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【摘要】近些年来，随着交通建设的快速发展，高等级公路建设中越来越多地遇到下伏采空区，要想在采空区的地面修建我们的公路并保证公路的稳定性，就非常有必要对煤矿开采后，地表的沉降、地表水平位移、采区围岩应力场、采区围岩竖直位移进行研究。研究结果表明：煤层开采后地表沉降呈V字形分布，随着开采宽度的增加地表沉降槽的深度也逐渐加大;地表水平移动曲线存在两个极大值，以采区中线呈中心对称分布;围岩竖向应力场等值线图呈竖井状分布;围岩竖直位移场的分布情况与地表变形及围岩竖直应力场的特征相一致。
【关键词】公路下伏采空区;采宽;地表变形;地表水平变形
1、引言
本文以陕西彬县大佛寺煤矿（煤层厚度15m）为依托，采用大型离散元软件UDEC来研究煤层开采宽度对特厚煤层开采的影响，通过对不同开采宽度的开采，研究地表沉降变形、地表水平移动变形、围岩应力场和位移场分布特征，为采空区上方修建道路提供理论依据。
2、数值模型及分析方案
2.1 数值分析模型
大佛寺矿区位于彬长矿区开采边界内，采矿许可范围东西长约15km，南北宽约5.8km，生产能力为500万t/a。煤层埋深约为410m，煤层平均厚15m。
为了方便研究不同采宽对特厚煤层开采的影响，模型设定为单一工作面开采，长度为1000m，垂直高度为500m，煤层厚度为15m。本文采用大型离散元软件UDEC来模型采宽对特厚煤层开采的影响。
2.2 分析方案
为了研究不同采宽对厚煤层开采的影响，设定采宽分别为：10m，20m，30m，40m，50m，60m，70m，80m，90m。
3、开采宽度的影响研究
3.1 地表沉降规律
不同采宽条件下地表的沉降变形如下图所示：
地表沉降变形曲线近似呈V字形，以采空区中轴线为轴对称图形。各测点离开采工作面越近沉降变形越大，且随着开采宽度的增加沉降槽的深度也逐渐加大。开采宽度对地表沉降变形影响显著，采宽为10m时地表的最大沉降变形仅为28.2mm，而当采宽增加至90m时该值增至5169mm，增加了约180倍。此外还可以看出当采宽增至40m时沉降变形开始突然增大，40m采宽是地表沉降变形的转折点。当采宽小于40m時地表沉降几乎可以忽略，但当大于40m时地表沉降变形开始显著增长。
3.2 地表水平移动变形
不同采宽时地表的水平移动变形如下图所示：
地表水平移动曲线存在两个极大值，以采区中线呈中心对称分布。采区中线两侧地表相向移动，中线地表水平移动变形为0。地表移动变形最大值在距采区中线100m处，且随着开采宽度的增大该值也相应的增大。当开采宽度为10m时地表水平移动最大值约为9.10mm，而当开采宽度增至90m时该值增大为150.2mm，增加了约15倍，其增加幅度远小于地表沉降变形。但同地表沉降变形一样，随着采宽的增加水平移动变形也存在一个转折点，即当采宽超过40m时地表水平移动变形开始显著增长。
3.3 围岩应力场分布特征
煤层开采后引起围岩应力释放和调整，围岩竖向应力场等值线图呈竖井状分布。随着开采宽度的逐渐增大围岩应力场受扰动的范围不断增大，应力集中区域也不断发展。当采宽为10m时受扰动范围极小且几乎看不到应力集中区，而当采宽增至40m时两侧围岩出现了显著的应力集中区，当开采增至90m时这一范围进一步扩大并已发展至地表（围岩应力最大值约为-16.0MPa）。可见采宽为40m是应力发生显著变化的转折点，这与前面地表变形的分析结果一致。
3.4 围岩位移场分布特征
围岩竖直位移场的分布情况与地表变形及围岩竖直应力场的特征相一致。采宽为10m时围岩的变形较小，顶板的沉降值约为20cm，底板的隆起变形约为8cm。采宽增至40m时顶板出现了垮落现象且其高度约为20m。随后随着采宽的继续增大，垮落高度和范围进一步增大，当采宽增至90m时垮落高度增至40m，且垮落的范围也显著增大，变形场呈现出明显的分层分带现象。采宽40m是煤层顶板是否发生垮落的分界值。
结论：
本文通过对不同采宽开挖的数值模拟研究，主要取得了以下认识：（1） 地表变形随着采宽的增大而增大;（2） 采宽由10m增至90m时地表沉降变形增加了约180倍，水平移动变形增加了约15倍。40m采宽是地表变形显著增长的起始点，当采宽超过该值时围岩顶板存在垮落现象;（3）围岩竖向应力场等值线图呈竖井状分布;（4）围岩竖直位移场的分布情况与地表变形及围岩竖直应力场的特征相一致。
参考文献：
[1]黄珍珍.山区地表移动变形规律分析[J].煤炭科技，2015，1（1）：26～29.
