应力演化及分布数值模拟研究

PAGE11.绪论1.1选题目的和意义近年来，虽然我国煤炭能源消费比重随着风能、太阳能、核能等清洁能源的增加而逐渐降低，但我国以煤炭作为能源主体的格局短时间内不会改变。预计到2020年，我国煤炭的原煤产量将维持在大约26亿吨标准煤。由于煤炭的大量需求导致煤炭资源被高强度开采,浅部赋存条件较好的煤炭资源越来越少。占我国煤炭产量90%以上的井工开采矿井,其平均开采深度正以每年超过20m的速度向深部递增，开采条件是世界上最复杂的国家之一。冲击地压是煤矿开采中的典型的煤岩动力灾害之一，通常是在煤、岩力学系统达到极限强度时，以突然、急剧、猛烈的形式释放弹性能，导致煤岩层瞬时破坏并伴随有煤粉和岩石的冲击，造成井巷的破坏及人身伤亡事故。在我国，冲击地压作为一种特殊的矿压显现形式，已经成为煤矿开采，特别是深部开采矿井的主要灾害，严重威胁煤矿的安全生产。这些灾害即给国家和人们的生命造成了巨大的损失，又严重损害了我国煤炭企业的形象。目前煤层的解危措施主要采用煤层卸载爆技术、煤层注水技术、深孔断顶爆破技术、定向水力割缝技术及钻孔卸压技术等局部解危方式预防冲击地压，这些技术已经被广泛推广且取得了良好的防冲效果，但这些措施的应用主要目的大都是转移围岩应力集中程度，并未从根本上解除冲击地压的危险性。作为最有效的解危战略措施之一的保护层开采技术目前已经大规模应用于煤与瓦斯突出煤层治理方面，相关研究也取得重大进展，但在冲击地压治理中的应用及相关研究并不多见。深入研究冲击煤层上保护层开采过程中围岩应力演化规律对于被保护层开采防冲措施制定具有重要指导意义。同时还是保障我国能源安全开发、保护煤矿职工生命安全和合理利用国家矿产资源的国家重大战略需求。1.2国内外研究现状保护层开采后,煤岩层的卸压是其他参数(如煤层渗透率、煤层变形、煤的物理力学参数、瓦斯参数等)变化的基础,因此煤岩移动变形的研究对保护层开采具有较大的参考意义,由于煤岩层移动变形同时也是矿井防治水、地表下沉研究的基本理论,因而目前这方面已有大量的研究。煤岩层变形与矿山压力理论关系密切,目前已有大量关于采场覆岩变形的研究,国内外许多学者提出了多种假说。从1928年

W.Hark

和

G.Gillitzer

提出“压力拱”假说开始,先后出现大量假说,具有代表性的有

A.拉巴斯的预成裂隙假说(1947),库兹涅佐夫的铰接岩块假说(1950),钱鸣高院士的砌体梁假说(七十年代末),宋振骐院士的“传递岩梁”假说(七十年代末)。现阶段认可度较高的为砌体梁假说和传递岩梁假说。砌体梁假说认为覆岩中存在一些厚度大、强度相对其他岩层来说较高的关键层,关键层控制着整个岩层的移动,随工作面的推进而断裂成整齐的岩块,断裂岩块之间形成铰接结构,形成的铰接结构可能是外形似梁而实质为拱的结构体。砌体梁结构模型可以描述破断岩块的排列形式和咬合特征,能解释采场矿压周期来压的现象律,并有利于解决支架-围岩关系等一系列问题。传递岩梁假说认为采场存在一组或多组岩梁结构控制着矿山压力的显现,该岩梁即为老顶,老顶中的每一岩梁在工作面回采后形成岩块并相互咬合,该咬合体能将上部压力向采空区以及工作面前方传递,传递的力可以压实采空区以及压紧工作面前方煤壁。传递岩梁理论对工作面支护、采场周期来压具有重要的指导意义。目前,国内仍有许多学者在这两种假说的基础上进行更为深入细致的研究,如王磊,谢广祥等研究了长壁工作面围岩应力壳分布及对破坏场的影响,得出破坏和裂隙一在应力壳高应力集中带及其上方岩层破坏和裂隙并不发育的结论;于辉认为煤层间存在基本顶结构时,基本顶破断后同时具有“砌体梁”结构和“悬臂梁”两种结构;王新丰,高明中等发现覆岩运移具有很强的时空观,顶板破坏范围与进度具有协调关系;王红伟研究并发现工作面走向顶板运移具有时序性、不均衡性;谢广祥发现应力壳的几何高度随采高增加而增加,壳基应力随采高增加而降低;尹光志,李小双等得出了倾角对采场围岩应力分布、支承压力的分布有显著影响,采场顶板应力分布是高度不均匀、不对称的结论;张华磊建立了跨采动压巷道的弹塑性力学模型;张向阳研究了煤柱影响下采场大范围内应力场、破坏场及位移场演化特征;施峰,王宏图等研究提出了俯伪斜基本顶的力学模型。大量的理论与实验研究表明,对于随煤层倾角的增大,冒落矸石可能沿底板滑移,滑移的矸石充填采空区下部,从而改变了煤岩层的运动与变形规律,使采空区形成下部充填较实,而部形成冒空,具有与水平、近水平煤层不同的非对称性的情况。沿倾斜方向开采时,上覆岩层破断后,岩块间相互咬合,形成铰接结构。覆岩层损伤破坏特征极大地影响着保护层开采效果,其损伤破坏的量化描述对保护层开采具有指导意义。个可用来以量化描述采动裂隙的参数是导水裂隙带高度,我国通过对百个工作面导水裂隙带的现场测定,获得了不同倾角覆岩导水裂隙带基本形态。保护层工作面回采后,导致原岩应力重新分布,煤岩层发生破坏变形。根据上覆岩体的移动、变形、破坏程度可分为三个带,即垮落带、裂隙带和弯曲下沉带,各带采动裂隙分布特征各不相同。有关采动裂隙的分布规律,国内外已有大量研究成果,李树清,何学秋等发现覆岩裂隙在双重卸压开采的作用下经历生成、扩展、压实、张拉、再压实的复杂过程;林海飞,李树刚等提出了“采动裂隙圆角矩形梯台带”工程简化模型,发现上覆岩层中破断裂隙和离层裂隙贯通后在空间形成椭抛带分布。

