武 振 王桂洋 華 樂

（1.兗礦集團興隆莊煤礦，山東 兗州 272100；2.山東魯泰控股集團有限公司太平煤礦，山東 鄒城 273500；3.兗礦集團鮑店煤礦，山東 鄒城 273500）

興隆莊煤礦3305下工作面地質構造復雜，容易受到沖擊地壓的威脅。掌握工作面支承應力分布規(guī)律，對工作面超前支護范圍的確定、工作面超前巷道沖擊地壓監(jiān)測和防治范圍、方式的確定提供了可靠參考和依據。

1 工程概況

3305下綜放工作面地面相對位置為日菏高速公路以南，苑莊以東，崇文大道以北。地面標高+50.9～ +51.7m，平均+51.5m。工作面位于第三采區(qū)的下部，西面與3304下采煤面相鄰，南面為5307工作面采空區(qū)，西南為5306綜放工作面的采空區(qū)，北部為日菏高速公路的保護煤柱。工作面標高-337～ -353m，埋藏深度387.9～404.7m。面長206m（兩順槽內幫垂直平距），推進長度384m，工作面面積79310m2。開采煤層為3煤，煤層厚度7.8～9.9 m，平均8.5m；煤層結構復雜，含兩層夾矸，煤層傾角1～10°，平均4.5°。

3305下工作面的煤層直接頂厚度為1.87～6.78m、平均2.67m的粉砂巖,巖石普氏硬度為f=5.7；基本頂為厚度9.79～31.24m、平均18.14m的中砂巖，巖石普氏硬度為f=6～9；直接底為厚度1.30～3.50m、平均1.5m的粉砂巖，巖石普氏硬度為f=5.7；基本底部為厚度6.80～19.36m、平均12.3m的中砂巖，巖石普氏硬度為f=6～11。

2 數值模擬研究

模型網格分為160×240，代表16000×240000mm，即每一個單元代表1000mm。模型上方的加載方法采用均勻載荷，在Y方向向上加載23MPa，X方向加零位移約束，計算步數為5步（不包括步驟），并加載自重進行計算。

該模型是一個二維問題，并建立了平面應變力學模型。在計算模型中，水平位移約束應用于模型的兩側以限制其水平位移；底邊限制了垂直和水平方向的位移。假設巖石力學參數符合威布爾分布，巖石裂縫由庫侖-摩爾強度準則判斷。

根據主應力圖1中煤層變化趨勢可以看出，隨著工作面不斷向前推進，工作面頂板以及煤幫變形和破壞趨勢逐漸增大，并有向煤體深部移動的趨向；根據垂直應力圖2應力變化情況可以看出，工作面煤壁前62m處開始出現(xiàn)支承壓力顯現(xiàn)變化，并且在前方約25m處開始有應力峰值。峰值應力值約為34～36MPa，應力集中系數約為 1.48～1.57。

圖1 主應力圖

圖2 垂直應力分布示意圖

3 現(xiàn)場實測研究

（1）儀器布置參數

鉆孔應力計沿軌道順槽布置，監(jiān)測區(qū)域主要位于3305下工作面軌道順槽內，用于觀測軌道順槽內工作面前方煤體支撐壓力的分布情況和應力增加區(qū)的峰值大小。在調查區(qū)域內安裝10個鉆孔應力計，編號為1～10。使用F3導線點做為參考點，將1～8號鉆孔應力計沿著巷道下幫向著工作面方向布置，兩兩間距10m，1～8號應力計的安裝深度分別為 9m、7m、5m、3m、3m、5m、7m、9m， 并 根據工作面煤壁確保1號鉆孔應力計與其間距不小于100m；9號、10號兩只應力計安裝在F6點附近，二者間距25～30m，距離底板1.2m，間距10m。

觀測周期：每2h觀測一次。

（2）實測數據分析

數據收集工作于2018年8月15日開始，應力值以及測站內部的綜合情況的記錄在超前187m開始進行，其中包括附近鉆孔卸壓和煤層注水軟化等施工擾動，并在宏觀上進行了描述。

由于鉆孔應力計在運輸、安裝、使用中可能存在一定的問題，導致出現(xiàn)一些讀數不合理、無法讀數等的情況。在實際數據分析中，應根據實際情況排除不合理的讀數和無讀數的鉆孔應力計數據，防止其影響數據分析的準確性。3305下工作面鉆孔應力讀數如表1所示。

表1 3305工作面鉆孔應力數據

通過對圖3中的第2#與5#鉆孔應力計的應力讀數比對可以看出，該工作面超前支撐壓力變化曲線與實際壓力分布變化曲線規(guī)律相似。本工作面超前支承壓力從超前煤壁80～90m處開始有明顯影響，在與頂板動態(tài)儀監(jiān)測數據所分析的支承壓力進行比對后，鉆孔應力計監(jiān)測的顯著影響范圍更大。再結合3305下工作面的推進計劃方案，在對該工作面進行礦壓觀測期間，在超前煤壁前方80～100m處需要進行擴面工作，與此同時，該地段存有較大斷層構造帶，支承壓力無法正常傳遞并集中在斷層邊界附近。上述影響因素相互疊加，增大了支撐應力影響范圍。

圖3 應力隨超前工作面距離變化曲線

根據應力場疊加原理和實時監(jiān)測數據，再結合上述情況進行分析，工作面超前支承壓力顯著影響范圍為55～60m；支承壓力峰值位置分別出現(xiàn)在21m、23m、28m，即其壓力峰值位置約為24m。

4 結論

運用數值模擬和現(xiàn)場監(jiān)測相結合的方法，確定工作面超前支承壓力峰值位置和超前支承壓力影響范圍。在對1305工作面進行數值模擬研究以及現(xiàn)場監(jiān)測的方法后，通過相互印證以及綜合分析表明，工作面超前支承壓力明顯影響范圍為60m，峰值位置在超前工作面25m處開始出現(xiàn)。