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摘要：近距离煤层上部煤层开采导致上覆岩层发生卸压运动，并且出现变形，煤层底板岩层也出现一定的卸压变形，采场围岩应力得到重新分布，形成了高应力区和低应力区。因此分析煤岩体中应力场分布变化规律，会对作面的布置和支护方式的选择都将产生较大帮助。
关键词：近距离煤层 底板岩层 应力分布
1 概述
近距离煤层上部煤层开采导致上覆岩层发生卸压运动，并且出现变形，煤层底板岩层也出现一定的卸压变形，采场围岩应力得到重新分布，形成了高应力区和低应力区。这种应力区除了形成于开采煤层内，还会依据一定的方式扩散和传递到上、下岩层中，在这个过程中逐渐衰减。处于高应力的巷道或其他井下工程，往往导致较强烈的变形和破坏。上下煤层之间的开采工作会随着煤层间距离的减小而给彼此带来更大的影响。尤其是遇到两个煤层之间的距离很近的情况，由于上部煤层开采会在一定程度上对下部煤层开采前顶板造成破坏，使其完整度受到损害，加之上部煤层开采带来的直接顶冒落的矸石积压在了下部煤层的上方，且上部煤层残留的区段煤柱的压力集中施加在了底板上，这些都对下部煤层造成了一定的影响，改变了开采区域的顶板结构和应力环境，使极近距离煤层开采出现了矿山压力现象。
近距离煤层上部煤层开采后，煤体下方垂直应力等值线呈斜向煤壁前方的“泡形”，采空区下方卸压应力等值线呈斜向煤壁后方的“泡形”。底板岩层中可以分为四个矿压显现区（图1.1），分别为：应力增高区、应力降低区、影响微弱区、未受影响区[1]。
1.1 应力增高区 煤层开采作业带来了一定的支承压力，这种支撑压力经煤层传递到了底板岩层，并在煤体下方靠近采空区的区域形成增压区。越接近煤层，这种集中应力越大。
1.2 应力降低区 由于开采后顶底板岩石离层、冒落，使得临近煤体的采空区下方底板岩层应力大大小于原始应力的卸压区。其变化趋势是距离煤层越远，其卸压程度出现逐渐减少的趋势。
1.3 影响轻微区 该区域受到采动影响较轻微，位置处在应力增高区和应力降低区之间，在煤体边界处的采空区下方。
1.4 未受影响区 该区域深度较大，距离煤体上支承压力强作用区较远，支承压力没有对这一区域产生影响。
为了研究近距离煤层上部煤层开采后底板煤岩体中应力场分布变化的规律，在原有FLAC3D模型基础上，对南屯煤矿93上05工作面的开采进行模拟，将模拟结果与9307工作面开采后3下煤中垂直应力的分布规律进行比较，从而分析出93上05工作面的开采对3下煤中垂直应力分布的影响。
2 南屯煤矿93上05工作面的开采对3下煤中垂直应力分布的影响
2.1 93上05工作面采过200m时3下煤中的应力分布规律 为了更好的反映近距离煤层上部煤层开采后底板煤岩体中应力场分布的时空变化规律，首先研究93上05工作面采過200m时3下煤中的应力分布规律。由数值模拟的结果，与9307工作面开采后的结果相比，3下煤中的垂直应力分布有以下变化规律：
①在93上05工作面下顺槽附近煤岩体中的垂直应力基本没有受到9307工作面开采的影响为初始应力场。近距离煤层上部煤层开采后，上部煤体与采空区交接处底板岩层中可以分为四个矿压显现区，分别为：应力增高区、应力降低区、影响微弱区、未受影响区。
②93上05工作面采过200m后，垂直应力峰值向9307工作面偏移，位于9307工作面和93上05工作面之间，两个工作面的侧向支承压力叠加，峰值大小为45MPa。
③9307工作面和93上05工作面的垂直应力相互叠加，峰值位于93上05工作面前方9m左右，实际上是由于93上05工作面的超前支承压力与9307工作面的侧向支承压力相互叠加所致，在3下煤层中的峰值为50MPa。距93上05工作面上顺槽10m左右。
2.2 93上05工作面开采后3下煤中的应力分布规律 93上05工作面开采后，底板3下煤层中的应力分布又会产生变化，根据数值模拟结果分析可得93上05工作面开采后3下煤中的应力分布变化规律有以下几个方面：
①由93上05工作面开采后垂直应力分布图（图2.1a）可以看出：随着推进距离的增加，由于9307老顶的悬空面积增大，93上05工作面侧向支承压力增大，9307工作面和93上05工作面之间的垂直应力峰值也随之增大，峰值达到60Mpa，应力集中系数4.3。