Palchik研究了采动裂隙的分布特征及裂隙带内横向裂隙的宽度及其影响因素,得出了沿层位水平裂隙形成的条件,观察到了乌克兰顿涅茨克煤田水平裂隙的发育在开采工作面上方12.9~149.4m(煤层采高0.8~工6m范围内)均有分布。1.3研究方案1.开展相似材料模拟实验2.远距离单一保护层开采，保护开采效果研究3.远距离多煤组保护层开采保护效果研究4.保护层开采其下覆不同层位煤岩应力演化规律2.相似材料模拟实验2.1相似模拟实验方案设计2.1.1实验研究背景实验以平煤八矿为研究背景，对远距离保护层的效果进行评价。平煤多数矿井均为多煤层组开采，以八矿典型采区工作面为研究对象开展组间保护层开采效果评估对瓦斯综合治理和煤矿安全高效生产具有较好的借鉴意义。平煤股份八矿主要可采煤层有丁5-6、戊9-10、己15和己16-17煤层，实验选取在平煤八矿一采区己15—21030工作面及所对应的丁组、戊组、己组煤层。该区域上覆区域存在只有戊组煤层开采，以便开展戊组煤层开采对己组煤层的保护效果；存在丁组戊组重叠开采区域，以便研究丁组戊组重叠开采对己组煤层的保护效果，如图2.1所示。红色为丁组巷道；蓝色为戊组巷道；绿色为己组巷道图2.1己1521030工作面对应试验区域该区域内分布有丁组（11010、11030、11050、11070工作面），戊组（21030、21050工作面）以及戊组21070工作面。同时己组21030工作面斜交于上述工作面，相交角度约为17度，对上述工作面布置进行进一步简化，得到工作面分布模型如图2.2所示。1、丁5-6-11010工作面；2、丁5-6-11030工作面；3、丁5-6-11050工作面；4、丁5-6-11070工作面；5、戊9-10-21030工作面；6、戊9-10-21050工作面；7、己15-21030工作面；图2.2保护效果研究考察简化依据地质资料，上述三组煤层平均倾角约为9°，结合平面分布简图2.2及工作面倾斜角度，建立了如图2.3所示的空间分布模型。图2.3研究区工作面空间位置关系2.1.2实验方法及内容（1）实验方法依据煤层赋存特征，研究区域主要分布有丁组、戊组及己组三层煤，因此保护形式可分为以下5种保护类型：①己组未保护区域；②戊组保护己组区域；③丁组+戊组保护己组的区域；④戊组未保护区域；⑤丁组保护戊组的区域。对保护效果进行分区考察，依据丁、戊、己三层煤层的采掘布置平面叠加图，依据上述保护关系进行区域划分，采用实验室实验、相似材料模拟、数值模拟及现场实测的手段，对上述保护关系条件下的保护范围进行划分。同时给出被保护层己组煤层的合理采掘部署。（2）实验内容开采丁组煤层，然后开采戊组煤层，检测各点应力及位移。试验主要研究对丁组煤层开采过程中对戊组及己组被保护层的保护效果，待稳定后对戊组煤层进行开采，研究对己组戊组煤层的保护效果，此时己组受到丁组和戊组重叠开采的影响，通过对比，分析该区域重叠开采对己组被保护层的保护效果。2.1.3相似模拟实验参数确定（1）模型相似比相似材料模拟实验台尺寸为长宽高为2850mm×300mm×2000mm，采用平面应力模型。根据现场条件及相似定律确定模型相似常数，其中几何相似比：；容重相似比：；时间相似比：。（2-1）（2-2）式中：αl—几何相似比αt—时间相似比lH—原型长度lM—模型长度（2）物理相似比在相似模拟中，起控制作用的物理常数往往因模型中所要解决的问题不同而不同，主要的物理量有时间、煤岩密度、强度，由公示2-3计算出模拟岩层强度相似比为300。（2-3）式中：ασ—强度相似比αγ—容重相似比αl—几何相似比（3）模型材料配比相似材料选用河沙和云母做骨料，石灰和石膏做胶结物，根据实验原型煤岩物理力学参数，通过换算和不同配比材料力学测试，依据相似材料配比表，对照得到配比号，以配比号对应模拟各分层生成配比表。配比表最小分度值为0.5cm。具体见表2.1。表2.1相似模拟实验材料配比表序号岩层分层厚/cm分层数配比号质量/kg砂/kg石灰/kg石膏/kg水/kg序号岩层10257317.4314.532.030.871.941泥岩4143719.3115.451.162.702.152中粒砂岩12643711.589.260.691.621.293砂质泥岩10557317.9814.992.100.902.004泥岩2143724.3919.511.463.412.715砂质泥岩2143725.6720.541.543.592.856细粒砂岩2143726.9521.561.623.772.997中粒砂岩4243728.0822.461.683.933.128砂质泥岩6343728.5622.851.714.003.179砂质泥岩4243728.5622.851.714.003.1710中粒砂岩2143728.5622.851.714.003.1711砂质泥岩6433728.5621.422.145.003.1712中粒砂岩2243714.2811.420.862.001.5913砂质泥岩1.1177315.7113.751.370.791.7514丁5-66343728.5622.851.714.003.1715中粒砂岩6343728.5622.851.714.003.1716砂质泥岩10543728.5622.851.714.003.1717砂质泥岩4243728.5622.851.714.003.1718砂质泥岩4443714.2811.420.862.001.5919中粒砂岩1.3177318.5616.241.620.932.0620戊9-101.7157324.2820.232.831.212.7021泥岩6343728.5622.851.714.003.1722中粒砂岩4257328.5623.803.331.433.1723泥岩2143728.5622.851.714.003.1724中粒砂岩8457328.5623.803.331.433.1725泥岩4257328.5623.803.331.433.1726泥岩6343728.5622.851.714.003.1727细粒砂岩4457328.5623.803.331.433.1728泥岩8457328.5623.803.331.433.1729泥岩2143728.5622.851.714.003.1730中粒砂岩2157328.5623.803.331.433.1731泥岩8443728.5622.851.714.003.1732细粒砂岩8443728.5622.851.714.003.1733砂质泥岩1.7177324.2821.242.120.912.7034己151.7143722.4517.961.353.142.4935砂质泥岩2143727.0721.661.623.793.0136细粒砂岩6353726.1121.761.313.052.9037石灰岩8343722.4217.931.353.142.4938砂质泥岩4157333.3127.763.891.673.7039泥岩10253728.1623.461.413.283.1340石灰岩14153731.1925.991.563.643.47（4）压力加载由几何相似常数得到模拟岩层的厚度不能反应全部柱状图，对上覆未能堆砌煤岩层采取等效应力载荷加载的方法进行施加。