近距离煤层群采用走向长壁下行垮落法回采时，通常下组煤层的停采线都确定在上组煤层采后形成的固定支承压力影响区（见图1）以外，这样将势必导致自上而下随着支承压力影响区范围的扩大，煤柱越留越宽，一定程度上减少了工作面的可采走向长度，降低了资源回收率。如果采取一定的措施，使停采线的确定不受固定支承压力影响的约束，在一定的层间距下，安全合理的采出固定支承压力影响区内的煤炭资源，可以有效的增加工作面的可采储量，缓解采掘衔接，提高经济效益。现以高阳煤矿4306工作面为例对固定支承压力影响区内回采的矿压显现及顶板管理作一浅析。



图1支承压力影响下底板岩层中的应力分布

1开采技术条件及经济价值

高阳煤矿4306工作面开采山西组3^#煤层（见图2），煤层倾角3°～8°，平均5°，上距1^#、2^#煤层合并层层间距为6.7m，1^#、2^#煤层合并层厚4.1m，3^#煤层厚度1.9m，3^#煤层直接顶为厚6.7m的泥岩，基本项为8.0m的中砂岩（采后垮落），直接底为1.35m厚粉砂岩。1^#、2^#煤层合并层分别于1989年、1993年与408工作面对拉回采结束，其中1^#、2^#煤层合并层上分层采高2.0m，停采线距四采轨道55m，下分层采高2.1m，停采线距四采轨道90m。4306工作面为高档普采，单体液压支柱与金属π梁错距式支护，梁距375mm，交错距600mm，一梁二柱支设，柱距750mm，排距600mm，最大控顶距3.9m，最小控顶距3.3m。根据上、下分层采后形成的固定支承压力影响范围，设计3^#煤层停采线距四采轨道110m。



图2巷道布置平面图

实际回采时，在3^#煤层回采推进到设计停采线时，为保证全矿的均衡生产及提高资源回收率，经过分析，未按设计停采，采取了针对性的加强支护措施，继续推进，一直穿过1^#、2^#煤层合并层的上下分层停采线，克服了支承压力的影响，当月月产1.8万t，最后实际停采线距四采轨道50m，共延长了工作面的可采走向长度60m，采出了支承压力影响区内2万t的煤炭资源，创造经济价值200余万元，利润150余万元。

2支承压力影响区回采时的矿压显现

从3^#煤层推进到距2^#煤下分层停采线8m时，顶板压力逐步增强，直接顶裂隙发育，端面破碎度加大，顶板下沉速度加快，顶底板移近量加大，个别支柱出现钻底。在3^#煤层推进到2^#下分层停采线位置时，顶板出现明显的平行于工作面的裂隙。在工作面采煤机组割煤后，煤壁有时突然发生台阶下沉，下沉量达300mm，支柱钻底量加大，继续推进过2^#煤下分层停采线5m后，压力进一步增强，个别支柱安全阀开启，煤壁片帮严重，机道上方时有拉槽及小面积的漏顶发生，推进8个循环（5m）后顶板开始好转，随着回采的继续推进并逐渐远离2^#煤下分层停采线，矿压活动减弱，再推进到2^#上分层停采线时，二次重复上述矿压显现特征，但相对影响减弱如图3。



图3矿压显现图

3顶板加强管理措施

支承压力影响区内强烈的矿压显现特征，类同于工作面周期来压，在顶板管理上采取了针对措施，从技术管理上坚持矿压观测分析预报，指导生产，在支护上加大工作面支护密度，顶板改铺金属小格网，在煤帮增加贴帮点柱，点柱间距1000mm，缩小控顶距为2700mm，工作面基本支架改为齐梁直线柱（见图4），调斜工作面使其与顶板裂隙成一定角度，在穿过上、下分层停采线时，工作面逐段通过，减小应力峰值影响范围；同时提高泵站压力，保证支柱初撑力达规程要求。



图4齐梁直线柱支架布置平面图

4理论分析

集中力P作用在半无限体的平面上，对平面下方任一点M将发生影响，根据弹性理论得出在距平面体垂深Z，水平距离r处产生的垂直应力为：



上式是在集中力P作用下形成的应力分布情况，由此可得应力在岩体内的传递规律。如果将煤层开采理想化，岩体视为均质弹性体，对煤柱和煤体下方底板岩层的应力分布也可依据此规律做定性分析（见图5）。



图5支承压力在底板中传播规律示意图

煤层开采后引起应力重新分布形成支承压力，一般以高于原岩应力的5％作为支承压力区分界处，在采后随着时间的推移，支承压力由不稳定状态逐渐变为稳定的残余支承压力，峰值逐渐降低，影响范围不断扩大，支承压力向底板方向传播形成类似卵形的压力泡（如图1），一般在上层煤采后的煤柱下方一侧为增压区，而在采空区一侧为减压区。多煤层开采时，岩层内的等压力线较复杂。

显然，在停采线下方，正处于支承压力传递的应力增高区内，矿压显现强烈，支承压力向底板方向传播，不仅与相对上层煤的停采线水平距离有关，还与上层煤的垂直距离有关，垂距越大，影响越小。在煤层层间距一定的情况下支承压力在底板岩层中的水平影响范围可用下式确定（见图6）：



图6支承压力影响范围确定



α——煤层倾角；

θ——煤层影响角角的余角＝90°-β；

β——煤体影响角，其值可变化在25°～55°之间，通常支承压力越大及煤柱尺寸越小，影响角越大；

S——支承压力边界距上分层停采线的水平距离；

Z——回采煤层距上组煤垂直距离；

由于固定支承压力影响区内剪应力（重载应力）的增强，极易破坏上方裂体梁平衡结构，导致工作面顶板沿煤壁切落发生台阶下沉，因而要求工作面支架支护强度要提高，保证有足够的初撑力。

5结语

回采固定支承压力影响区内的煤炭资源时，支承压力的影响范围及强弱与采深、煤层层间距、煤柱尺寸、顶底板岩性、上下煤层回采间隔时间、采高、煤层倾角等多种综合因素有关，在支承压力影响区内回采时矿压特征类同于工作面周期来压，在一定条件下，通过充分的分析论证，采取一定的加强支护措施，有效控制顶板，回采是安全可行的，能够提高工作面可采储量，缓解采掘衔接，提高经济效益，具有一定的经济价值。