材料弹塑性分析、大变形分析以及模拟施工过程等领域优势显著，因而本文采用FLAC-3D数值仿真方法对采场支承压力分布规律进行研究。确定工作面前方支承压力分布范围，有利于防治煤壁片帮、顶板冒顶等事故，从而来指导工作面安全生产，对实现煤矿的高产高效具有重要的现实意义。
1 工程概况
山西某矿4305工作面位于井田南部，北为已采工作面4303，其他方向均为未开采煤体。埋深为370～542m，工作面走向长度为1010m，倾斜方向长度300m。煤层总厚度5.87m，平均厚度为5.23m，煤层倾角2～16°，平均8°。煤层为3#层，煤体呈黑色，内生裂隙发育，玻璃光泽。煤层内含炭质泥岩夹层，厚度为0.64m。老顶厚度11.23m，灰白色，细粒砂岩，波状层理，坚硬。直接顶为厚度4.85m砂质泥岩，黑色泥岩，有丰富的白云母片和植物化石，局部有裂隙。直接底为厚度7.48m，灰黑色，砂质泥岩，内含有白云母片及植物化石。老底为厚度2.62m灰色，细粒砂岩，中厚层状，坚硬。4305工作面采用大采高综合机械化开采技术采煤，生产中出现了煤壁较大范围片帮及巷道底板鼓现象，对工作面安全生产造成了严重影响。
2 大采高工作面推进围岩支承压力数值模拟
2.1 模型构建
采用FLAC3D有限差分数值仿真系统对长平矿4305工作面超前支承压力进行数值仿真研究，基于4305工作面现场情况建立数值模型如图1所示。模型尺寸为300×50×400（m），既煤层埋藏深度取400m，工作面推进方向为300m，模型计算时采用Mohr-Coulomb准则，模拟计算的煤岩体物理力学参数参见表1。共计开挖4步，每步20m跨度，开挖过程中垂直应力分布如图2所示。
2.2 支承压力分布情况
模型通过开挖了一定范围地单元格来表示工作面向前推进的距离，推进20m、40m、60m距离地应力分布情况如图2所示。应力云图表明，煤层向前推进后，原来处于应力平衡的煤岩体开始出现应力集中现象，并随着推进距离增加应力集中系数升高。支承应力分布情况：当工作面推进20m后，支承应力峰值位于工作面前方5.0m～6.0m之间，最大支承压应力为1.55倍原岩应力。工作面向前推进了60m后，支承应力峰值位于工作面前方7m～8m，最大支承压力为2.44倍原岩应力。开采前煤岩体处于应力平衡状态，受工作面开采影响应力经过调整重新分布后，出现了应力集中现象。随着推进距离增加，工作面垂直应力分布范围扩大，应力峰值更大，这是因为随着工作面向前推进，工作面前方煤岩体发生了应变软化，导致了应力峰值逐渐前移、范围增加。
2.3 支承压力分布规律
通过提取工作面前方支承压力峰值，来绘制0m～60m范围内支承压力峰值曲线，如图3所示。曲线表明：随着工作面推进距离增加，支承压力峰值逐渐升高，这是受开挖扰动影响，煤岩体内应力从原始状态到支承压力最大峰值的演化过程。支承压力分布规律：工作面从0m推进到60m过程中，支承压力峰值呈一直在处于逐渐增大的趋势，当工作面推进到60m后，支承压力峰值增加幅度明显减小，呈现出稳定状态。综合分析，最大支承压力峰值为14.8～24.4MPa，支承压力峰值点应力集中系数为1.48～2.44。
工作面分别推进20m、60m距离后的支承压力曲线分布情况如图4所示。表明：煤壁前方支承压力峰值距工作面较近区域呈现出快速升高，达到峰值后呈缓慢降低趋势。峰值位于煤壁前方3m～8m处，剧烈影响范围在0m～20m。随着工作面向前推进，顶板悬顶面积增大导致支承压力峰值增大，当峰值超过工作面前方煤岩体应力极限时，煤岩体将进入塑性破坏阶段，塑性破坏区增大到一定程度顶板将会断裂，造成工作面大面积来压，导致煤壁片帮等。研究支承压力分布规律对工作面煤壁片帮、顶板冒落的控制有一定意义。
3 结论
①相比其它方法，FLAC3D数值模拟软件能够有效、快捷地模拟工作面煤体超前支承压力分布范围及峰值大小。
②4305工作面支承压力分布范围为煤壁前方0～60m，影响剧烈范围在0m～20m，应力峰值点在3m～10m，峰值点应力集中系数为1.48～2.44。与普通综采面相比，大采高采场支承压力影响范围较大。
③支承压力是煤壁片帮及巷道底鼓的力源，支承压力分布规律能够为煤壁片帮及巷道底鼓机理研究与防治提供指导，为大采高工作面安全生产创造条件。
参考文献：
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