【行业知识】回采工作面围岩应力分布有哪些特征？

作者：高路

       假设采空区周围的煤柱处于弹性变形状态，则煤柱的垂直正应力y的分布如图4中1所示。y随着与采空区边缘之间距离x的增大，按负指数曲线衰减。回采引起的支承压力分布范围为30~100m，通常在距采空区50~60m以外，就能观测到支承压力的影响。

       实际上，在高应力的作用下，煤柱在采空区边缘附近，会出现松散区和塑性区，并引起应力向围岩内部转移和围岩的塑性变形。在松散区（图4中Ⅰ）内，围岩已经松动破碎，基本不能传递垂直应力。塑性区靠已采区一侧（图中Ⅱ），压力下降，低于原岩应力H，围岩强度明显减弱，并发生松弛和位移。塑性区靠煤体一侧（图中Ⅲ）和弹性区应力升高部分（图中Ⅳ）为承载区。塑性区与弹性区的交界处是垂直应力最高的地方。

       煤柱的支承能力，随着远离煤柱边缘而明显增长。在距离煤柱边缘一定宽度内，存在着煤柱的支承能力与支承压力处于极限平衡的状态。运用岩体的极限平衡理论，可得到塑性区内任意处的垂直应力，应力降低区的宽度，以及塑性区宽度，即支承压力顶峰与煤柱边缘之间的距离x0的方程式。

       如图4所示，在煤柱的极限平衡区内取一宽度为dx的单元体，促使单元体向采空区方向压出的是水平挤压力，而阻止单元体压出的是粘结力及煤柱与顶底板接触面之间的摩擦力，故单元体处于平衡状态的方程式为：

       回采对采前已经掘出的回撤通道的影响，实质上是在巷道周围形成了高应力场，从而改变了巷道受回采影响之前原岩应力的初始状态，致使巷道的围岩应力重新分布、塑性变形区扩大和周边位移显著增长。这个高应力场是变化的、不均匀的，它主要取决于通道与采煤工作面的临近距离，周围的采动状况。

       回撤通道开掘到报废，变形和破坏的特点与沿空留巷有相似之处。在回采工作面采透回撤通道后，通道一侧煤体不复存在。一帮是受强烈支承压力作用过的破碎煤体，另一侧为采空区，受力状况与一般巷道有明显差别。此时，回撤通道的围岩变形，除与煤帮的支承压力和顶板载荷有关外，其顶板下沉量主要取决于裂隙带岩层取得平衡之前的强烈沉降。

       在回采工作面采透回撤通道后，由于裂隙带岩层取得平衡之前的急剧沉降，引起通顶板在短期内强烈下沉，同时煤帮侧压也较强烈。回撤通道顶板下沉量随通道宽度和悬顶距的增大按正比增长。回撤通道的顶板下沉量，靠采空区一侧比靠煤帮处要大得多，顶板明显地向采空区方向倾斜。

       煤帮应力和稳定性对回撤通道顶板也产生明显影响。若煤帮严重破坏，裂隙带岩层沉降就会向煤体纵深发展，回撤通道顶板下沉量和煤帮位移量都将显著增长。

       一般情况下，回撤通道的加强支护难以阻止上位岩层处于平衡状态以前所产生的顶板沉降量。但支护提供的支护阻力，应能避免直接顶板及其与上部岩层之间产生过大的离层，以及岩层断裂并发生错动，保证上覆岩层运动趋向缓和，有效地控制顶板下沉。加强支护还必须具有足够的可缩量，要求支护在工作面附近迅速增阻，然后保持恒阻的工作状态。

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