②93上05工作面开采后垂直应力分布图（图2.1b）中应力增高区和应力降低区范围加大，这是由于采场围岩应力的重新分布造成的。
③9307工作面和93上05工作面的垂直应力相互叠加，峰值位于93上05工作面前方9m左右，实际上是由于93上05工作面的超前支承压力与9307工作面的侧向支承压力相互叠加所致，在3下煤层中的峰值为75MPa。应力集中系数5.6，距93上05工作面上顺槽10m左右。
④从总体上看，随着开采范围的增加，近距离煤层采空区下煤层中的应力叠加程度增加，在上部煤层93上05工作面停采线和下部煤层9307工作面下顺槽交界处，由于93上05工作面超前支承压力和9307工作面侧向支承压力相互叠加，垂直应力达到峰值。在9307工作面采空区内，采空区边缘应力值仍然较小，而采空区中部由于开采范围的扩大垂直应力增加使得内部岩石不断压实，继而强度不断增加，使得上部岩层的应力传递到底板岩层中，部分区域恢复至原岩应力。而在9307工作面和93上05工作面之间，由于两个工作面侧向支承压力的相互叠加形成了应力水平较高的叠加应力。在工作面推进方向前后一定范围内也形成了超前支承压力区，这些应力增高区对93下05工作面的布置和支护方式的选择都将产生较大影响。
3 结语
近距离煤层上部煤层开采引起上覆岩层强烈的卸压运动和变形，煤层底板岩层也会发生一定的卸压变形和破坏，在采场围岩中发生应力重新分布，形成采场周围的高应力区和低应力区。
对于近距离煤层，将下部煤层回采巷道布置在应力降低区，有利于巷道的维护和采煤工作面的安全回采，因此，掌握上部煤层开采后底板岩层中的应力分布规律对于下部煤层回采巷道的布置和支护形式的选择有着极其重要的指导作用。
参考文献：
[1]钱鸣高，刘听成.矿山压力及其控制.北京：煤炭工业出版社，1991.
[2]刘波，韩彦辉.FLAC原理、实例与应用指南.北京：人民交通出版社，2005.
[3]N Mohammand，The relation between in situ and labo
ratory rock properties used in numeritc modeling，int，J，Rockme
ch，Min，Sci，1997，34（2），289-297.
作者简介：
金思德（1973-），男，毕业于山东科技大学，现在兖州煤业公司南屯煤矿防冲办工作。
关键词：近距离煤层 底板岩层 应力分布
1 概述
近距离煤层上部煤层开采导致上覆岩层发生卸压运动，并且出现变形，煤层底板岩层也出现一定的卸压变形，采场围岩应力得到重新分布，形成了高应力区和低应力区。这种应力区除了形成于开采煤层内，还会依据一定的方式扩散和传递到上、下岩层中，在这个过程中逐渐衰减。处于高应力的巷道或其他井下工程，往往导致较强烈的变形和破坏。上下煤层之间的开采工作会随着煤层间距离的减小而给彼此带来更大的影响。尤其是遇到两个煤层之间的距离很近的情况，由于上部煤层开采会在一定程度上对下部煤层开采前顶板造成破坏，使其完整度受到损害，加之上部煤层开采带来的直接顶冒落的矸石积压在了下部煤层的上方，且上部煤层残留的区段煤柱的压力集中施加在了底板上，这些都对下部煤层造成了一定的影响，改变了开采区域的顶板结构和应力环境，使极近距离煤层开采出现了矿山压力现象。
近距离煤层上部煤层开采后，煤体下方垂直应力等值线呈斜向煤壁前方的“泡形”，采空区下方卸压应力等值线呈斜向煤壁后方的“泡形”。底板岩层中可以分为四个矿压显现区（图1.1），分别为：应力增高区、应力降低区、影响微弱区、未受影响区[1]。
1.1 应力增高区 煤层开采作业带来了一定的支承压力，这种支撑压力经煤层传递到了底板岩层，并在煤体下方靠近采空区的区域形成增压区。越接近煤层，这种集中应力越大。
1.2 应力降低区 由于开采后顶底板岩石离层、冒落，使得临近煤体的采空区下方底板岩层应力大大小于原始应力的卸压区。其变化趋势是距离煤层越远，其卸压程度出现逐渐减少的趋势。
1.3 影响轻微区 该区域受到采动影响较轻微，位置处在应力增高区和应力降低区之间，在煤体边界处的采空区下方。
1.4 未受影响区 该区域深度较大，距离煤体上支承压力强作用区较远，支承压力没有对这一区域产生影响。
