隨著礦井開采年限的增加，四臺礦上組煤層基本采完，已逐步開始轉(zhuǎn)入開采下組煤層，由于上下煤層層間距大多很近，在開采過程中下部煤層頂板受上部煤層開采的影響很大，掘進(jìn)及回采過程中的頂板維護(hù)困難，在開采11#層404盤區(qū)極近距離煤層的過程中，我們采用理論分析和數(shù)值模擬的方法對大同礦區(qū)“兩硬”條件下開采極近距離煤層進(jìn)行了研究分析，得出了比較合理的極近距離煤層劃分及工作面圍巖的力學(xué)性能和承壓性能。 　　1　盤區(qū)概況 　　404盤區(qū)所處的開采水平為1045水平，盤區(qū)走向長度1340～1770m，傾斜長度1180m，上部10#層已回采結(jié)束，下部煤層包括11#層和盤區(qū)中部1000m段11#層與12-1#層合并層，厚度20～74m，平均厚度40m，煤層傾角1～6°，平均3°，煤層與10#層層間距04～178m，大部分區(qū)段為04～15m，平均1m，11#層平均埋深為230m。  　　404盤區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，有陷落柱4個，斷層分布較密集。11#層頂板為粉細(xì)砂巖互層，層理、節(jié)理、裂隙發(fā)育，穩(wěn)定性差，掘進(jìn)和回采時頂板不易維護(hù)，易發(fā)生漏頂事故。 　2　數(shù)值模擬分析煤層及頂?shù)装辶W(xué)參數(shù) 　　 我們以11#層404盤區(qū)首采工作面8423工作面的煤層開采條件作為模擬原型，煤層柱狀圖如圖1所示，通過實(shí)驗(yàn)室測試煤巖層力學(xué)參數(shù)見表1所示。模擬范圍和邊界條件依據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況確定，采空區(qū)冒落的矸石考慮為松散介質(zhì)。隨著工作面推進(jìn)，矸石在覆巖作用下逐步被壓實(shí)，其密度ρ、彈性摸量E和泊松比μ隨時間呈指數(shù)變化關(guān)系，最終達(dá)到恒定值。 　　3　上部煤層開采底板巖層塑性屈服特征 　　31　根據(jù)彈性理論確定底板巖層的塑性屈服特征 由于煤層的開采引起回采空間圍巖應(yīng)力重新分布，不僅在回采空間周圍的煤體上產(chǎn)生應(yīng)力集中，而且該應(yīng)力會向底板深部傳遞。對于長壁工作面，沿工作面推進(jìn)方向上的采空區(qū)空間斷面為矩形，開采高度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于開采寬度。在遠(yuǎn)離采場的地方，豎直方向受原始自重應(yīng)力q=γH的作用，水平方向受原始水平應(yīng)力λq的作用，其中λ為水平應(yīng)力系數(shù)。利用彈性理論及莫爾—庫侖準(zhǔn)則，可以求出開采層邊緣下方由于應(yīng)力集中導(dǎo)致的底板巖體塑性屈服深度h 　　該最大值在圖2所示采場邊緣巖體塑性屈服區(qū)域中θ=-7484°時取得（負(fù)號表示圖2中x軸順時針旋轉(zhuǎn)）。 　　上式表明，采場邊緣底板巖體最大塑性屈服深度與工作面開采寬度成正比，與巖體中自重應(yīng)力的平方成正比關(guān)系，與巖層自身單軸抗壓強(qiáng)度平方成反比關(guān)系。  　　巖層的單軸抗壓強(qiáng)度受節(jié)理、裂隙發(fā)育程度的影響較大。四臺礦近距離煤層之間的巖層多為砂巖類，通過實(shí)驗(yàn)室煤巖力學(xué)測試，得到的此類巖石塊體的單軸抗壓強(qiáng)度在552～6563MPa，巖層的節(jié)理裂隙影響系數(shù)一般為030～055，采場上覆巖層的平均容重為25kN/m3，煤層平均埋深230m，工作面長度為150m，由上式計(jì)算得到的極近距離煤層的間距為418～592m之間。 　　32　底板巖層塑性屈服特征數(shù)值模擬 　　本模型以11#層8423工作面開采條件為模擬原型，建立數(shù)值分析模型。經(jīng)過數(shù)值計(jì)算得出上部10#層工作面開采后底板應(yīng)力集中系數(shù)分布和塑性屈服區(qū)域 　　在距開采層3m的底板截面上，應(yīng)力峰值在煤壁前577m。在工作面推過后應(yīng)力由185γH急劇降至052γH（γH為原巖應(yīng)力），應(yīng)力差高達(dá)133γH。遠(yuǎn)離開采層時，應(yīng)力變化平緩，在深度8m處工作面推進(jìn)前的最大應(yīng)力為167γH（應(yīng)力峰值在煤壁前759m）。工作面推過后的最小應(yīng)力為065γH，應(yīng)力差為102γH。隨著采空區(qū)逐漸壓實(shí)，工作面前后方底板巖層應(yīng)力有小幅度的升高，如在10m深的截面上，在工作面后方40m處應(yīng)力可恢復(fù)到10γH，上述情況是由于采空區(qū)冒落矸石逐漸壓實(shí)后向底板傳遞的結(jié)果，底板應(yīng)力傳遞影響角δ約19°。不同位置的豎向剖面上，σz的分布不論是在采空區(qū)還是工作面前后方煤體所作的豎向剖面上，σz最終都趨于原巖應(yīng)力。 　　應(yīng)用莫爾—庫侖準(zhǔn)則，采用直線型包絡(luò)線計(jì)算底板巖層的剪切塑性屈服區(qū)分布。 　　由于底板受工作面超前支承壓力影響，采空區(qū)下方底板以剪切塑性屈服為主。 　　底板屈服范圍的確定：取安全系數(shù)SF=1時，底板屈服范圍在工作面煤壁前方165m、底板塑性屈服深度為53m；底板53m以下的SF＞1，說明底板53m以下巖層內(nèi)沒有剪切塑性屈服出現(xiàn)。 　　由于工作面持續(xù)向前推進(jìn)，底板塑性屈服區(qū)范圍隨之向前移動。巖石塑性屈服后具有不可逆性，最終導(dǎo)致采空區(qū)下方深度為53m（取SF=1）范圍內(nèi)的巖層受工作面采動影響而發(fā)生塑性屈服。 　　4　結(jié)論 　?。?）運(yùn)用彈塑性理論確定“兩硬”條件下上部煤層底板巖體最大損傷，確定大同礦區(qū)“兩硬”條件下煤層層間距6m以下的煤層為極近距離煤層。 　?。?）數(shù)值模擬結(jié)果表明，11#層8423工作面底板應(yīng)力傳遞影響角δ約為19°。采空區(qū)下方底板以剪切塑性屈服為主，在工作面煤壁前方約165m至采空區(qū)長度范圍內(nèi)的底板不同程度上產(chǎn)生剪切塑性屈服，塑性屈服最大深度約為53m。 　　參考文獻(xiàn) 　　1　徐永圻煤礦開采學(xué)［M］徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1999 　　2　 錢鳴高，劉聽成礦山壓力及其控制［M］北京：煤炭工業(yè)出版社，1992 　　3　呂家立礦山巖體力學(xué)［M］徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1996 信息來源于：中國煤炭