1.1工作面位置與煤層賦存情況
工作麵皮帶巷、軌道巷開口於南五2號煤進風軌道下山，專用回風巷開口於12502皮帶巷；12504皮帶巷0～22公尺上部間隔9～11公尺為12506回風聯巷，122～596公尺段在10504採空區下部，二者間距8～13公尺；皮帶巷東南部實體間隔11公尺為12506專用回風巷；軌道巷里程26～31公尺上方間隔6公尺為南五採區回風聯巷；專用回風巷ⅰ段0～120公尺西北部實體間隔24公尺為12502採空區；專用回風巷ⅱ段西北部實體間隔45～26公尺為12106採空區及12102廢切眼。
該工作面所採煤層為石炭二疊系山西組2號煤，屬穩定可採近水平中厚煤層，煤層厚度2.68～3.57公尺，平均厚度3.
26公尺，為1號與2號煤層合併區，結構較複雜，靠上部含一層夾矸，厚度0.07～0.40公尺，平均0.
17公尺，岩性以粉砂質泥岩為主，煤層結構0.29（0.17）2.
80。本區上部02號煤大部分未採，煤厚1.05～1.
30公尺，平均1.10公尺；02號煤與2號煤層間距8～14公尺，平均11公尺。
1.2頂底板情況見表1。
表1 12504綜採工作面頂底板情況
1.3掘進中揭露的斷層
根據掘進資料，工作面巷道共揭露斷層11條，落差在0.4—3.6公尺。斷層情況見表2。
表2 12504綜採工作面揭露斷層情況
2建立結構模型及冒落體力學模型
回採工作改變了煤體的應力狀態，不同位置的圍岩也將處於不同的物性狀態。通常，距離工作面由遠到近圍岩依次處於彈性區、塑性區。破裂區、破碎區、鬆動區。
因煤層力學性質及所處應力場不同，一般來講，回採時工作面煤壁及斷面頂板處於破裂、破碎或鬆動狀態。
工作面冒落大致可分為兩種情況：一是關鍵塊的失穩掉落（如圖1所示）；二是岩層破碎成散體後的冒落（如圖2所示）。
圖1 關鍵塊的失穩掉落
圖2 岩層破碎成散體後的冒落
當端麵頂板破裂成較大塊體時，其力學行為特徵符合塊體力學原理，即端麵頂板岩塊體結構中出現關鍵塊體時，將會發生冒落，冒落高度和範圍與關鍵塊體的形狀及大小以及塊體結構特徵有關（如圖1所示）。而頂板中的水平壓力，煤層內摩擦角的大小以及塊體邊界面與臨空面的空間位置關係等是關鍵塊體能否出現的決定性因素。
當端麵頂板岩層處於破碎狀態時，其力學行為特徵近似於散體介質，即：充分的水平擠壓作用條件下，下部煤體將會因重力的作用而發生冒落直至形成自然冒落平衡拱（如圖2所示）。由散體介質力學原理可知，冒落拱的高度與圍岩性質以及端麵控頂距有關。
工作面煤層斷層、裂隙、節理、褶曲等地質構造發育，多為裂隙結構，可視為塊體結構。據此特點，構建端麵冒落體的「塊體」結構模型（如圖3所示）。其下位直接頂岩層可視為由裂隙分割成的塊體所組成，即只有少部分出露的如圖中a塊，大部分出露的如圖中b塊，完全出露的如圖中c塊。
圖3 冒落體的「塊體」結構模型
3冒頂機理分析及主要結論
根據塊體理論，冒落體中c塊為有限可動塊體。從結構失穩的角度出發，下部煤層開採頂板結構失穩應首先發生在c塊體。當塊體失穩，喪失承載能力，原來由c類塊體所承受的載荷，自然後會轉移到a、b類塊體之上，使原本不可能產生破斷的a、b類塊體，在新的載荷集度下可能產生破斷，進而引起連鎖反應，造成整個結構的失穩，形成嚴重的端麵冒落。
通過對塊體破斷條件進行分析，可以看出，a類塊體破斷時所需載荷較大，通常情況下為較穩定的塊體。b類塊體破斷時所需載荷要小得很多，因此b類塊體在端麵產生破斷的可能性較大。當破斷成c塊體後則會隨著端麵頂板的下沉，自然會轉移到a類塊體之上，使原本不可能產生斷裂的a類塊體，在新的載荷集度下產生破斷，進而引起連鎖反應造成頂板冒落。
12504工作面煤層先後受到斷層構造應力，10504、12106工作面及12102工作面廢棄眼的採動影響，原本緻密堅硬的頂板岩層已變成破碎的鬆散體，其承載能力已經很小甚至喪失承載能力，不再具備承載體的特徵，同時，在控制採場圍岩穩定性方面已基本起不到關鍵作用。而且，由於受所處的位置及生產工藝的限制，難以給其施加圍壓，即無法使其處於三向受壓狀態。因此，當受到相應擾動時將會發生冒落現象。
巷道的開挖以及工作面的回採使圍岩中原有的應力平衡狀態被打破，因此，其中的應力將要進行重新分布，以使圍岩中的應力狀態達到新的平衡。而且，這種應力狀態的變化將要隨著採動影響的不斷加劇而反覆進行。根據圍岩-支架相互關係理論，在特定條件下，承載體和載荷體可以相互轉化，並且，圍岩承載體系的結構體系、承載體系所承受的載荷大小以及承載體系和圍岩的變形及穩定性等方面存在著差異。
因此，進行頂板支護時，不僅要考慮支架的支撐能力這一因素，更要求針對不同圍岩情況支架的初撐力、工作阻力等隨時做出調整，以保證圍岩-支架相互作用體系的穩定性。
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作者簡介：蘇國強(1985-)，男，山西婁煩人，採礦助理工程師，工學學士學位，現在西山煤電股份****馬蘭礦從事煤礦井下技術工作.
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