩厚度10 m，支架上方 顶煤下沉量为970 mm，基岩厚度20 m时减小到800 mm；随基岩厚度增加，顶煤下沉量趋于稳定。认为 黏土厚度40 m、基岩厚度20 m以上时能组合形成 较为稳定的“砌体梁”结构。 图 8 顶煤下沉量黏土 40 m Fig.8 Top-coal convergence under thickness of clay is 40 m 2 黏土厚度为30 m，基岩厚度变化 从图9可知，当表土中黏土厚度30 m、基岩厚 度20 m， 工作面前方支承压力应力集中系数为1.6； 基岩厚度30 m，前方支承压力峰值增大，但峰值点 位置向工作面前方移动较小；基岩厚度40 m，支承 压力峰值小于30 m基岩，但大于20 m基岩，峰值 点向前移动幅度较大。 从图10可知，黏土厚度30 m、基岩厚度20 m 时顶煤下沉量850 mm；基岩厚度大于30 m，顶煤 图 9 工作面前方支承压力分布黏土 30 m Fig.9 Bearing pressure distribution in front of the working face when thickness of clay is 30 m 图 10 顶煤下沉量黏土 30 m Fig.10 Top-coal convergence when thickness of clay is 30 m 下沉量趋于稳定。综合分析，认为黏土厚度30 m， 能使结构稳定的最小基岩厚度为30 m。 4.2.2 基岩厚度20 m，黏土厚度变化 由图11可知， 随黏土厚度增加， 工作面前方支 承压力峰值增加，表明基岩与黏土组合后岩层能形 成较稳定结构，承载能力增强；黏土厚度40 m，峰 值有较大幅度增加，黏土厚度继续增加而峰值增长 幅度趋缓。分析认为基岩厚度20 m，保证结构稳定 的最小黏土厚度为40 m，与上述结论一致。 图 11 黏土厚度变化工作面前方支承压力分布曲线 Fig.11 Bearing pressure distribution curves in front of the working face when clay thickness changes 4.3 薄基岩覆岩运动规律薄基岩覆岩运动规律 传统放顶煤工作面覆岩运动规律[14]为当基本 顶厚度越大和岩性越坚硬时，基本顶来压断裂步距 越大、工作面前方支承压力分布范围大，支承压力 峰值点前移，工作面矿压显现更明显。根据模拟， 薄基岩放顶煤工作面主要特点为 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 0 20 40 60 80 100 距煤壁距离/m 支承压力/MPa 10 m 20 m 30 m 40 m 60 70 80 90 100 10 20 30 40 基岩厚度/m 顶煤下沉量 /mm 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 010 2030 4050 60 70 80 90 100 距煤壁距离/m 支承压力/MPa 20 m 30 m 40 m 600 700 800 900 2030 40 基岩厚度/m 顶煤下沉量 /mm 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 01020304050 60 70 80 90100 距离煤壁距离/m 支承压力/MPa 186 m 100 m 80 m 60 m 40 m 20 m 0 m 第 27 卷 增 1 方新秋，等. 厚表土薄基岩煤层开采覆岩运动规律 2705 1 表土为松散砂土假设无自承能力，随基岩 厚度增加，工作面前方支承压力峰值增加，峰值点 前移，峰值区范围扩大；基岩厚度增加，顶板下沉 量减少，基岩厚度大于40 m，顶板下沉量和顶煤垂 直应力趋于稳定。当表土层为松散砂土，基岩自身 形成稳定结构的最小厚度为40 m。 2 黏土厚度40 m，随基岩厚度增加，工作面 前方支承压力峰值增加，增幅平缓，峰值总体大于 松散砂土，表明黏土层有一定的承载能力；支承压 力峰值点向工作面前方移动，表明基岩承载能力增 强。顶煤下沉量从基岩厚度10 m时970 mm减小到 基岩厚度20 m时的800 mm，并随着基岩厚度增加 而趋于稳定。认为黏土厚度40 m、基岩厚度20 m 以上时能组合形成较为稳定的“砌体梁”结构。而 黏土厚度30 m，能使结构稳定的最小基岩厚度为 30 m。 3 基岩厚度20 m，随黏土厚度增加，支承压 力峰值增加，表明基岩与黏土组合后能形成稳定结 构，承载能力增强；黏土厚度40 m，峰值有较大幅 度增加，黏土厚度继续增加则峰值增长幅度趋缓。 