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大采高综放技术是特厚煤层高产高效开采的发展方向,然而,由于高强度开采矿压显现强烈,容易引发支架压死和损坏等事故,严重影响工作面安全生产。运用现场实测、相似模拟和理论分析等综合方法,分析了大采高综放采场覆岩结构特征,研究了采场支架围岩关系及其稳定性,得到如下主要研究成果: (1)研究了大采高综放采场覆岩垮落及运动特征,揭示了悬臂梁结构破断块体先回转、后沿与破断块体接触面滑落的运动过程,提出了大采高综放面直接顶定义,以不规则垮落带、规则垮落带碎胀系数和破断岩块塑性铰接特征为依据,给出了直接顶厚度的计算方法,明确了大采高综放采场直接顶结构和稳定结构所在层位。 (2)根据覆岩岩层层序将大采高综放面覆岩结构分为三类:砌体梁结构、悬臂梁—砌体梁组合结构和组合悬臂梁结构。建立了悬臂梁结构块体力学分析模型,提出了结构荷载传递系数,并对其影响因素进行了分析,揭示了结构块体荷载的传递路径,给出了大采高综放采场不同覆岩结构下支架工作阻力的解析式。通过实例揭示了大采高综放采场矿压显现强烈的根本原因是垮落带内形成的悬臂梁结构引起的。 (3)研究了两柱式和四柱式放顶煤液压支架承载特性及影响因素,分析了附加荷载对支架—围岩稳定的重要性,建立了砌体梁结构和悬臂梁结构下双端失稳时支架—围岩稳定性模型,分析了不同结构下端面冒顶和过量放煤对支架稳定性的影响,揭示了过量放煤导致附加荷载调节支架稳定性的能力降低是两柱式放顶煤支架难以适应大采高综放采场的主要原因。 (4)建立了大采高综放采场四柱式支架柱窝损坏和立柱缸体涨缸的力学模型,分析了支架损坏机理。针对过量放煤改变顶板荷载传递路径的现象,建立了过量放煤与顶板荷载前移量关系模型,确定了四柱式支架前后排立柱的合理工作阻力。以酸刺沟矿大采高综放面为例,应用上述理论,提出了针对其覆岩特点的顶板控制措施。