【導讀】Keywords：model；coalfloor；stressdistribution；analysis

　　

【正文】 團有限公司楊村煤礦 2702 工作面的地質(zhì)條件和采 礦技術(shù)條件，相關(guān)參數(shù)取值為： =3， =5 m， =50 m， =25 kN/m3 and H=500 m。利用式 (6) 和 (7)，通過計算機計算可以得到，隨著工作面的推進，在相對坐標原點 x = 固定位置剖面處應力隨深度變化關(guān)系曲線。結(jié)果見圖 3 和圖 4。 圖 3 工作面距離固定點不同位置時垂直應力隨深度分布示意圖 圖 4 垂直應力與水平應力 之差隨深度變化示意圖 由圖 3 可以看出，在距離坐標原點 x = 處，垂直應力在煤層與底板接觸面上最大，隨著深度的增加，然后迅速減小，但當達到一定深度后又開始緩慢減小。當工作面向前推進后，垂直應力隨深度的增加在距離坐標原點 x = 位置的變化均有相似的規(guī)律，即一開始變化幅度較大，當達到一定深度后開始緩慢減小，并且具有眾途同歸的趨勢。從以上結(jié)論可以得到該工作面垂直應力影響變化較大的深度大致在底板下 40 m位置。另外，從工作而推進距離對垂直應力的影響來看，當工作而推進大約 30m以后垂直應力的變化幅度就開始明顯變小了。 根據(jù)垂直應力和水平應力的變化關(guān)系，垂直應力的變化量與相應巖層的側(cè)壓系數(shù) λ的乘積可以相當于水平應力在該位置 M 點的增量 [1]。則該水平應力的增量與相應深度處的水平應力進行累加，可以反演在工作面已經(jīng)推進 30 m時煤層底板應力場在相對固定位置處的變化。這種應力場的變化結(jié)果就是：在工作而沒有推進的初始位置時，所研究的相對固定位置深度下任一單元體的垂直應力均大于水平應力，垂直應力為最大主應力，水平應力為最小主應力；當工作面已推進到30 m時，由于垂直應力的釋放速度遠比水平 應力快，在煤層底板下深度 42 m以內(nèi)都是水平應力大于垂直應力 (詳見圖 4)。若再加上垂直應力變化量的影響，則水平應力遠大于垂直應力，這時水平應力己成為最大主應力，垂直應力己變?yōu)樽钚≈鲬Γ@與回采巷道發(fā)生底鼓的部分力學原因是基本一致的 [1214]。 由圖 3 還可以看出，當工作而推進到 30 m以后，則再進行回采對所研究的距離坐標原點 x = 處所產(chǎn)生的變化影響己基木穩(wěn)定，故可以通過研究工作而距離坐標原點 x=30 m與 x=0 兩位置處所產(chǎn)生的應力變化，來研究對相對固定位置x = 處底板下水平與垂直應力隨深度變化關(guān)系。詳見表 1。 表 1 楊村煤礦 2702 工作面采場底板不同性質(zhì)巖層和其應力關(guān)系表 (MPa) 巖層 深度 (m) Δ λ λΔ x=0 m x=30 m x=30 m x=30 m λΔ 泥巖 0 5 砂巖 10 15 21 石灰?guī)r 25 28 分析相 關(guān)數(shù)據(jù)可以得到，表 1 中的應力 + λΔ 等于從巖石力學實驗中得到的應力值 因此理論計算的主應力變化量和從伺服控制實驗得到的結(jié)果存在偏差，從這些偏差可以看出：泥巖 MPa，砂巖 MPa。結(jié)合圖 5 和表 1 可以看出，計算得到的最大主應力小于圖 5 中的主應力的峰值，計算的區(qū)域在圖 5 中的彈性變形區(qū)，其滲透性相對較弱。因此仍然有一定的防水能力，表現(xiàn)在工作面推進 30 m時，泥巖和砂巖沒有產(chǎn)生明顯的破壞。這和測量報告結(jié)論完全一致。 (a) 泥巖 (b) 砂巖 圖 5 煤層底板應力應變曲線和滲透率應變關(guān)系曲線 4 結(jié)論 1)通過煤層底板力學模型的建立、分析與計算，得到了回采工作面底板下應力分布的解析解。由于底板巖石的非均質(zhì)和非連續(xù)性，所以按照理想 狀態(tài)簡化建立的模型與實際情況會有一定的差距，但通過分析與計算在給定工作而相關(guān)參數(shù)的條件卜，仍可以得到工作面推進過程中某相對固定煤層 底板下應力分布的基本變化規(guī)律。 2)在一定深度范圍內(nèi)，垂直應力的釋放速度大于水平 應力，隨著工作面的推進，最大主應力的方向由初始位置處的垂直變?yōu)樗?。工作面推進 30 m后，在底板 42 m以內(nèi)都是水平應力大于垂直應力。 