分析认为基岩厚度20 m，保证结构稳定的最小黏土 厚度为40 m。 5 现场开采试验研究现场开采试验研究 司马煤矿1101首采面， 采3号煤， 平均厚6.5 m， 煤层倾角0 ～20 ，平均10 。工作面处于666水 平，标高695～780 m，相应地表标高为927～ 994 m。西为采区大巷，南、北均为未采区，东部 为煤层风氧化带。走向长164 m，倾斜长1 400～ 1 420 m，平均1 410 m。总体地势东高西低，呈一 西倾的单斜构造，底板局部起伏不平，地质构造相 对简单。据东部切眼附近的20–2钻孔，煤层上方 表土层厚186.21 m、距基岩附近含有超过40 m的 黏土层， 基岩厚仅19.88 m， 主要为岩性较弱的砂质 泥岩和粉砂岩；而据邻近1102面胶带顺槽西端的 221钻孔，煤层上方表土层厚150.50 m，基岩厚达 80.92 m，说明工作面范围内基岩厚度变化较大，由 西向东有明显的变薄趋势。工作面采用倾向长壁综 放开采，采3 m，放煤3.5 m；基本支架型号ZFS 6200–17/33，共109架。 根据钻孔资料分析1101面薄基岩上方表土中 存在多层黏土，总厚度超过40 m，经分析，认为基 岩厚度20 m，两者能形成稳定结构，只要措施到位， 基岩不会产生滑落失稳和发生压架事故。因而在现 场进行了开采试验，同时进行了矿压观测分析和支 护质量监测。从切眼开始计算，观测期间机巷推进 距为63.8 m，风巷推进距为65.2 m，经历了工作面 初次来压平均来压步距27.7 m和3次周期来压平 均来压步距13.9，11.8，12.8 m，图12为工作面支 架平均工作阻力与推进距关系曲线，8号、45号和 90号支架分别代表工作面上部、中部和下部，从中 可知工作面顶板来压的分布变化状态。 图 12 支架平均工作阻力与推进距关系 Fig.12 Relation of support average working resistance and advance distance 综合分析可知，工作面初次来压显现并不明显， 主要表现在工作面上部和中部部分支架压力升高， 支架下沉，煤壁片帮与顶板冒顶明显增加。第一次 周期来压时工作面推进速度较慢，来压最为强烈， 大部分支架高度降低，工作面上部支架压力明显增 大，片帮冒顶严重。第二和第三次周期来压显现没 有第一次周期来压明显，周期来压步距也不尽相 同，只是表现在支架工作阻力增大和片帮、冒顶严 重，对生产未造成大的影响。 由于顶板较为破碎， 观测期间， 虽出现了冒顶、 片帮及初撑力较低和支架位态不正常等现象，但都 及时采取了治理措施，保证了正常生产。而工作面 并未出现“压架”等顶板事故，验证了理论分析和 数值模拟结果的可靠性，即在表土层中黏土厚度满 足要求时能保证此类薄基岩条件煤层的安全开采。 目前1101和邻近1102工作面已安全采出薄基 岩区煤炭为102.2104 t，创造产值29 638万元，利 税为20 440万元，而全井田薄基岩厚表土层区煤层 面积5 km2，经济和社会效益十分显著。 6 结结 论论 1 利用从岩层控制角度划分的“三带”对薄 基岩进行了定义，其与采高、岩层力学性质等密切 相关。据此判别司马矿1101首采面是典型的厚表 0 2 000 4 000 6 000 1015202530 35 40 45 50 556065 推进距离/m 支架平均工 作阻力/kN 8 号架 45 号架 90 号架 2706 岩石力学与工程学报 2008年 土、薄基岩条件。 2 若黏土具有较大的容许承载力，在有限距 离内能成拱自稳，则在临近薄基岩上方表土中存在 较厚黏土层与薄基岩有效组合时，相当于增加了基 岩厚度、降低了负载岩层厚度，是防止薄基岩“砌 体梁”结构滑落失稳的关键。 据此建立1101面薄基 岩结构力学模型。 3 根据模拟，表土层为无自承能力的松散砂 土时基岩自身形成稳定结构的最小厚度为40 m。 黏 土厚度大于40 m、基岩厚度大于20 m时能组合形 成较为稳定的“砌体梁”结构。黏土厚度30 m，能使 结构稳定的最小基岩厚度为30 m。 4 通过现场开采试验，验证了结论的可靠性， 未出现“压架”事故，保证了司马矿首采面安全开 采，创造了明显的经济和社会效益。 参考文献参考文献References [1] 石平五，侯忠杰. 神府浅埋煤层顶板破断运动规律[J]. 西安矿业学 院学报，1996，163204–207.SHI Pingwu，HOU Zhongjie. 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