張志利

（大同煤礦集團朔州煤電有限公司，山西朔州038300）

支承壓力對開采煤層、頂?shù)装?、相鄰煤層及其作用范圍?nèi)的巖層會產(chǎn)生很大的影響。在發(fā)生沖擊地壓和煤層噴出的礦壓顯現(xiàn)中，支承壓力就是其源動力[1]。通常支承壓力會引起底鼓、片幫、冒頂?shù)?，妨礙開采計劃的順利實施，甚至對生產(chǎn)安全帶來嚴重威脅。

煤體強度也是導(dǎo)致煤壁片幫的主要因素，控制煤壁的水平位移會降低片幫的風(fēng)險。本文通過數(shù)值模擬方法針對煤體強度對煤壁的水平位移的影響進行了模擬計算與分析。

1 工作面煤壁力學(xué)模型的建立

在分析了晉華宮礦7#煤層采用大采高綜采的可行性前期實驗室試驗以及相關(guān)分析的基礎(chǔ)上，對煤壁的穩(wěn)定性進行了數(shù)值模擬分析，并運用FLAC3D差分軟件建模計算[2]。

FLAC3D主要是用在上覆巖層的移動受力計算的專業(yè)軟件，對礦井地下開采所涉及的巖土力學(xué)問題只要參數(shù)輸入正確，模擬結(jié)果是可信的，為此在煤礦開采領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

根據(jù)地質(zhì)資料和物理力學(xué)參數(shù)及鉆孔柱狀圖建立模型。所建模型中頂板巖石層的厚度為50.25 m，7#煤層的厚度為6 m，底板巖層30.4 m。沒有模擬的上部巖層采用等效載荷方式施加在模型頂部。鉛直等效載荷主要考慮自重載荷為[3]：

其中：H為老頂上方未模擬頂板的厚度為280 m；ρ為煤巖層的視密度取平均,ρ=2.53 kg/cm3。

煤壁支護阻力p和采高M的關(guān)系如下式：

由上式可知采高越大，支護阻力就越大。如果支護力小，不能維持上覆巖層的應(yīng)力重新分布的平衡，煤壁的支撐壓力增大導(dǎo)致煤壁的水平位移增大。用有限差分軟件建立的數(shù)值巖層結(jié)構(gòu)圖和等效應(yīng)力云圖，見圖1a，b。

圖1 力學(xué)模型

整個模型4個立面均固定法向位移。煤巖層物理力學(xué)參數(shù)按試驗室測定數(shù)據(jù)給定，沒有試驗數(shù)據(jù)的巖層屬性按巖性的平均取值給定[4-5]。

2 不同煤體強度條件下煤壁的位移情況

針對晉華宮礦的地質(zhì)條件，考慮到斷層等地質(zhì)因素的影響下，部分區(qū)域煤層強度會發(fā)生變化，模擬了煤體強度變化條件下煤壁的位移情況?？紤]在支護強度1.1 MPa的條件下，計算2 000時步，監(jiān)測煤壁距底板分別為1，2，3，4，5 m位置處節(jié)點的水平位移，模擬選取煤體強度分別為f=0.4，0.5，0.6，0.8，1.0共5種情況進行考慮，計算得到的不同煤體強度下煤壁的水平位移曲線，見圖2（a，b，c，d，e）。

圖2 不同煤體強度下煤壁水平位移曲線圖

由圖2可看出，隨著煤體強度的增加煤壁最大水平位移在逐漸變小，距離底板越遠采高越大。在圖形上表現(xiàn)為位移曲線變得扁平。但煤壁水平位移隨時間變化規(guī)律基本沒有因位置不同和煤體強度不同而有所變化。

3 結(jié)論

隨著煤體強度的增大，煤壁最大水平位移減小。當煤體強度小于0.5時，煤體強度的增加對減小最大水平位移的作用極為明顯，但由于整體煤體較軟，在f=1.0以下時，煤體強度的增加對減小煤壁最大水平位移作用均較顯著。

由上述分析可見，晉華宮礦7#煤層采用大采高綜采，在一定的合理支護強度下，只要采煤速度較快，在6 m左右的采煤高度的情況下。在液壓支架額定工作阻力為12 000 kN情況下，采煤機割煤推進速度保證每天進兩個截深下，能保證煤壁不會片幫且來壓期間動載支架運行平穩(wěn)，工作面煤壁會保持相對穩(wěn)定。驗證了大采高工作面是可行的。

[1]賈喜榮.巖石力學(xué)與巖層控制[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2009.

[2]彭文斌.FLAC 3D實用教程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008.

[3]肖學(xué).大采高綜采工作面上覆巖層移動規(guī)律及圍巖控制研究[J].山西煤炭，2012,32（11）:32-36.

[4]李鴻昌.礦山壓力的相似模擬試驗教程[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1988.

[5]朱世陽.厚煤層6.0 m采高液壓支架穩(wěn)定性研究[D].西安：西安科技大學(xué)，2011.