李可可

（江蘇徐礦能源股份有限公司張雙樓煤礦）

張雙樓煤礦礦井位于徐州市沛縣安國鎮(zhèn)，設(shè)計生產(chǎn)能力為120萬t/a，礦井主要開采二疊系下統(tǒng)山西組7、9煤，傾角均為15°～30°，平均厚度分別為2.49、3.33 m。張雙樓7201工作面和9201工作面煤層間最小距離為21.76 m，9201溜子道和材料道分別采用內(nèi)錯式和外錯式布置，由于層間距較小，在開采過程中，相互之間影響較大。開采近距離煤層時，上層煤回采形成的采動應(yīng)力會沿煤層底板向下傳播，造成下層煤工作面應(yīng)力場重新分布。尤其是上層煤開采遺留的護巷煤柱，造成應(yīng)力集中，對于下層煤回采巷道布置以及圍巖控制都產(chǎn)生不利影響［1-3］。在淺部煤層開挖后，采空區(qū)上覆巖層斷裂、垮落，采空區(qū)側(cè)向支承壓力伴隨著煤層的開挖而重新分布調(diào)整。同時上層工作面回采過程中，側(cè)向頂板將由穩(wěn)定到不穩(wěn)定再到穩(wěn)定的過程，經(jīng)歷“穩(wěn)定—破斷—下沉—穩(wěn)定”的動態(tài)動壓過程。這一過程直接影響到側(cè)向支承壓力和超前支承壓力的動態(tài)演化規(guī)律，進而影響下位巷道穩(wěn)定［4-5］。

此外，7201工作面是不規(guī)則工作面，不規(guī)則工作面面長隨著開采的進行不斷變化，需要不斷增減支架、溜槽等設(shè)備，面臨眾多問題。因此，研究7201工作面回采產(chǎn)生的超前支承應(yīng)力對9201材料道掘進的影響，為9201材料道安全高效掘進提供技術(shù)保障，實現(xiàn)連續(xù)高效開采。

1 工作面概況

7201工作面位于-500 m水平西一采區(qū)，東起東風(fēng)井保護煤柱，西距-500 m西二運輸上山約70 m，南至7煤煤層開采上限以下，北部為7403、7204、7203工作面采空區(qū)。工作面內(nèi)北部下伏9403工作面采空區(qū)，7201工作面從溜子道向上20～76 m處于9403采空區(qū)上方，中部下伏-500 m西一采區(qū)軌道上山、運輸上山等巷道，西臨-500 m西二采區(qū)軌道上山、運輸上山等巷道。

7201工作面煤層厚度穩(wěn)定，煤層厚為3.5～6.5 m，平均煤厚為4.8 m；煤層傾角為14°～21°，平均為19°；走向長度為970 m，傾斜長度為190.9 m，可采儲量為111.85萬t。工作面采用單一走向長壁綜采一次采全高回采工藝。7201工作面巷道為沿7煤頂板掘進，巖性為7煤頂板泥巖，上部裂隙發(fā)育，下部含黃鐵礦膜?；夭善陂g，正常涌水量為10～20 m3/h，最大涌水量為40 m3/h。

7煤直接頂多為泥巖或砂質(zhì)泥巖，厚度為3.47 m；7煤老頂砂巖為中細粒砂巖，厚度為3.86 m；7煤底板巖層由上向下依次為灰黑色泥巖，厚度為2.60 m；灰黑色砂質(zhì)泥巖厚度為5.9 m；灰白色細砂巖厚度為18.2 m；黑—黑褐色9煤厚度為3.8 m。

2 超前支承應(yīng)力演化規(guī)律研究

2.1 模型建立及參數(shù)

采用FLAC3D，對7201工作面回采過程中7煤底板應(yīng)力演化特征及9201材料道和溜子道圍巖應(yīng)力及變形特征進行數(shù)值模擬，模型X方向總長300 m，Y方向長度為100 m，Z方向總高80 m，數(shù)值計算模型如圖1所示。其中9201材料道與7201工作面材料道水平錯距為48～90 m，9201溜子道與7201工作面材料道水平錯距為60～100 m，層間距為22 m。限制模型側(cè)面水平移動，底面限制垂直位移，上表面為應(yīng)力邊界，在模型上邊界施加9 MPa荷載以模擬上覆巖體自重力，材料符合摩爾—庫侖模型，建模期間對巖性相近的鄰近巖層進行了合并。

7201工作面7、9煤層間距為22 m。為研究7201開采對9201材料道和溜子道掘進的影響規(guī)律，建立了圖1的數(shù)值計算模型，巖層物理力學(xué)特性見表1。

2.2 回采過程中超前支承應(yīng)力演化規(guī)律

在7201工作面回采過程中，9201材料道處于實體煤下方。工作面回采過程中圍巖應(yīng)力受到擾動重新分布，并向四周實體煤幫轉(zhuǎn)移。因此采用數(shù)值模擬對7201工作面回采期間工作面圍巖超前支承應(yīng)力進行監(jiān)測，圖2是7201工作面回采期間超前支承應(yīng)力分布曲線，圖3為模擬的支承應(yīng)力云圖。

由圖2可以看出，在7201工作面回采過程中，圍巖應(yīng)力隨著距工作面距離的增加呈現(xiàn)先增加后減小最后趨于穩(wěn)定的趨勢。在工作面0～60 m，圍巖應(yīng)力出現(xiàn)先增加后減小的趨勢；在工作面前方30 m處，圍巖應(yīng)力達到最大；在距離工作面50 m處，圍巖應(yīng)力降低為原巖應(yīng)力水平，這表明工作面回采產(chǎn)生的采動應(yīng)力影響范圍大致在超前工作面0～5 m，并將這一時期定義為劇烈影響期。在50～80 m，圍巖應(yīng)力保持穩(wěn)定，數(shù)值基本等于原巖應(yīng)力，將這一時期定義為穩(wěn)定期。

?

根據(jù)圖2和圖3可以看出，7201工作面回采期間，隨著距工作面距離的不斷增加，超前支承應(yīng)力呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，在距工作面前方40 m左右時，支承應(yīng)力達到峰值，如圖3（c）所示。在距工作面前方50 m處，超前應(yīng)力明顯降低，如圖3（d）所示。因此，7201工作面超前支承應(yīng)力在7煤走向的影響范圍為0～50 m，主要影響采空區(qū)底板巖層。

3 結(jié) 語

（1）7201工作面回采產(chǎn)生的采動應(yīng)力影響范圍大致在超前工作面0～5 m，并將這一時期定義為劇烈影響期。在50～80 m，圍巖應(yīng)力保持穩(wěn)定，數(shù)值基本等于原巖應(yīng)力，將這一時期定義為穩(wěn)定期。

（2）7201工作面回采期間，隨著距工作面距離的不斷增加，超前支承應(yīng)力呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，在距工作面前方40 m左右時，支承應(yīng)力達到峰值，在距工作面前方50 m處，超前應(yīng)力明顯降低。

（3）7201工作面超前支承應(yīng)力在7煤走向的影響范圍為0～50 m，主要影響采空區(qū)底板巖層，為分析側(cè)向支承壓力對9201材料道的影響提供依據(jù)。