本次实验沿着垂直于戊组煤层工作面的，煤层倾斜方向截取剖面进行模拟，因此上覆岩层厚度不完全相同，如图2-1所示。丁组煤层上覆模拟岩层厚度自右向左逐渐增厚，故加载载荷呈依据上覆岩层自重应力场，采用应力相似常数，折算成模拟应力值。丁组煤层上覆模拟岩层厚度自右向左逐渐增厚，丁组煤层上覆岩层约550m，模型未能模拟高度右侧剩余500m，左侧剩余约400m。实验采用液压系统进行加载。具体计算如下：（2-4）式中：—各煤岩分层容重，i为1，2，3······—各煤岩分层厚度，j为1，2，3······—模拟地层位置处实际应力值（2-5）式中：—模型施加压强—强度相似比经计算，需要加载纵向载荷自右向左为0.032-0.026Mpa,。（5）开挖参数开挖参数主要涉及到采高、开采步距、开采时间间隔三个数量。模拟采高=实际生产采高/几何常数。丁5-6煤的实际煤厚为2.8m,几何常数为260，模拟的采高约为1.1cm；戊9-10煤的实际煤厚为3.3m,几何常数为260，模拟的采高约为1.3cm；己15煤的实际煤厚为4.4m,几何常数为260，模拟的采高约为1.7cm。本次实验沿着垂直戊组工作面倾向，平行于工作面推进方向，为能够使应力传递更加充分，实验每次回采4cm，时间间隔为30min。本次实验具体方案：模型模拟垂直于戊组工作面的煤层倾斜方向，模拟开采丁5.6、戊9.10煤层。如图2.1所示，先开采丁5.6煤层，开切眼处留设50cm煤柱以去除边界影响，以及观测边界煤柱对下覆煤岩层的影响，开挖60cm后，留设5cm煤柱，重复一个循环后，再进行开挖60cm，完成丁组煤层的回采。待应力监测数据基本稳定后，开采戊9.10煤层，开切眼处留设43cm煤柱以去除边界影响，以及观测边界煤柱对下覆煤岩层的影响，开挖80cm后，留设5cm煤柱，再开挖80cm，完成戊组煤层回采。2.1.4应力及位移监测点位置确定（1）应力监测点位置确定具体应力测点布置图如下所示。图2.4应力测点布置图实验对戊组煤层进行回采，研究保护层戊组煤层开采对被保护层己组煤层的保护效果。应力监测点布置如图4.4所示。应力监测点分为垂直应力监测点和水平应力监测点，其中在模型中共布置6行应力监测点，在戊组煤层底板埋设一行应力监测点，编号为A1-A9；在距离戊组煤层底板每间隔18cm，布置一行应力监测点，编号为B1-B3—E1-E3；在己组煤层底板布置一行应力监测点，编号为F1-F9；同时在戊组底板和己组顶板的中间位置布置两个水平应力监测点，戊组底板的应力监测点编号为G1，己组顶板处的应力监测点编号为G2。（2）位移监测点为了掌握覆岩下沉变化，采用XJTUDP三维光学摄影测量覆岩移动，摄影测量是以透视几何理论为基础，利用拍摄的图片，采用前方交会方法计算三维空间中被测物的几何参数。根据测量系统的要求在模型覆岩表面设定非编码点，相邻两列(行)非编码点距离均为100mm。为了便于说明，覆岩最下面平行于煤层的一行记为第1行，向上依次为第2-9行，最左侧一列记为第1列，向右依次编号为第2-19列。如：第5行，第9列测点简写为测点(5，9)。模型具体位移测点及非编码点的布置如图2.5所示。图2.5相似模型位移测点布置图2.1.5实验步骤(1)模型铺装①依据清单将模型堆砌工具准备到位；②将模型清理干净，在实验台内部两侧壁面上粘贴塑料布，保证岩层垮落，减小边界摩擦；③将纵向加载装置安装到位，以便铺装完成后对模型进行纵向加载；④将横向加载装置安装到位，以便铺装完成后对模型进行横向加载；⑤安装槽钢，槽钢安装前先清理干净，然后用塑料薄膜包裹，以减小与相似模拟材料粘连；⑥配料；单次铺设层厚不超过2cm，如有岩层厚度大于2cm将其分层，这部分工作在配料表中完成，具体配料时完全参考配料表。⑦按线装填，并按坐标埋设应力盒。应力传感器无缝隙面朝上，应力传感器头附近连线埋设过程中呈s型分布，剩余线尽量沿岩层走向穿过，横穿容易使岩层形成原始断裂，对垮落造成影响。(2)模型晾干模型堆砌完成后，拆下面板进行晾干，根据该季节室温与湿度晾干时间为5天。(3)模型开采前准备①待模型晾干后，在其最上层均匀铺设红砖，铺满整个上表面，其作用是保证纵向加载时上部受力的均匀；②对模型进行纵向加载，将覆岩未能铺设的岩层经过换算得出需要加载的应力，通过配重将其均匀的加载于模型上部；③连接应力传感器，将二十组测线按顺序链接到泰斯特静态数据采集仪上，通道与应力盒编号对应。接通数据采集仪，将应力盒灵敏度参数输入对应通道，平衡后准备记录应力数据；④制定数据记录表格，方便记录时数据填写，横坐标为测点距工作面距离，纵坐标为应变值。测点距工作面面距离依据开挖步距，测点位置确定。数据表格为excel表格。⑤布置散斑点，按照位移测点布置图将测点布置在设计好的位置。(4)开挖及数据采集①实验完成对保护层丁组煤层的回采实验，本实验的研究内容为丁组煤层、戊组煤层重叠开采过程中对己组煤层的保护效果，以及整个模型内的应力演化情况。由于丁组煤层回采时间较为久远，对丁组煤层快速开挖，重点研究丁组重新压实后对被保护层的保护效果影响，丁组煤层开挖过程中，每步开挖10cm，间隔1h，开挖完成后等待30h（重新压实后）后对戊组煤层进行开挖，开挖距离为5cm，间隔时间为50min；保护层回采完毕后，对己组煤层进行回采，以便验证被保护层的保护效果，开挖参数。②应力采集，应力数据记录过程为每次开挖完成后或模型发生垮落后记录一组应力值。测试内容依据电子表格内容直接填写。应力记录及时生成曲线；③照片采集，开采过程中及时对较为明显岩层移动变形现象进行拍照记录。开挖前进行一次拍照，拍照内容为整体实验模型，图片中需显示出即将开挖的是哪一步，这部分图像必须有，主要目的是分隔各时段图像，表明图像所示现象出现的时间节点。开挖过程中及开挖后实验图片记录视变形是否明显而定，若相对于之前图片未发生明显变化，则不予拍照。