为了研究近距离煤层上部煤层开采后底板煤岩体中应力场分布变化的规律，在原有FLAC3D模型基础上，对南屯煤矿93上05工作面的开采进行模拟，将模拟结果与9307工作面开采后3下煤中垂直应力的分布规律进行比较，从而分析出93上05工作面的开采对3下煤中垂直应力分布的影响。
2 南屯煤矿93上05工作面的开采对3下煤中垂直应力分布的影响
2.1 93上05工作面采过200m时3下煤中的应力分布规律 为了更好的反映近距离煤层上部煤层开采后底板煤岩体中应力场分布的时空变化规律，首先研究93上05工作面采過200m时3下煤中的应力分布规律。由数值模拟的结果，与9307工作面开采后的结果相比，3下煤中的垂直应力分布有以下变化规律：
①在93上05工作面下顺槽附近煤岩体中的垂直应力基本没有受到9307工作面开采的影响为初始应力场。近距离煤层上部煤层开采后，上部煤体与采空区交接处底板岩层中可以分为四个矿压显现区，分别为：应力增高区、应力降低区、影响微弱区、未受影响区。
②93上05工作面采过200m后，垂直应力峰值向9307工作面偏移，位于9307工作面和93上05工作面之间，两个工作面的侧向支承压力叠加，峰值大小为45MPa。
③9307工作面和93上05工作面的垂直应力相互叠加，峰值位于93上05工作面前方9m左右，实际上是由于93上05工作面的超前支承压力与9307工作面的侧向支承压力相互叠加所致，在3下煤层中的峰值为50MPa。距93上05工作面上顺槽10m左右。
2.2 93上05工作面开采后3下煤中的应力分布规律 93上05工作面开采后，底板3下煤层中的应力分布又会产生变化，根据数值模拟结果分析可得93上05工作面开采后3下煤中的应力分布变化规律有以下几个方面：
①由93上05工作面开采后垂直应力分布图（图2.1a）可以看出：随着推进距离的增加，由于9307老顶的悬空面积增大，93上05工作面侧向支承压力增大，9307工作面和93上05工作面之间的垂直应力峰值也随之增大，峰值达到60Mpa，应力集中系数4.3。
②93上05工作面开采后垂直应力分布图（图2.1b）中应力增高区和应力降低区范围加大，这是由于采场围岩应力的重新分布造成的。
③9307工作面和93上05工作面的垂直应力相互叠加，峰值位于93上05工作面前方9m左右，实际上是由于93上05工作面的超前支承压力与9307工作面的侧向支承压力相互叠加所致，在3下煤层中的峰值为75MPa。应力集中系数5.6，距93上05工作面上顺槽10m左右。
④从总体上看，随着开采范围的增加，近距离煤层采空区下煤层中的应力叠加程度增加，在上部煤层93上05工作面停采线和下部煤层9307工作面下顺槽交界处，由于93上05工作面超前支承压力和9307工作面侧向支承压力相互叠加，垂直应力达到峰值。在9307工作面采空区内，采空区边缘应力值仍然较小，而采空区中部由于开采范围的扩大垂直应力增加使得内部岩石不断压实，继而强度不断增加，使得上部岩层的应力传递到底板岩层中，部分区域恢复至原岩应力。而在9307工作面和93上05工作面之间，由于两个工作面侧向支承压力的相互叠加形成了应力水平较高的叠加应力。在工作面推进方向前后一定范围内也形成了超前支承压力区，这些应力增高区对93下05工作面的布置和支护方式的选择都将产生较大影响。
3 结语
近距离煤层上部煤层开采引起上覆岩层强烈的卸压运动和变形，煤层底板岩层也会发生一定的卸压变形和破坏，在采场围岩中发生应力重新分布，形成采场周围的高应力区和低应力区。
对于近距离煤层，将下部煤层回采巷道布置在应力降低区，有利于巷道的维护和采煤工作面的安全回采，因此，掌握上部煤层开采后底板岩层中的应力分布规律对于下部煤层回采巷道的布置和支护形式的选择有着极其重要的指导作用。
参考文献：
[1]钱鸣高，刘听成.矿山压力及其控制.北京：煤炭工业出版社，1991.
[2]刘波，韩彦辉.FLAC原理、实例与应用指南.北京：人民交通出版社，2005.
[3]N Mohammand，The relation between in situ and labo
ratory rock properties used in numeritc modeling，int，J，Rockme
ch，Min，Sci，1997，34（2），289-297.
作者简介：
金思德（1973-），男，毕业于山东科技大学，现在兖州煤业公司南屯煤矿防冲办工作。