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晋煤集团多数矿井主要开采山西组9#、15#煤层,属于典型的坚硬顶板条件下开采,面临着矿压规律差别大、支架选型困难、巷道变形严重等难题。本文以凤凰山矿 XV1304坚硬顶板条件下综采工作面生产为背景,对顶板结构及力学特性进行了探测,结合现场实测、理论计算、相似模拟、数值模拟方法对坚硬顶板采场矿压显现规律进行了研究,取得了以下成果: (1)工作面 K2石灰岩属于典型的坚硬顶板岩层,可划分为第4类非常稳定顶板;根据顶板钻孔窥视和岩石力学测试,可将其分为下部厚约1.3m,中部厚约2.6m,上部厚约5.21m的三个分层考虑,各分层强度由下至上逐渐增大,岩层完整性也逐渐提高。 (2)工作面推进过程中,总厚度约为3.9m的下部顶板岩层垮落(1.3m厚的下部分层和2.6m厚的中部分层),表现出直接顶性质;厚度约为5.21m的上部分层缓慢弯曲下沉,且能在煤壁后方形成长约22m的弯曲拱梁平衡结构,对支架产生持续作用力;冒落带高度约为5.9m,其上裂隙带缺失,直接由冒落带过渡至弯曲下沉带。 (3)支架末阻力整体水平偏高,安全阀开启率高,末阻力曲线并未出现明显的周期来压增大现象,呈现出了一字分布形式;顶板条件及覆岩结构是造成支架阻力整体偏高的主要原因。 (4)缓慢弯曲下沉的基本顶岩层能在煤壁后方形成长约22m的弯曲拱梁结构,并随着工作面的推进而前移,对支架产生持续作用力,造成了支架阻力普遍偏高,呈现出了一字分布形式。 (5)对工作面支承压力分布、巷道变形、支架工作性能等进行了分析;对基本顶岩层的弯曲下沉值进行了计算,理论计算结果与现场实测基本保持一致;并对基本顶岩层的弯曲下沉过程、支架受力机理等进行了模拟分析,与现场实测和理论计算形成了对比印证。