④位移闪斑采集，每次开挖后待模型稳定，对模型进行闪斑处理，闪斑后立即通过XJTUDP软件系统对闪斑照片进行处理，如未成功生成位移图像，立即重新闪斑。如开挖间隔期间模型发生垮落也需对其闪斑，记录开挖后垮落延迟时间。2.2煤层交错开采覆岩应力演化规律2.2.1覆岩垮落结构演化规律（1）丁组煤层开采如图2.6所示，丁组煤开切眼距边界30cm，当工作面自切眼开始推进100m时，直接顶依然保持完整，但出现明显裂隙，下沉量不明显，当工作面推进到104m时，煤层顶板发生初次垮落，整个顶板直接垮落下来，呈弯曲下沉的状态，顶板中间位置垮落至顶板上，两端为垮落。整个顶板悬露达到极限跨距，在工作面上方发生破断，形成老顶的初次断裂和初次来压，高度为44m，弯曲下沉的顶板整体性好。在煤层上方的顶板4-12m出现较大的横向裂隙及离层区域。图2.6模型丁组煤层初次垮落照图随着工作面的继续推进，顶板分别在工作面推进140m、174m、200m、256m、280m、314m，350m时发生周期性垮落，周期来压步距为35m。在丁组煤层向前推进过程中，煤层顶板的垮落形态始终呈弯曲下沉状态随工作面推进而垮落，顶板整体性较好。煤层上覆顶板裂隙及离层区域随着工作面的推进逐渐张开和闭合。（a）工作面推进140m（b）工作面推进200m（c）工作面推进260m（d）工作面推进320m（e）工作面推进380m图2.7工作面周期性垮落图（2）戊组煤层开采戊组煤层开切眼距离模型右侧60m，当工作面推进至100m时，顶板整体性较好，直接顶出现明显裂隙，并呈现下降趋势。当工作面回采至106m时，直接顶冒落到顶板上，垮落高度为4m，直接顶上覆出现离层区域，离层最大间隙为4m，如图2.8所示。（a）初次垮落前（b）直接顶垮落图2.8戊组煤层初次垮落前后对比图随着工作面进一步回采，工作面推进至130m处，直接顶横向裂隙裂隙进一步发育，工作面回采至190m，戊组上方顶板再次垮落，垮落高度为20m，继续向前推进至200m时，煤层上覆顶板纵向裂隙进一步发育，贯通至丁组采空区，老顶垮落，直至模型顶端，垮落具有一定突然性，如图2.9所示。（a）工作面推进190m（b）工作面推进200m图2.9工作面垮落图工作面继续推进至350m完成回采，其间工作面分别在156m、190m、200m、290m、308m、346m发生周期性垮落，平均垮落距为40m。工作面的垮落角如图2.10所示，分别为63°和64°。2.2.2岩层移动变形演化规律（1）丁组煤层开采根据散斑软件对实验回采过程中的数据采集，给出丁组煤层回采完成时，模型内各位移监测点的位移变化云图，如图2.11所示。由图可以看出，丁组煤层顶板垮落现象明显，其底板位移无变化。图2.11模型丁组煤层回采后的位移变化云图（2）戊组煤层开采根据散斑软件对实验回采过程中的数据采集，给出戊组煤层回采完成时，模型内各位移监测点的位移变化云图，如图2.12所示。由图可以看出，戊组煤层顶板垮落现象明显，其底板位移无变化。图2.12模型戊组煤层回采后的位移变化云图2.2.3应力演化规律（1）丁组开采过程中应力分布测点分组依据考察目的，在丁组开采过程中，将模型布置测点分为5组，如表4.11所示。表2.2丁组开采过程中应力分析测点分组测线对应测点A40221512B2122233124252627282930C141516173318192035D111213E12.345678910其中：A~E测线分别为底板不同层位的5条水平应力监测线，分析丁组推进过程中底板下方不同层位卸压范围；分析丁组采动过程中垂直应力在底板的传递变化规律，如图2.13所示。A组测线位于丁组开采层下方20cm处，依据相似比该位置距离底板40m。主要监测随工作面回采过程中丁组工作面前方及采空区后方的应力分布对A所在层位的影响。图中给出了丁组开采过程中该测线不同测点随工作面推进的应力变化及该测线在不同推进距离时对应的应力分布状态。图2.13丁组开采测线A测点分布图2.14丁组开采测线A应力变化规律由图2.14中曲线可知，工作面由0cm推进至60cm时，对应实际推进距离为0m~120m。A组测线测点整体呈现卸压趋势，此时开采段顶板未发生垮落压实，由于测点距离开采层较远，垂直应力变化不明显，主要为水平应力的整体变化，因此测点应力变化具有一致性。随着工作面进一步推进，工作面顶板垮落压实采空区，且顶板为弯曲下沉逐步压实，对应的底板卸压区域较小，因此各测点应力逐步增加并区域稳定。丁组煤层开采过程中A组测线变化一致，表明该位置受丁组开采影响作用较弱。图2.15丁组开采测线A采动前后应力变化图中数据表明，开采丁组后A组测线全部测点应力均发生下降，开挖后应力下降最大值为0.018MPa，换算为实际应力值为5.4MPa，卸压值为初始值的36%，表明丁组开采影响至底板下方该位置。B组测线位于丁组开采层下方45cm处，依据相似比该位置距离底板90m。主要监测随工作面回采过程中丁组工作面前方及采空区后方的应力分布对B所在层位的影响。图2.16中给出了丁组开采过程中该测线不同测点随工作面推进的应力变化及该测线在不同推进距离时对应的应力分布状态。图2.16丁组开采测线B测点分布图2.17丁组开采测线B应力变化规律由图2.18中曲线可知，随工作面回采，应力变化同一具有一致性，表现为应力先减小后增加。选取开采初期测线应力分布状态与开采结束后应力分布状态对比如下。开挖结束后测线B范围220m~316.6m测点应力低于初始应力值，最大卸压值为0.0165MPa，换算为实际应力值为4.95MPa，应力下降为初始值的30.9%，对应的卸压角为55°~60°。图2.18丁组开采测线B采动前后应力变化C组测线位于丁组开采层下方83cm处，依据相似比该位置距离底板166m。主要监测随工作面回采过程中丁组工作面前方及采空区后方的应力分布对C所在层位的影响。图2.19中给出了丁组开采过程中该测线不同测点随工作面推进的应力变化及该测线在不同推进距离时对应的应力分布状态。图2.19丁组开采测线C测点分布图2.20丁组开采测线C应力变化规律由图2.20中曲线可知，随工作面回采，应力变化同一具有一致性，该测线仅测点35表现异常，其余测点变化幅度较小，在初始应力值附近波动。