煤矿开采中的地应力特点与应用分析

摘要：地应力会破坏岩土工程，定性分析围岩力学特点的关键作用在于有效地设计岩土工程和科学化施工。为此，本文分析了地应力的涵义、特点，以及煤矿开采中的地应力应用问题，旨在确保安全地开采煤矿和岩土工程的质量达标。在开采煤矿的时候，需要掘进巷道，而煤矿开采的一种主要方式是回采工作面，跟其他的地下采矿工程相同，对地应力的分析与应用具备愈加显著的作用。

关键词：煤矿;开采;地应力;特点

一、地应力的涵义

（一）地应力

地应力指的是地层当中没有受到扰动的天然应力，也被叫作岩体的初始应力与绝对应力。地应力基于地球内部应力、地心引力、地球旋转、板块边界受压而形成，其关键的组成部分是重力应力场、构造应力场等。倘若将巷道开挖于地下，那么会影响到巷道周围的原应力，这样巷道围岩中的一种新型应力会形成，这被叫作次生应力或者是次生地应力。并且，在开采煤矿的情况下，次生应力与原始应力会影响到巷道围岩。

（二）开采中的地应力

采矿工程跟改变的地应力常常存在的关系非常直接，倘若岩石形成应力损坏，那么会阻碍工程的正常开展。为此，在支护设计与矿井设计的情况下，应对地应力大小、方向等关键信息进行准确把握，在开采煤矿的时候，绝大多数的掘进工程所影响到的附近地应力会超出岩石强度。在煤矿施工过程中，倘若能够系统地探究地应力，那么会大大地降低或者是防止破坏岩石情况，从而提高巷道的稳定性。

二、煤矿开采过程中的地应力特点

在煤矿开采的应力方面，煤矿开采的应力特点有：垂直应力会随着深度的加深而不断增大，在计算的过程中，实测应力的计算结果基本上等于垂直应力，两者之间几乎没有什么大的差距;在岩层中，经过地壳运动的垂直方向与水平方向的共同作用力之后，就会组成原始的应力场，并且通常情况下在水面上可以把地应力分开，可以分成最大水平应力和最小水平应力;水平应力也会随着深度的变化而发生一定程度的变化，一般情况下会随着深度的加深逐渐增大;一般情况下，垂直应力都小于水平应力，只是在较为特殊的状况下，最小的水平应力都比垂直应力大;水平应力往往都是地球在进行地壳运动的过程中产生的，这时在三轴试验中提供围压的任务就只能由垂直方向中的自重應力来完成。垂直应力提供的围压会随着深度的加深而不断增大，这种情况下在岩层中的不连续面以及沿断层没有发生移位之前，专递出来的水平应力还会随着深度的增加而增大。

三、煤矿开采中地应力对开采的影响

（一）原岩应力对开采的影响

在巷道附近存在的原岩应力和次生应力一般会导致岩层面或者岩石材料发生破坏，从而出现破坏区，但是破坏区范围内的岩石还会对下位岩层产生一定的膨胀载荷，从而出现顶板弯曲下沉现象。另外，还会在深度岩层形成新的破坏区或进一步向围岩深部转移。同时，原岩应力也会对巷道产生一定的影响。

（二）次生应力对开采的影响

煤矿开采过程中，会对原有采场围岩的原始应力产生一定的影响，从而导致岩体内应力集中以及应力的重新分布。在采空区两侧的煤体也会导致垂直应力的重新分布，所以为了减小沿空巷道的变形，巷道的布置位置应避免支撑压力的峰值部位，同时还要加强支护措施。如果长壁工作面与最大水平主应力存在一定的角度，这样会导致回风巷一侧或者运输巷一侧出现水平应力集中现象，该现象在严重时会对巷道造成一定的破坏。如果工作面前方的垂直应力集中超过岩石的强度，岩层则会形成破裂面，由于岩石向巷道内弯曲则会破坏掉弱的水平层面。

四、煤矿开采过程中地应力的应用

某煤矿区存在生产矿井20口，其原煤的产量总和业已在6500多万t以上，该煤矿的采煤技术和整体效益都非常理想。下面以此作为探究矿井应力的试验区。经过检测，该矿的应力轴向为北西西，其以东方作为倾伏向。宽缓褶皱是煤层的主导结构，并且绝大多数的断层都十分宽缓，生产过程中的小断层会形成较大的影响作用，因为煤层中存在比较多的正断层，在粉砂岩和泥岩等非常低强度的煤层中，共同密切关联的小断层形成十分小的落差，如此一来，顶板和底板都会出现改变，从而导致尤为破碎的现象出现。对于如此的地质状况，因为不具备发达的煤巷锚杆技术，为了确保开采矿山的安全性，需要在每一次的煤矿开采前对场地的地应力进行实际测量。首先需要对原岩应力测点进行布置，再对钻孔进行施工。想要将更大的施工空间提供给矿井巷道，能够先对原岩的应力进行测量。通常的测量范围都是在输送大巷当中或者是实体煤巷当中进行，通过应力实现钻孔深度的解除，如此的技术可以保障开挖煤巷的时候避免遇到复杂地质、恶劣地形的范围。在测量钻孔的过程中，能够通过地应力进行处理，然而，务必明确的一个问题是，应确保仰角保持在35°～45°之间。另外，对原岩应力进行测量的情况下，能够结合应力解除法加以测量。在应用此技术的情况下务必对导孔的范围进行确定。通常来讲，钻孔仰角的范围大概在35°～45°之间，而巷道宽度以及导孔深度需要比高于钻孔的至少3倍。接下来是钻孔安装钻应力计，应适度地清洁钻孔。在安装应力计的时候，应对其安装范围进行规划，在范围确定之后才可以进行有关的准备事宜，且在事先规划的范围从事安装。在安装完成应力计之后，第二天应实施应力计解除措施，并且最好控制在不到17个小时的黏结剂固化时间。

五、结束语

地应力是一种天然的应力，是指潜藏在地层中没有受到工程干扰的应力。然而，在煤矿开采时的地应力不仅包括原岩应力，也包括受采动影响的次生应力。煤矿开采的主要活动就是完成对巷道的掘进过程，以及工作面的回采过程，因此研究地应力的特点具有非常重要的意义。目前，对于地应力进行实测的方法有多种，但最佳的方法则是运用钻孔应力解除的方法，这种方法的测量准确度比较大。

参考文献：

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