综放工作面回采巷道超前影响范围研究

张田

【摘 要】 为了确定综放工作面巷道超前影响范围，本文采用FLAC3D模拟得到4102工作面超前支承压力影响范围主要集中在前方60m左右，应力峰值主要集中在工作面前方25m处;回风巷侧向支承压力较高，尤其是近采空区侧巷帮应力值较大。根据模拟和实际监测可知，回风巷道受煤层厚度大、综放开采、高支承压力、煤柱尺寸不合理等原因造成围岩变形量大。

【关键词】 综放开采;超前支承压力;侧向支承压力;围岩变形

【中图分类号】 TD823.9 【文献标识码】 A

【文章编号】 2096-4102（2019）05-0011-03

工作面回采后支承压力的分布在矿压显现中起主导作用，影响着工作面支护措施和参数的选择。因此，对于工作面支承压力的研究至关重要。

1工作面概况

永胜煤业有限公司4102工作面长度180m，推进长度约800m。工作面主采4-1号煤，厚度3.40～13.15m，平均厚度8.56m。煤层直接顶板为泥岩，基本顶为中粗粒砂岩，底板为炭质泥岩、泥岩等。

2支承压力影响数值模拟

2.1模型建立

采用FLAC3D分别模拟4102工作面回采后支承压力峰值、范围及应力集中系数等，确定支承压力对工作面影响范围。建立620m×520m×122m模型，根据4102工作面地质条件，确定模型各材料参数，如表1所示。垂直方向施加应力10.8MPa，水平测压系数取值为0.8。

2.2模拟结果分析

2.2.1超前支承压力

采用FLAC3D分别模拟得到4102工作面回采至30m、60m、90m位置时超前支承压力云图，如图1所示。

由图1可知，当4102工作面回采至30m、60m、90m位置时，支承压力的峰值分别为18.5MPa、20.9MPa、24MPa，应力集中系数分别为1.36、1.54、1.76。由此可知，随着工作面向前推采，支承压力的峰值和范围都增大。由图可以看出，工作面超前支承压力影响范围主要集中在前方60m左右，60m后超前支承压力峰值和集中系数开始减小，但由于4102工作面煤层厚度大，导致超前支承压力影响范围大，工作面前方100m处，应力集中系数仍然达到1.2。

采用FLAC3D模拟得到4102工作面推进至不同位置时，超前支承压力峰值及应力集中系数曲线图，如图2所示。

由图2可知，随着4102工作面向前推进，超前支承压力的峰值不断增大，但是增速逐渐变缓。当工作面推进至190～250m区域时，超前支承压力峰值增大，同时增速变快，主要原因是工作面推进至该区域时，受采动影响，顶板悬顶断裂垮落，导致大面积来压。应力集中系数随着工作面向前推进由切眼处1.2增加到280m处3.2，尽管工作面继续向前推进，但是应力集中系数不再增大，主要原因是4102工作面深入到4101工作面采空区100m后，超前支承压力基本不再增大。超前支承压力峰值位置位于工作面前方10～25处，峰值点位置分为工作面推进0～40m、40～110m、110～190m及190m后4个阶段，190m后工作面超前支承压力峰值位置不再变化，集中在工作面前方25m处。

2.2.2侧向支承压力

采用FLAC3D分别模拟得到4102工作面回采至50m位置时侧向支承压力云图，如图3所示。

由图3可知，模拟时选取5个点，其中，1、2号点距煤壁8m，3、4、5号点分别距煤壁6m、15m、20m，监测工作面侧向支承压力影响范围和应力集中系数，1和3点位于运输巷，2、4和5点位于回风巷。其中，1、2、3和4点两侧均为实体煤;5点仅左侧为实体煤，右侧为宽度20m的煤柱。1～5号点侧向支承压力影响范围和应力集中系数如表2所示。

由表3可知，4102工作面受4101工作面采空区影响，4和5点处侧向支承压力大幅度增大，影响范围是其他3点的4倍以上，应力集中系数是其他3点的0.7～1.3倍。工作面未采前5点位置就受到了较高的侧向支承压力，由此可知，采空区使回风巷围岩承受应力增大，易出现较大的变形破坏。

以4102工作面切眼前350m作为观测点，分别观测工作面回采至不同位置时侧向支承压力，观测结果如图4所示。

由图4可知，随着与工作面距离减小，巷道两帮侧向支承压力增加速率变快。侧向支承压力深入煤壁5～10m范围，应力集中系数由0迅速增加至2.6～3.8，且随着与工作面距离减小，应力峰值位置与煤壁距离越远。随着工作面向前推进，与工作面距离越近，虽然侧向支承压力的影响范围越不明显，但是应力值大小在逐渐增大。在工作面前20m范围内，应力集中系数均大于3.0，而在工作面前方60m后，侧向支承压力值出现“双峰”。

4101工作面采空区造成4102工作面回风巷侧向支承压力较高，尤其是近采空区侧巷帮应力值较大，应力集中系数最大能达到4.0左右。

3巷道变形分析

分别采用FLAC3D模拟和实际监测得到4102工作面回风巷围岩变形量，如图5所示。

由图5可知，采用模拟和实际监测回风巷围岩变形量趋势基本一致，超前工作面50m范围内巷道围岩变形量大，50～100m巷道围岩变形量虽然继续增大，但是增速减缓，100m后巷道围岩变形量趋于稳定。

通过FLAC3D模拟可以得到4102工作面巷道围岩变形量较大的原因主要有以下几点：

（1）由于工作面回采4-1号煤层厚度大，且综放开采造成巷道超前支承压力增大;受临近4101工作面采空区影响，造成回风巷侧向支承压力较大。

（2）受高支承压力的影响，回风巷部分围岩由弹性状态转化为塑性状态，围岩稳定性差。

（3）区段煤柱尺寸留设不合理，工作面回采后，煤柱受高应力的影响进入塑性状态，造成煤柱承载能力降低，稳定性差。

4结论

（1）以4102工作面为研究对象，采用FLAC3D模拟得到支承压力峰值、范围及峰值距煤壁距离等。根据模拟可知，随着4102工作面向前推进，超前支承压力的峰值不断增大，但是增速逐渐变缓。超前支承压力影响范围主要集中在前方60m左右，应力峰值主要集中在工作面前方25m处。

（2）回风巷受采空区影响，造成侧向支承压力较大，尤其是近采空区侧巷帮应力值较大，应力集中系数最大能达到4.0左右。

（3）回风巷超前工作面50m范围内巷道围岩变形量大，50～100m巷道围岩变形量虽然继续增大，但是增速减缓，100m后巷道围岩变形量趋于稳定。回风巷围岩变形量大的原因主要是由于煤层厚度大、综放开采、高支承压力、煤柱尺寸不合理等原因造成的。

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