选取开采初期测线应力分布状态与开采结束后应力分布状态对比如下：图2.21丁组开采测线C采动前后应力变化由图2.21可知，开挖结束后应力值小于初始应力值，相对于初始应力值最大卸压值约为0.0122MPa，换算为实际应力值约为3.66MPa，应力下降为初始值的20.4%。D组测线位于丁组开采层下方121.1cm处，依据相似比该位置距离底板242m。主要监测随工作面回采过程中丁组工作面前方及采空区后方的应力分布对D所在层位的影响。图2.22中给出了丁组开采过程中该测线不同测点随工作面推进的应力变化及该测线在不同推进距离时对应的应力分布状态。图2.22丁组开采测线D测点分布图2.23丁组开采测线D应力变化规律由图2.23中曲线可知，随工作面回采，应力变化同一具有一致性，说明该层位受到采动应力影响较小，选取开采初期测线应力分布状态与开采结束后应力分布状态对比如下：图2.24丁组开采测线D采动前后应力变化由图2.24可知，开挖结束后应力值均小于初始应力值，相对于初始应力值最大卸压值约为0.01MPa，换算为实际应力值约为3MPa，应力下降为初始值的15.2%。E组测线位于丁组开采层下方132.8cm处，依据相似比该位置距离底板264m。主要监测随工作面回采过程中丁组工作面前方及采空区后方的应力分布对E所在层位的影响。图2.25中给出了丁组开采过程中该测线不同测点随工作面推进的应力变化及该测线在不同推进距离时对应的应力分布状态。图2.25丁组开采测线E测点分布由图2..26中曲线可知，随工作面回采，应力变化具有一致性，说明该层位受到采动应力影响较小，选取开采初期测线应力分布状态与开采结束后应力分布状态对比如图2.27：图2.26丁组开采测线E应力变化规律图2.27丁组开采测线E采动前后应力变化由图2.27可知，开挖结束后应力值均小于初始应力值，丁组开挖对该层位有卸压作用，相对于初始应力值最大卸压值约为0.004MPa，换算为实际应力值约为1.2MPa，应力下降为初始值的6.0%。由上述分析可知，丁组开采后对下方各测线均有影响，应力变化特征如表4.12所示。由C组测线确定丁组煤层开采对戊组卸压保护角为60°。表2.3测点关键数据测线ABCDE测线距丁组煤层40m86m166m242m264m卸压最大值5.40MPa4.95MPa3.66MPa3.0MPa1.20MPa初始应力值14.8MPa15.8MPa17.8MPa19.7MPa20MPa卸压值占比36%30.9%20.4%15.2%6.0%卸压角未监测60°未监测未监测未监测（2）戊煤层开采覆岩应力场演化规律依据考察目的，在丁组开采过程中，将模型布置测点分为8组，如表4.13所示。表2.4戊组开采过程中应力分析测点分组测线对应测点B2122233124252627282930C141516173318192035D111213E12.345678910其中：B~E测线分别为底板不同层位的5条水平应力监测线，分析戊组推进过程中底板下方不同层位卸压范围，分析戊组采动过程中垂直应力在底板的传递变化规律。②不同分组测点随丁组工作面推进的变化规律B组测线位于戊组开采层下方3cm处，依据相似比该位置距离底板6m。主要监测随工作面回采过程中戊组组工作面前方及采空区后方的应力分布对B所在层位的影响。图2.28中给出了戊组开采过程中该测线不同测点随工作面推进的应力变化及该测线在不同推进距离时对应的应力分布状态。图2.28戊组开采测线B测点分布图2.29戊组开采测线B应力变化规律由图2.29中曲线变化规律可知，开采出去不同测点均出现一定程度卸压，当工作面推进至50m后戊组煤层顶板垮落范围影响至己组煤层下方，此时戊组煤层顶板压实采空区。对应的测点应力值增加。之后随着采出空间的进一步增加，B组测线应力值整体呈卸压状态。图2.30戊组开采测线B采动前后应力变化对比开采前及开采后应力状态可知，戊组开采使得B测线在-10~72.6及163~194范围内发生卸压，对应测点分别为22、23、31，而测点24~27处于压实状态。对应的测点28~30卸压。测点21位于煤柱下方，回采后受支承压力应力应力值增加。测点22、23、31位于开采后采空区下方，其中测点23及31位于压实应力区中央，受压实应力影响卸压值较小，测点23位于丁组及戊组共同采空区下方，且靠近丁组开切眼，其位于丁组卸压区下方，因此该位置卸压值较大。同时测点24~27位于丁组停采线卸压区域下方，受戊组开采影响丁戊间岩层弯曲变形，致使丁组顶板岩层应力向煤层深部转移，使得该位置测点进一步卸压，最终其应力值小于初始应力值，最大卸压值为10.8MPa，初始应力值为15.8MPa，卸压值为初始值的68.4%，最大卸压位置为开切眼测及停采线测。C组测线位于戊组开采层下方40.9cm处，依据相似比该位置距离底板81.8m。主要监测随工作面回采过程中戊组组工作面前方及采空区后方的应力分布对C所在层位的影响。图2.31中给出了戊组开采过程中该测线不同测点随工作面推进的应力变化及该测线在不同推进距离时对应的应力分布状态。图2.31戊组开采测线C测点分布图2.32戊组开采测线C应力变化规律由图2.32中曲线可知，随工作面回采，各测点应力变化均在初始值附近波动，说明该层位受到采动应力影响较小，选取开采初期测线应力分布状态与开采结束后应力分布状态对比如下:图2.33戊组开采测线C采动前后应力变化图2.33中曲线表明，受到戊组开采影响，C组测线位置部分测点发生卸压，且卸压位置发生在C组测线左侧，即戊组开采停采线一侧。由丁戊组开采空间关系可知，丁组戊组开采工作面存在空间内错关系，丁组开采超前与戊组布置，停采线处丁组工作面布置范围较戊组大，开切眼处较戊组小。有卸压变化规律可知，开切眼侧卸压影响范围较停采线测大，更利于底板卸压，即当丁戊同时开采时卸压影响范围要大于戊组单独开采时，且戊组开采可进一步影响丁戊岩层的下移，利于丁组开采工作面下方岩层的卸压。最大卸压值约为0.023MPa，换算为实际应力值约为7MPa，初始应力值为17.8MPa，卸压值为初始应力值的39%。D组测线位于戊组开采层下方79.1cm处，依据相似比该位置距离底板158.2m。