大倾角煤层长壁工作面开采过程中,存在支架受载不均匀且易发生倾倒下滑、煤壁片帮与飞矸频发等岩层控制难题,长壁伪俯斜综合机械化开采方法是解决上述难题的有效途径,研究大倾角长壁伪俯斜“支架-围岩”相互作用机理,不仅对该类工作面的支架选型具有重要指导意义,也丰富了大倾角煤层长壁开采理论。本文以绿水洞煤矿地质和开采技术条件为工程背景,采用物理相似模拟实验、数值模拟、现场实测等研究手段,对大倾角长壁伪俯斜工作面围岩应力、位移演化特征,支架-围岩相互作用特征等进行了系统研究,主要结论如下:(1)大倾角长壁伪俯斜工作面来压具有分区性和时序性。工作面中部先来压,上部次之,下部最后来压;来压的持续时间表现为下部最长,上部次之,中部最短,且中上部区域的矿压显现大于下部区域。工作面顶板垮落具有时序性,矸石对于工作面下部的充填是一个动态的过程,可分为四个阶段:①分区域不均匀充填;②上部区域矸石下滑;③中、上部垮落矸石将第二阶段的未充填区域充填;④采空区距支架较远的区域,矸石充填的上边界沿走向呈直线状。(2)工作面不同区域破断顶板对支架的作用形式及程度不同,倾斜中部垮落矸石对支架的作用为“砸、压、推”,倾斜下部主要为作用在支架后方一侧的推力,上部最弱。工作面中部顶板对支架作用差异明显:直接顶作用时间短、强度小、频率高;基本顶则时间长、强度大、频率低。(3)支架的支撑作用抑制了顶板运移,对工作面倾斜中下部区域作用最为明显,底板的变形、破坏、滑移造成支架底座运动出现区域差异性,支架易前倾失稳;支架对煤壁控制效果表现为倾斜下部区域>中部区域>上部区域,煤壁对支架稳定性影响较明显,其中护帮板受煤壁变形影响运动速度最大。(4)在工作面倾斜中部区域,支架立柱应力最大,下部区域的支架底座应力最大,上部区域支架其他部位应力增加明显,呈现出上部区域>中部区域>下部区域;工作面立柱与支架其他部位的位移具有分区特征,立柱位移量呈现中部区域>上部区域>下部区域,支架其他部分呈现支架上部区域>中部区域>下部区域,工作面中上部区域围岩相对活跃,极易导致支架发生失稳。(5)支架倾向呈阶梯状布置易导致架间非对称的相互作用,主要位于顶梁侧向中上部与底部侧推装置上,且具有明显的分区特征,下部区域底部侧推装置上形成应力集中与最大位移;中部区域架间应力集中和最大位移区域易发生转移,极易导致支架的侧向倾倒和摆尾;中上部区域,架间应力集中和最大位移区域在底部侧推装置及顶梁侧向中上部,支架极易发生侧向倾倒、摆尾、上下错动等失稳现象。(6)根据研究结论,对工作面布置、支架结构及支护参数进行了优化,现场工程实践表明,“支架-围岩”系统稳定性大幅提高,取得了良好的经济社会效益。