[2]周晓军，鲜学福.煤岩体变形失稳破坏条件的研究[J].西部探矿工程.2009（4）
[3]郝海金.长壁大采高上覆岩层结构及采场支护参数的研究[D].北京：中国矿业大学，2004
【关键词】公路下伏采空区;采宽;地表变形;地表水平变形
1、引言
本文以陕西彬县大佛寺煤矿（煤层厚度15m）为依托，采用大型离散元软件UDEC来研究煤层开采宽度对特厚煤层开采的影响，通过对不同开采宽度的开采，研究地表沉降变形、地表水平移动变形、围岩应力场和位移场分布特征，为采空区上方修建道路提供理论依据。
2、数值模型及分析方案
2.1 数值分析模型
大佛寺矿区位于彬长矿区开采边界内，采矿许可范围东西长约15km，南北宽约5.8km，生产能力为500万t/a。煤层埋深约为410m，煤层平均厚15m。
为了方便研究不同采宽对特厚煤层开采的影响，模型设定为单一工作面开采，长度为1000m，垂直高度为500m，煤层厚度为15m。本文采用大型离散元软件UDEC来模型采宽对特厚煤层开采的影响。
2.2 分析方案
为了研究不同采宽对厚煤层开采的影响，设定采宽分别为：10m，20m，30m，40m，50m，60m，70m，80m，90m。
3、开采宽度的影响研究
3.1 地表沉降规律
不同采宽条件下地表的沉降变形如下图所示：
地表沉降变形曲线近似呈V字形，以采空区中轴线为轴对称图形。各测点离开采工作面越近沉降变形越大，且随着开采宽度的增加沉降槽的深度也逐渐加大。开采宽度对地表沉降变形影响显著，采宽为10m时地表的最大沉降变形仅为28.2mm，而当采宽增加至90m时该值增至5169mm，增加了约180倍。此外还可以看出当采宽增至40m时沉降变形开始突然增大，40m采宽是地表沉降变形的转折点。当采宽小于40m時地表沉降几乎可以忽略，但当大于40m时地表沉降变形开始显著增长。
3.2 地表水平移动变形
不同采宽时地表的水平移动变形如下图所示：
地表水平移动曲线存在两个极大值，以采区中线呈中心对称分布。采区中线两侧地表相向移动，中线地表水平移动变形为0。地表移动变形最大值在距采区中线100m处，且随着开采宽度的增大该值也相应的增大。当开采宽度为10m时地表水平移动最大值约为9.10mm，而当开采宽度增至90m时该值增大为150.2mm，增加了约15倍，其增加幅度远小于地表沉降变形。但同地表沉降变形一样，随着采宽的增加水平移动变形也存在一个转折点，即当采宽超过40m时地表水平移动变形开始显著增长。
3.3 围岩应力场分布特征
煤层开采后引起围岩应力释放和调整，围岩竖向应力场等值线图呈竖井状分布。随着开采宽度的逐渐增大围岩应力场受扰动的范围不断增大，应力集中区域也不断发展。当采宽为10m时受扰动范围极小且几乎看不到应力集中区，而当采宽增至40m时两侧围岩出现了显著的应力集中区，当开采增至90m时这一范围进一步扩大并已发展至地表（围岩应力最大值约为-16.0MPa）。可见采宽为40m是应力发生显著变化的转折点，这与前面地表变形的分析结果一致。
3.4 围岩位移场分布特征
围岩竖直位移场的分布情况与地表变形及围岩竖直应力场的特征相一致。采宽为10m时围岩的变形较小，顶板的沉降值约为20cm，底板的隆起变形约为8cm。采宽增至40m时顶板出现了垮落现象且其高度约为20m。随后随着采宽的继续增大，垮落高度和范围进一步增大，当采宽增至90m时垮落高度增至40m，且垮落的范围也显著增大，变形场呈现出明显的分层分带现象。采宽40m是煤层顶板是否发生垮落的分界值。
结论：
本文通过对不同采宽开挖的数值模拟研究，主要取得了以下认识：（1） 地表变形随着采宽的增大而增大;（2） 采宽由10m增至90m时地表沉降变形增加了约180倍，水平移动变形增加了约15倍。40m采宽是地表变形显著增长的起始点，当采宽超过该值时围岩顶板存在垮落现象;（3）围岩竖向应力场等值线图呈竖井状分布;（4）围岩竖直位移场的分布情况与地表变形及围岩竖直应力场的特征相一致。
参考文献：
[1]黄珍珍.山区地表移动变形规律分析[J].煤炭科技，2015，1（1）：26～29.
[2]周晓军，鲜学福.煤岩体变形失稳破坏条件的研究[J].西部探矿工程.2009（4）
[3]郝海金.长壁大采高上覆岩层结构及采场支护参数的研究[D].北京：中国矿业大学，2004