主要监测随工作面回采过程中戊组组工作面前方及采空区后方的应力分布对D所在层位的影响。图2.34中给出了戊组开采过程中该测线不同测点随工作面推进的应力变化及该测线在不同推进距离时对应的应力分布状态。图2.34戊组开采测线D测点分布图2.35戊组开采测线D应力变化规律由图2.35中曲线可知，随工作面回采，各测点应力变化均在初始值附近波动，说明该层位受到采动应力影响较小，选取开采初期测线应力分布状态与开采结束后应力分布状态对比如下：图2.36戊组开采测线D采动前后应力变化由图2.36中曲线可知，测点11、13位于煤柱下方，开采对其影响较小。测点12位于戊组开采采空区下方，应力减小，卸压至为0.016MPa，换算为实际应力值约为5MPa，初始应力值为19.7MPa，卸压值为初始值的25.4%，表明戊组开采影响至该层位。E组测线位于戊组开采层下方90.8cm处，依据相似比该位置距离底板181.6m。主要监测随工作面回采过程中戊组组工作面前方及采空区后方的应力分布对E所在层位的影响。图2.37中给出了戊组开采过程中该测线不同测点随工作面推进的应力变化及该测线在不同推进距离时对应的应力分布状态。图2.37戊组开采测线E测点分布图2.38戊组开采测线E应力变化规律由图2.38中曲线可知，随工作面回采，各测点应力变化均在初始值附近波动，说明该层位受到采动应力影响较小，选取开采初期测线应力分布状态与开采结束后应力分布状态对比如下：图2.39戊组开采测线E采动前后应力变化由图2.39可知，开挖结束后E组测线均较初始应力值减小，靠近开切眼侧测点1、2、3位于戊组单独保护区域，该区域内测点卸压值约为0.02MPa，位于丁戊共同保护区域内测点卸压值约为0.011MPa，换算为实际应力值为3.3MPa，初始应力值为20MPa，卸压值为初始值的16.5%，表明戊组开采影响至该层位。依据测点位置及层间距，判定戊组单独开采保护卸压角为65°，丁戊开采保护卸压角大于70°。由上述分析可知，丁组开采后对下方各测线均有影响，应力变化特征如所示。由C组测线确定丁组煤层开采对戊组卸压保护角为60°。表2.5测点关键数据测线BCDE测线距戊组煤层6m81.8m158.2m181.6m卸压最大值10.8MPa7.0MPa5.0MPa3.3MPa初始应力值15.8MPa17.8MPa19.7MPa20MPa卸压值占比68.4%39%25.4%16.5%卸压角未监测未监测未监测戊组开采卸压65°，丁戊开采卸压角>70°2.3相似模拟实验小结（1）丁组煤层回采过程中，周期来压步距平均为34m，垮落角约为60°。戊组煤层回采过程中，周期来压步距平均为30m，垮落角平均为为63°。（2）丁组煤层开采对戊组、己组煤层均有卸压作用，对戊组煤层最大卸压值为4.95MPa，卸压值为初始应力值的30.9%，对己组煤层最大卸压值为1.2MPa，卸压值为初始应力值的6%。丁戊共同开采后卸压效果进一步增强，丁戊开采后对己组煤层最大卸压值为3.3MPa，卸压值为初始应力值的16.5%。（3）丁组煤层单独开采，走向卸压角为60°；戊组煤层开采时，走向卸压角为65°，丁戊共同开采时走向卸压角大于70°。3.应力演化及分布数值模拟研究3.1模型的建立及参数确定3.1.1模型建立根据平煤八矿确定的研究区域的工作面布置情况，采用FLAC3D数值计算软件，对多组煤层工作面重叠开采条件下应力分布情况进行了模拟。模拟依据平面布置图建立了等比例模型，建立模型尺寸为800m（x）×1400m（y）×500m（z）生成网格884800个，节点913680。丁、戊层间距为80m，戊、己层间距为170m。模型上表面距离地表约400m，顶面施加载荷为10MPa。模拟煤层倾角为9°，采用摩尔—库仑本构模型进行计算，模型前后、左右四个面约束其法向自由度，底面约束x、y、z三个方向自由度。建立的模型如图3.1所示。图3.1数值模型建立3.1.2计算参数的确定依据现场取样在实验室进行的参数测试结果，以及调研现有论文中关于平煤股份八矿地层力学参数的资料，同时考虑岩层与岩石试件在应力换算中存在的尺度效应，模拟计算采用的岩体力学参数如表3.1所示。表3.1数值计算选用的岩体力学参数岩层名称岩性密度/kg/m3体积模量/GPa剪切模量粘聚力/GPa黏聚力/MPa抗拉强度/MPa内摩擦角/°丁组老顶细粒砂岩2.9222.804.6832.2743.7718.83丁组直接顶砂质泥岩2.5715.821.3618.3513.6435.15丁组煤层煤1.332.210.961.7120.4934.80戊组老顶中粒砂岩2.9929.743.8532.2743.7718.83戊组直接顶砂质泥岩2.5715.821.3618.3513.6435.15戊组煤层煤1.332.210.961.7120.4934.80己组老顶泥岩2.339.141.3618.3513.6435.15己组直接顶砂质泥岩2.5715.821.3618.3513.6435.15己组煤层煤1.332.210.961.7120.4934.80己组直接底砂质泥岩2.5715.821.3618.3513.6435.153.2保护层开采应力分布规律3.2.1未开挖前初始应力分布状态根据实际生产条件，平煤八矿首先开采上覆的丁组煤层，丁组煤层开采结束后进行戊组煤层开采，现阶段准备进行己组煤层的开采工作。根据实际生产条件，模拟计算中先对丁组模拟工作面进行了开挖，待应力稳定后对戊组工作面进行开挖。丁组开挖结束后分析丁组在工作面倾向不同截面上的应力分布状态，分析丁组煤层开挖对戊组开挖的影响；戊组开挖结束后，在工作面同一分析工作面倾向不同截面上的应力分布状态，分析丁组、戊组叠加开采后，应力重分布状态，得到现阶段己组工作面在丁组戊组保护层保护作用下的应力分布；同时戊组开挖结束后选取了己15-21030工作面的走向截面，分析当前在保护层开采作用下的走向应力分布状态。为获取开采后的应力变化规律，截取了未受扰动前的应力分布状态，如图3.2、图3.3所示。图3.2倾向y=700截面初始应力分布状态图3.3己15-21030工作面走向斜切面初始应力分布状态3.2.2丁组煤层开采戊己未开采应力分布规律研究区域范围内共有丁组煤层工作面4个，且工作面布置长度不一。