摘 要：随着煤矿开采深度增加，综放开采回采巷道易发生冲击地压危害。研究综放工作面回采巷道冲击地压发生机理，结合工程实例，运用FLAC3D软件模拟综放面回采。分析了采用卸压措施前后煤层顶底板及两帮煤体移动变化规律、深部煤岩体受载及变形破坏规律、煤层应力变化及转移规律。研究结果对防治冲击地压有一定参考价值。
关键词：综放开采；冲击地压；应力集中；数值模拟
1 济三煤矿6303工作面辅顺煤体冲击现象
济三煤矿位于山东省济宁市东部，设计井型500万吨，矿井采用的采煤方法为综合机械化放顶煤开采，用直接跨落法管理顶板。6303工作面是六采区的第四个工作面。在其推进1310.7m（辅顺）时，在工作面辅顺距煤壁前方66～96m范围内，实体煤侧煤体瞬间突出，将工作面移动变电站的7个车盘子掀翻，造成工作面停产。煤体向巷道内冲出1～2m，冲出的煤体与顶板离层100～200mm。由于冲击地点附近没有作业人员，未造成人员伤亡。之后该辅顺又发生了几次小范围冲击。掘进期间也曾发生过三次冲击。
2 综放开采的计算模型
据济三煤矿提供的地质资料：六采区回采的3下煤层顶板老顶为坚硬稳定的中砂岩，泥硅质胶结，厚度大，平均厚度在23m左右，f =8～10。局部有直接顶，赋存不稳定，为粉砂岩和粉细砂岩互层，厚度在0～7m之间，f =4～6。3下煤层煤厚7.06～1.92m，平均4.75m。硬度f =1～2，倾角0～10°（大部分3～5°）。煤质性脆，硬度低，f =1～2，局部层理裂隙发育，具有较高的强度，单向抗压强度值为25MPa。6303辅顺为沿空掘进巷道，东临6302工作面采空区，护巷煤柱宽度4m，巷道全长2144m，巷道绝对标高-636.2～-678m，地表标高+33.7m，埋深669.9～771.7m。该巷沿3下煤底板掘进。
3下煤层覆存深度大、强度高、弹性大、脆性大，能积聚较多的弹性能，且其顶板厚度大、坚硬，符合冲击危险煤层的基本特征。可以判断在一定条件下，能产生冲击地压危害。本文数值模拟对模型采用虎克-布朗（Hoek-Brown）强度准则： （1）式中： 为岩石峰值强度的最大主应力； 为最小主应力； 为煤岩单轴抗压强度； 为材料常数，它们取决于煤岩性质和原始破裂状况。此外，当拉应力超过材料的抗拉强度时，材料单元发生拉破坏。
三维计算模型的长、宽、高设置为120m，120m和70m。由于计算模型主要考察巷道、顶板的变形和破坏情况及计算模型的单元所限，对计算模型单元采用不等分划分（见图1）。计算模型共划分有72000个立方体单元，模型侧面限制水平移动，底面限制垂直移动，上部施加上覆岩层的自重应力。
本次数值模拟对模型进行适当的简化，视上覆 图1 计算模型单元网格划分示意图
岩层、煤层和底板为均质、各项异性材料，不考虑岩层和矿体中的结构面、裂隙和软弱夹层对强度的影响。同时只对综采沿空巷道围岩破裂特性、范围及应力应变分布进行分析，略去周期来压对顶煤与直接顶破裂的影响。
3 计算过程及结果分析
模型计算从形成原始应力场开始，由于6303辅顺为沿空掘进巷道，东临6302工作面采空区，所以运算达到初始平衡后将模型左边30m宽的煤层性质采用了弱化措施，作为初始应力降低区，其周边围岩受到较大集中应力，如图2(a)所示。同时在模型中设了一系列点，从巷道开始掘进，就记录下这些点的位移与应力变化情况。计算时，首先在模型中形成顺槽和切眼，即在相应空间中把实单元变为空单元。然后，工作面每推进4m记录一次计算结果。由于工作面的不断推进，采空区和跨落区始终处于运动和变化之中，致使计算过程需要不断变换跨落区材料单元的力学参数和跨落区域。采空区跨落的矸石用一种弹模和强度较小的材料单元替代。
从最大主应力的等值图（图2(b)）分析可知：支承压力的峰值出现在6303辅顺实体煤侧距煤帮距离约7～9m，分析其受较大集中应力的原因为：①6303辅顺掘进后，其巷道两帮煤体受到塑性破坏，支承能力降低，应力向附
