1绪论
1.1研究的背景
随着我国煤炭开釆的不断发展，地层浅部的煤炭资源越来越少，煤矿开采深度不可避免的逐渐增加。据资料显示，我国煤炭接近70%的储量埋藏在深部位置，我国矿井生产正以年均10m的速度向着深部开釆m。因此，我国需要对深部开采加大研究力度[2]。与浅部矿井相比较，深部矿井的地质条件更为复杂，矿压显现十分剧烈，巷道的变形破坏相当严重，井下巷道的后期维护更加困难，深部巷道围岩稳定性已是我国急需研究解决的问题[31。对于深部矿井，高地应力是引起巷道围岩变形破坏关键因素。本课题是以潘一东矿1231 (1)工作面的地质条件为背景，研究开采过程中的地应力变化情况。1231 (1)面总体上为一单斜构造形态，工作面走向长1366m,倾斜长240m，煤岩层倾角变化较大，平均倾角4°，工作面位于地下-778. 3m-839.1m，位于深部，巷道处于高应力区。工作面附近已掘进巷道，部分巷道受采动影响，支护基本失效，断面收缩变形严重，完全不能满足设计使用要求，由于处于深部位置，地压较高，地质条件十分复杂，后期修复与加固较困难。在受构造应力影响区域[""，采动应力干扰后，采动空间围岩在两种应力场親合作用下应力分布及演化更为复杂，因此，本文通过对采场围岩推进过程中应力演化规律研究，分析采动围岩的压力分布、采场围岩应力演化规律、构造应力对围岩应力分布的影响，为区段煤柱、保护煤柱留设及采准巷道稳定性控制提供理论依据。
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1.2国内外的研究现状
国际上把在井下工程岩体随开采深度增加进而表现出非线性力学现象时，所处于的深度和其更深处的地下空间称为深部，在此区间所进行的活动称为深部工柱国外对深部问题研究较早，从1980年初开始对深部问题进行探索。前苏联学者在80年代初就曾对1600m深矿井进行了探索，德国的科学人员在实验室内建设了大型相似模拟试验台，并借此进行深井矿压方面的研究。岩石力学学会曾于1989年，在法国举办了关于“深部岩石力学”的会议，并发行了一系列与之相关的论著最近一二十年来，国内外专家致力于研究改善深部围岩物理力学性质、应力测试、巷道围岩防治措施的问题，取得了一系列研究成果。国外多个国家如美国、澳大利亚、荷兰等成立了联合研究机构，通过配合与协作，对深部矿井相关理论基础和技术开发进行了深入研究。国外政府十分重视深部矿井的研究工作，如加拿大政府与国内矿业部门开展合作，在微震与岩爆预防，以及岩爆潜在巷道进行支护方面取得了很大成果；美国多所大学与国防部合作，针对岩爆和天然地震所发出的信号的不同进行了研究。随着我国浅部煤炭资源的逐渐枯竭，越来越多的矿井进入了深部开采。我国专家学者近些年来对深部开采进行了大量研究，提取得了很多研究成果。中国矿大、同济大学等国内一流大学，对深部软岩巷道支护、易发生岩爆巷道防治问题、科学化施工等方面进行了很多实验研究，具备了基础的研究条件，并获得了丰富的实践经验。中国年矿大对深部灾害生成机制研究、武大对深部巷道围岩稳定性研究以及淮南矿业对深部瓦斯抽采及防治等方面都作出了很多努力，并取得了相应的成果。
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2潘一东矿区地应力现场实测
深井煤层开采过程中，采动应力对巷道围岩变形破坏的影响是显著的，采动应力场及其分布特征对巷道围岩稳定性控制具有重要的作用。淮南潘谢矿区煤层开采釆场布置过程中发现，受地质及构造条件所限，不同釆场应力场空间特征差异性大。目前工作面及巷道空间位置布设关系多数根据前期经验数据，未能充分考虑煤系地层及构造特征条件下的原始应力状态，以及采动过程中釆场周边一定范围内围岩应力场分布特点，往往造成巷道设计上的缺陷，甚至造成较大的经济损失。为此，需要全面有效地研究采场空间原始及釆动过程中的应力场分布，讨论其空间演化规律。因此，开展深部采动空间围岩应力时空演化规律，结合重复釆动形成的采场围岩应力分布特征，分析采动应力对采准巷道稳定性影响及其控制对策为矿井安全高效生产提供重要支撑。拟以1231 (1)面开采对5条上山的影响为主，开展采场应力条件及其变化特征的原位测试工作。
2.1工作面地质概况
潘一东区位于潘一井田东翼，一水平标高-848m,矿井设计年产量为300万吨。11-2煤标高在-760m-835m之间。巷道设计五条，自西向东分别为岩石回风上山、矸石胶带机上山、轨道上山、运煤胶带机上山、煤层回风上山，巷道净间距自西向东依次为25m、30m. 30in和25m。五条上山平面布置如图6所示。1231(1)工作面位于西一采区上山以东，Fs2断层以北。工作面底板标高-778.3m-839.1m,走向长1366m，倾斜长240m。11-2煤层赋存稳定，煤厚0.2?8. Om,平均厚2. 45in。煤层产状为60-175°倾角0-10°，平均4°，煤层结构简单。煤层顶底板情况如表1所示。
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2.2地应力的测量的意义