3)對比理論計算的主應力和伺服控制滲透實驗的結(jié)論之間的差異，可以從底板巖塊中得到滲透率和變形量。從一個實例可以看出，煤層底板泥巖和砂巖處在彈性變形階段，隨著工作面的推進，相對固定位置處的底板沒有受到很大破壞仍然有一定的防水能力。 感謝 在試驗取樣過程中，得到了鄭州煤炭工業(yè)（集團）有限責任公司宋順部長，趙振中主任的大力支持，中國礦業(yè)大學碩士研究生奚硯濤對本文進行了整理，我們在 此一并表示真誠的感謝！ 參考文獻 ： [1] 張金才，張玉卓，劉人泉 .巖體滲流與煤層底板突水 [M].北京：地質(zhì)出版社， 1997. [2] Miao X X, Lu A H, Mao X B, et al. Numerical simulation for roadways in swelling rock under coupling function of water and ground pressure. Journal of China University of Mining and Technology, 2021, 12(2): 120125. [3] 弓培林，胡耀青，趙陽升，等 . 帶壓開采底板變形破壞規(guī)律的三維相似模擬研究 [J].巖石力學與工程學報， 2021， 24(23)： 43964402. [4] 施龍青，韓進 . 底板突水機理及預測預報 . 徐州：中國礦業(yè)大學出版社， 2021. [5] Jing H W, Xu G A, Ma S Z. Numerical analysis on displacement law of discontinuous rock mass in broken rock zone for deep roadway. Journal of China University of Mining and Technology, 2021, 11(2): 132137. [6] Liu Y D, Zhang D S, Wang Ii S, et al. Simulation analysis of coal mining with topcoal caving under hardandthick strata. Journal of China University of Mining and Technology, 2021, 16(2): 110114. [7] 頓志林，高家美 . 彈性力學及其在巖土工程中的應用 [M]. 北京：煤炭工出版社， 2021. [8] 徐芝綸 . 彈性力學簡明教程 [M]. 北京：高等教育出版社， 2021. [9] Liu W Q, Miao X X. Numerical analysis of finite deformation of overbroken rock mass in gob area based on Euler model of control volume. Journal of China University of Mining and Technology, 2021, 16(3): 245248. [10] 姜福興 . 礦山壓力與巖層控制 [M]. 北京：煤炭工業(yè)出版社， 2021. [11] 錢鳴高，石平五 . 礦山壓力與巖層控制 . 徐州：中國礦業(yè)大學出版社， 2021. [12] 徐乃忠，涂敏 . 厚煤層沿空掘巷底臌機理及控制 . 安徽理工大學學報（自然科學版），2021， 24(2)： 14. [I3] Wang W J, Hou C J. Study of mechanical principle of floor heave of roadway driving along next goaf in fully mechanized sublevel caving face. Journal of Coal Science and Engineering, 2021, 7(1): 1317. [14] Zhai X X, Li D Q, Shao Q, et al. Control over surrounding rocks deformation of soft floor and wholecoal gateways with trapezoidal supports. Journal of China University of Mining and Technology, 2021, 15(2): 118123.