丁组煤层开采后对戊组及己组煤层应力分布产生影响，由于工作面长度不同，应力重分布在空间上分布不同，因此选取了三个倾向切面，分别距离模型边界200m、500m、900m。其中200m处截取丁5,6-11010工作面截面（如图3.4），500m处截取丁5,6-11010、丁5,6-11030工作面截面（如图3.5），900m处截取丁组四个工作面截面（如图3.6）。（a）切面位置（b）初始垂直应力（c）初始水平应力（e）开采后垂直应力（f）开采后水平应力图3.4丁组开采后y=200m倾向截面图3.4表明，丁组开采后y=200m倾向截面仅一个工作面时，工作面下方卸压，工作面两侧煤柱发生应力集中现象，应力分布状态如表3.2、表3.3所示。表3.2y=200m倾向截面开挖后工作面垂直应力分布工作面未开挖初始垂直应力值/MPa丁组开挖后工作面垂直应力值/MPa丁组开挖后两侧煤柱垂直应力最大值/MPa丁组煤层工作面-8~-90.24~-1-19己组煤层工作面-14~-16-13~-15-15表3.3y=200m倾向截面开挖后工作面水平应力分布工作面未开挖初始水平应力值/MPa丁组开挖后工作面水平应力值/MPa丁组开挖后两侧煤柱水平应力最大值/MPa丁组煤层工作面-9~-100.67~-5-7.5己组煤层工作面-13~-14-12~-15-12.5丁组煤层开挖后在，丁组煤层工作面范围内的垂直应力及水平应力均减小，两侧煤柱的垂直应力增加，水平应力减小。同时该截面位置，丁组煤层开挖后对己组煤层的应力变化影响较小，水平应力及垂直应力变化不明显，仅微弱卸压。图3.5丁组开采后y=500m倾向截面图3.5丁组开采后y=500m倾向截面图5.5表明，依据工作面布置空间关系，该截面内有2个丁组煤层工作面，1个戊组煤层工作面及1个己组煤层工作面。丁组煤层开采后，对下方的戊组工作面及己组工作面位置均产生影响，应力分布状态如表3.4、表3.5所示。表3.4y=500m倾向截面开挖后工作面垂直应力分布工作面未开挖初始垂直应力值/MPa丁组开挖后工作面垂直应力值/MPa丁组开挖后两侧煤柱垂直应力最大值/MPa丁组煤层工作面-8~-90.17~-2.5-39戊组煤层工作面-11~-12-5~-20-20己组煤层工作面-14~-16-12~-17-17表3.5y=500m倾向截面开挖后工作面水平应力分布工作面未开挖初始水平应力值/MPa丁组开挖后工作面水平应力值/MPa丁组开挖后两侧煤柱水平应力最大值/MPa丁组煤层工作面-9~-100.38~-5-5戊组煤层工作面-10~-11-10~-12-12己组煤层工作面-13~-14-12~-15-15丁组煤层开挖后，在工作面下方形成应力卸压去，两工作面间煤柱发生应力集中，且应力值较大为39MPa，两工作面间煤柱形成的应力集中区在底板传递范围较小，两工作面底板下方整体表现为卸压。而两工作面两侧煤柱应力集中对底板影响范围较大，因此戊、己组煤层在两工作面下方范围时卸压，在两工作面一侧煤柱时增压。丁组煤层开采后，对应的下方戊组煤层及己组煤层水平应力变化不明显。（a）切面位置（b）初始垂直应力（c）初始水平应力（e）开采后垂直应力（f）开采后水平应力图3.6丁组开采后y=900m倾向截面该截面位置能够体现丁组煤层开采4个工作面后地板应力分布状态及其对下方将要布置的戊组及己组工作面的影响。表3.6y=900m倾向截面开挖后工作面垂直应力分布工作面未开挖初始垂直应力值/MPa丁组开挖后工作面垂直应力值/MPa丁组开挖后两侧煤柱垂直应力最大值/MPa丁组煤层工作面-8~-90.2~-2.5-46戊组煤层工作面-11~-12-5~-6-12己组煤层工作面-14~-16-12~-14-12表3.7y=900m倾向截面开挖后工作面水平应力分布工作面未开挖初始水平应力值/MPa丁组开挖后工作面水平应力值/MPa丁组开挖后两侧煤柱水平应力最大值/MPa丁组煤层工作面-9~-10-0.34~-5-5戊组煤层工作面-10~-11-5~-6-10己组煤层工作面-13~-14-12~-15-15当丁组煤层截面具有4个连续工作面时，工作面间煤柱的应力集中程度进一步增加，但对于下方的戊组及己组煤层的工作面卸压作用增加，如表5.6所示。对于水平应力，丁组煤层工作面开采时，当开采范围增加时，开采层水平应力减小，同时对于其下方戊组煤层的水平应力产生一定影响，但对己组煤层的水平应力变化影响不大。综上：当开采丁组煤层时，依据现有采掘布置将工作面空间关系分为3类，分别为丁组单一工作面对底板应力分布的影响、丁组2个连续工作面对底板应力分布的影响、丁组4个连续工作面对底板应力分布的影响。其中丁组单一工作面开采后，应力集中区影响范围较大，卸压效果不明显。随着丁组开采工作面的增加，相邻两工作面间的应力集中区域在底板影响范围较小，此时当被保护层位与丁组工作面的层间距大于应力集中区域，且位于卸压影响范围时，卸压效果随着工作面数量的增加而逐渐增强。水平应力在开采层附近变化明显，随着开采工作面数量的增加，水平应力的在底板的影响范围增加，但没有垂直应力变化敏感。3.2.3丁戊组煤层开采己组未开采应力分布规律(a)切面位置（b）初始垂直应力（c）初始水平应力（e）开采后垂直应力（f）开采后水平应力图3.7丁戊组开采后y=150m倾向截面表3.8y=150m倾向截面开挖后工作面垂直应力分布工作面未开挖初始垂直应力值/MPa丁组开挖后工作面垂直应力值/MPa丁组开挖后两侧煤柱垂直应力最大值/MPa丁组煤层工作面-8~-90.13~-2-18己组煤层工作面-14~-16-14~-17-17丁戊组煤层开挖后，利于丁组煤层开挖后煤柱侧的应力集中向下传递，造成己组煤层所在位置的应力值较初始应力值增加，但增加不明显。表3.9y=200m倾向截面开挖后工作面水平应力分布工作面未开挖初始水平应力值/MPa丁组开挖后工作面水平应力值/MPa丁组开挖后两侧煤柱水平应力最大值/MPa丁组煤层工作面-9~-100.67~-5-7.5己组煤层工作面-13~-14-12~-15-12.5丁戊组煤层开采后，己组煤层的水平应力值变化较小。