目前，地壳应力状态的研究成果，在矿山工程设计中应用广泛，越来越多的理论研究和工程实践表明，地应力的大小的方向对于矿山相关工程的稳定性起着十分重要的作用。采场、巷道的围岩内应力分布对支护的影响十分巨大，这已为人们所认知，对地应力的测试研究，可为井下巷道支护及后期维护提供理论依据。同时，由于井下巷道的支护状况以及支护效果，受到地应力场、围岩性质、水文地质条件等多种因素的相互影响、相互作用。因此，在井下施工中，地应力的测试结果具有重要作用。本次试验采用的测量方法是钻孔应力解除法，通过现场测试确定岩体的三维应力状态。在现场，必须通过精密的测量仪器以及先进的测试技术，才能准确的测出测点的地应力数据。通过仪器测出数据，代入一系列力学公式中进行计算，可以得到最终的应力值。
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3单一煤层开采釆场围岩应力及移动变形相似模拟研究.........19
3.1相似模拟试验原理........19
3.2模型制作........20
3.3相似模拟实验结果分析........26
3.4小结........35
4工作面回采围岩应力演化规律数值模拟研究........37
4.1数值分析与模拟软件简介........37
4.2数值模型的建立........37
4.2.1计算模型及参数........37
4. 2.2模拟计算过程........39
4.3单一煤层开采来场围岩应力分布演化规律........40
4.4单一煤层开采采场围岩破坏特征........49
4.4.1不同推进距离沿煤层走向方向围岩破坏特征........49
4.4.2不同推进距离沿煤层倾向方向围岩破坏特征........52
4.5小结........55
5深部巷道围岩稳定性支护方案........57
5.1巷道围岩变形破坏的影响因素及支护原则........57
5.1.1巷道围岩变形破坏的基本因素........57
5.1.2巷道支护设计的基本原则........58
5.2巷道围岩支护加固方案研究........58
5.3 小结........61
5深部巷道围岩稳定性支护方案
5.1巷道围岩变形破坏的影响因素及支护原则
我国巷道围岩处于深部时，巷道两帮片帮，顶底板移近以及底鼓等问题是较为主要的破坏现象。所受到的变形破坏主要表现为巷道两帮片帮，顶板下沉以及巷道底板底鼓现象。造成这些破坏的影响因素主要有：潘一东矿井深部原岩应力在20?35Mpa之间，属于高地应力区，在高地应力范围内，巷道更容易出现底鼓、片帮等变形破坏特征。在巷道开挖过程中，巷道围岩应力会发生剧烈变化，局部应力集中，造成巷道变形破坏；当开挖结束后，巷道围岩原岩应力重新达到平衡之后，在新的应力作用下，巷道围岩也会慢慢产生流变现象。巷道围岩所处位置处的地质构造不同，也会对巷道造成很大的影响。具有破碎及散体结构的岩体，巷道围岩流变特征明显，易片帮，巷道支护不易；在断层处，岩体易松散破碎，且局部地应力相对较大，对巷道破坏影响较大。巷道围岩的岩性不同，岩石的物理力学性质的差异，其巷道失稳临界值也不同。
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结论
论文对淮矿集团潘一东矿区1231 (1)工作面进行了地应力实测，通过现场测试及实验室试验分析，得到了 1231 (1)工作面煤层回风上山处位置的地应力数据，分析了其应力场分布规律。同时通过相似模拟实验对现场进行模拟，以及数值模拟软件对开挖过程中的应力场演化规律进行了研究，得到了一下结论：
(1)通过应力解除法对1231(1)工作面煤层回风上山处位置进行了地应力测试。在本次测试中，最大主应力为23.72 Mpa,最小主应力为16. 85 Mpa，孔隙侧压系数为1.41，该测区地应力场以构造应力为主导。
(2)对潘一东矿区1231(1)工作面进行了相似模拟实验，工作面回采后，工作面直接顶初次垮落步距为30m，老顶初次来压步距为40m，周期来压步距约为9-15ra，釆空区覆岩裂隙经历了不发育、发育丰富、裂隙压实三个阶段。按工作面围岩在采动过程中的应力变化规律，可将工作面围岩分为五个部分：未受采动影响区；应力增高区；卸压区；压力增长区；压实区。
(3)结合工作面具体地质条件，通过数值模拟软件对工作面回采过程中的围岩应力变化进行了研究，随着工作面向前推进，工作面前方3-15m范围内，为应力剧烈升高区，15-40m为应力明显升高区，40-100m为应力升高区，这些应力升高区随着工作面的推进，持续向前转移演化。当推进距离超过200m后，上覆岩层卸压高度基本趋于稳定为80-120m。底板卸压区域在煤层底板下方约100m左右。在采空区两侧的顺槽附近，采空区外侧有一不规则形状的应力集中升高区，距离顺槽帮部约3?35ra之间，宽度为25-35m，高度为40-60m。
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参考文献（略）