采煤工作面垂直應力計算

趙　鋒（山東能源臨沂礦業集團,山東 臨沂 276017）

采煤工作面垂直應力計算

趙鋒
（山東能源臨沂礦業集團,山東 臨沂 276017）

古城煤礦3202工作面為古城煤礦即將回采的工作面，距離3203采空區121m，平均開采深度為1170m，最大采深為1250m。因此計算垂直應力對3202工作面的回采具有重要的指導意義。

垂直應力;采空區;關鍵層;影響范圍

1　采空區側向支承壓力計算理論

采空區側向支承壓力由于受到周圍巖層運動的影響，采空區上覆巖層的厚硬巖層是造成各巖層組在工作面前方產生離層的主要原因。在上方巖層的厚硬巖層和下方巖層的軟弱巖層之間出現離層，巖層移動線為采空區一側離層端的連線，該線與水平線的夾角α稱為巖層移動角。采空區一側煤體的側向支承壓力σ由自重應力σq和應力增量σ等兩部分組成，即

（1）式中σ等于采空區上覆巖層的厚硬巖層懸露部分傳遞到一側煤體上的壓力之和，即σ=Σσi；σi為第i層厚硬巖層懸露部分傳遞到一側煤體上的壓力，i=1~n。

每個厚硬巖層懸露部分傳遞到采空區一側煤體的重量為其重量的一半，其應力增量呈等腰梯形分布，如圖1所示，則第i個關鍵層傳遞到采空區一側煤體的應力增量為：

（2）式中：

σmaxi——厚硬巖層在采空區一側煤體上產生的最大支承壓力

Mi——厚硬巖層厚度；Hi為厚硬巖層厚度中心到煤層底板的距離，

2I——采空區寬度；

Qi——厚硬巖層在采空區懸露部分重量的一半，

Li——厚硬巖層層厚度中心位置在采空區的懸露長度，Li=2I+2Hicotα；γ——巖層容重。

將n個厚硬巖層懸露部產生的應力增量疊加，從而得到應力增量?σ。

由自重產生的應力σq為

（3）式中：

H——最大采深。

工作面垂直應力計算公式是一組分段函數。

2　工作面垂直應力計算結果

3201工作面開采后，采空區周圍巖層的運動處于非充分采動階段，采空區寬度的一半約為巖層破裂高度，每個關鍵層懸露部分傳遞到采空區一側煤體的重量為其重量的一半。通過采空區側向支撐壓力計算理論模型，計算3202工作面的垂直應力，得到垂直應力影響范圍。

通過鉆孔柱狀圖可以看出煤層上方400m至600m處有兩層厚度很大的中粒砂巖和細粒砂巖。考慮到基巖厚度相對較大，這里取巖層移動角α約為84°。取采深為1150m，工作面傾斜長度為120m，可得分段函數中自變量的計算區間為

簡化計算過程，其厚度M1為1080m。將工作面參數代入式（1）～（3），同時取巖層容重γ為2.5t/m3，可得具體的側向支承壓力壓力的計算公式為

（4）通過計算，得到3203采空區一側煤體的側向支承壓力分布。支承壓力峰值位置距采空區約64m，支承壓力峰值約為93MPa；距采空區0～19m為低應力區；距采空區19m～128m為支承壓力影響區；距采空區128m以外為原巖應力區。

計算表明，3203采空區的側向支承壓力影響范圍為128m，而3203采空區距3202工作面121m，故3202工作面皮帶順槽仍處于3203采空區影響范圍內。因此，采空區主要影響3202工作面皮帶順槽，從而有可能造成皮帶順槽圍巖變形量大，甚至造成巷道沖擊。

3　結語

根據3202工作面實際回采過程發現，3202工作面皮帶順槽礦壓顯現明顯，頂底板圍巖變形嚴重，特別是推采到見方位置應力集中區段，礦壓顯現更為明顯。根據此工作面垂直應力計算方法計算出的結果符合現場實際。對現場提前采取防范措施起到了重要的指導意義。

[1]潘俊鋒,連國明,齊慶新等.沖擊危險性厚煤層綜放開采沖擊地壓發生機理[J].煤炭科學技術,2007(06).

[2]羅一忠.大面積采空區失穩的重大危險源辨識[D].長沙:中南大學,2005.

趙鋒（1980—），男，山東科技大學，本科，自動化專業，助理工程師。