切面位置（b）初始垂直应力（c）初始水平应力（e）开采后垂直应力（f）开采后水平应力图3.8丁戊组开采后y=300m倾向截面表3.10y=300m倾向截面开挖后工作面垂直应力分布工作面未开挖初始垂直应力值/MPa丁组开挖后工作面垂直应力值/MPa丁组开挖后两侧煤柱垂直应力最大值/MPa丁组煤层工作面-8~-90.2~-2.5-34戊组煤层工作面-11~-120.2~-2.5-22己组煤层工作面-14~-16-10~-13-12图3.8表明，当丁组及戊组错位开挖时，由于戊组工作面的开挖，造成丁组煤柱侧的应力集中区域在底板影响范围增加，同时戊组开挖范围内的卸压区域在底板范围增加。此时己组煤层发生一定的卸压，卸压值为工作面两边大，中间小。表3.11y=300m倾向截面开挖后工作面水平应力分布工作面未开挖初始水平应力值/MPa丁组开挖后工作面水平应力值/MPa丁组开挖后两侧煤柱水平应力最大值/MPa丁组煤层工作面-9~-100.5~-5-5戊组煤层工作面-10~-11-0.5~-5-5己组煤层工作面-13~-14-10~-12-12戊组煤层开挖后，开挖工作面水平应力减小，且造成己组煤层的水平应力值减小。(a)切面位置（b）初始垂直应力（c）初始水平应力（e）开采后垂直应力（f）开采后水平应力图3.9丁戊组开采后y=400m倾向截面表3.12y=300m倾向截面开挖后工作面垂直应力分布工作面未开挖初始垂直应力值/MPa丁组开挖后工作面垂直应力值/MPa丁组开挖后两侧煤柱垂直应力最大值/MPa丁组煤层工作面-8~-90.3~-2.5-36戊组煤层工作面-11~-120.3~-2.5-22己组煤层工作面-14~-16-7.5~-12-12该截面处，戊组煤层开挖工作面上覆有叠加工作面，存在叠加工作面后丁组两工作面间煤柱的应力集中在底板传递范围减小，同时戊组开挖造成底板卸压范围的增加，此时丁组开挖工作面有部分处于戊组工作面下方的卸压区域，卸载至7.5MPa~10MPa之间。较初始应力值下降了33%~53%。表3.13y=300m倾向截面开挖后工作面水平应力分布工作面未开挖初始水平应力值/MPa丁组开挖后工作面水平应力值/MPa丁组开挖后两侧煤柱水平应力最大值/MPa丁组煤层工作面-9~-100.5~-5-5戊组煤层工作面-10~-11-0.5~-5-5己组煤层工作面-13~-14-10~-12-12己组煤层的水平应力值变化不明显，卸压值未发生明显变化。(a)切面位置（b）初始垂直应力（c）初始水平应力（e）开采后垂直应力（f）开采后水平应力图3.10丁戊组开采后y=580m倾向截面该截面处共有5个工作面，不同与y=300m截面，该截面内戊组两个工作面，其中一个工作面位于丁组两开采工作面煤柱下方，因此煤柱处的应力集中现象减弱，且丁戊组工作面开采叠加作用下对应的己组工作面的卸压范围增加。表3.14y=580m倾向截面开挖后工作面垂直应力分布工作面未开挖初始垂直应力值/MPa丁组开挖后工作面垂直应力值/MPa丁组开挖后两侧煤柱垂直应力最大值/MPa丁组煤层工作面-8~-90.3~-2.5-36戊组煤层工作面-11~-120.3~-2.5-20己组煤层工作面-14~-16-7.5~-10-10由表3.14可知，当己15-21030工作面位于丁戊两组煤层工作面重复采动卸压去下方时，卸压范围进一步向下延伸，己组煤层卸压值较大。表3.15y=580m倾向截面开挖后工作面水平应力分布工作面未开挖初始水平应力值/MPa丁组开挖后工作面水平应力值/MPa丁组开挖后两侧煤柱水平应力最大值/MPa丁组煤层工作面-9~-100.5~-5-5戊组煤层工作面-10~-11-0.5~-5-5己组煤层工作面-13~-14-10~-12-12水平应力变化在开采层较明显，对于己组煤层工作面所在位置影响较小。(a)切面位置（b）初始垂直应力（c）初始水平应力（e）开采后垂直应力（f）开采后水平应力图3.11丁戊组开采后y=900m倾向截面表3.16y=900m倾向截面开挖后工作面垂直应力分布工作面未开挖初始垂直应力值/MPa丁组开挖后工作面垂直应力值/MPa丁组开挖后两侧煤柱垂直应力最大值/MPa丁组煤层工作面-8~-90.4~-2.5-33戊组煤层工作面-11~-120.4~-2.5-15己组煤层工作面-14~-16-7.5~-12-12表5.17y=900m倾向截面开挖后工作面水平应力分布工作面未开挖初始水平应力值/MPa丁组开挖后工作面水平应力值/MPa丁组开挖后两侧煤柱水平应力最大值/MPa丁组煤层工作面-9~-100.5~-5-5戊组煤层工作面-10~-11-0.5~-5-5己组煤层工作面-13~-14-10~-12-12该切面位置共7个工作面，丁组煤层开采4个工作面，对应下方的卸压范围增加，此时己组煤层同样位于卸压范围内，且卸压值较前述切面位置变化较小。水平应力同样在开采工作面位置变化较大，在己组工作面变化较小。综上：①当丁戊组煤层工作面开采后，丁戊工作面在倾向上整体覆盖的范围越大对应的卸压影响范围越大，丁戊叠加区域卸压范围及深度大于丁组单独卸压的范围及深度。②戊组煤层工作面开采使得卸压范围在底板深度上得到扩展。③相邻两工作面的煤柱越窄其应力传递影响范围越小，戊组工作面位于丁组煤柱下方时，减小了丁组煤柱的应力集中。丁组工作面位于戊组工作面煤柱上方，减小了戊组煤柱的应力集中。④丁戊组煤层工作面开采对己组工作面位置处的水平应力影响较小。前述分析给出了空间分布的3组煤层工作面，在不同空间关系分布对己组煤层开采工作面位置处应力分布的影响规律，为进一步确定己组工作面的应力分布情况，取丁戊组煤层开采后，己15-21030工作面的走向切面垂直应力进行分析，得到如图3.12~图3.14所示。（a）切面位置（b）开采后垂直应力（c）开采后水平应力图3.12丁戊组开采后己15-21030工作面x=300切面由图3.12（b）可知，己组工作面在走向方向上卸压角不同，当己组工作面位于戊组开采层下方时，卸压角较大，位于丁组单独保护区域时，对应的卸压角较小，且水平应力变化较小。图3.13丁戊组开采前后己15-21030工作面x=300切面应力值对比由图5.13可知，最大卸压值位于工作面走向300m处和700m处，且卸