煤矿开采中的地应力特点及其应用

1、煤矿开采中的地应力特点及其应用摘要：现如今，随着时代的进步，煤矿行业也迅速发展起来。本文对煤矿开采 中地应力的特点进行了分析，结合煤矿开采实际情况对于原岩应力进行实地测量， 通过巷道原岩应力实测结果分析得出，一些准备巷道设置的方向和最大水平主应 力的方向相互垂直。因此，在这些巷道两帮位置处均需进一步强化了锚网支护， 确保煤矿开采的安全性。关键词：煤矿开采；地应力；特点；应用引言众所周知，地球无时无刻不在自传与公转着，在地球各种运动的过程中便会 产生多种天然的应力，这种应力潜藏于地层中，具有较大的能量以及工程破坏力。 原岩应力便是潜藏在没有受过工程干扰的地层之中的一种天热应力，当人们下井 挖巷道的时候，原始的地应力就会受到干扰，从而形成一组新的应力在巷道围岩 之中，这一新的应力就被称之为次生应力。在煤矿开采的过程中，对巷道进行掘 进，对工作面进行回采是其开采的主要活动形式，同其他的地下采矿工程一样， 研究与应用地应力的意义已经越来越突出，越来要重要的。1地应力概述地应力就是指在地层当中潜藏着，从来都没有被工程器械干扰的原岩应力， 也叫做天然的应力，因此又被称为岩体的初始应力和绝对应力。地

2、应力主要来自 于地球在自转与公转过程中、地幔热对流的产生以及地心引力和地球原有的内部 应力等各种各样的地球运功。在目前已经发现的地应力中，最主要的组成部分就 是构造应力和重力应力。在煤矿施工人员下井挖煤的时候，就会影响到原始的地 应力，会产生一种新的应力，这就是所谓的次生应力。煤矿井下巷道围岩的矿压 特征是由岩石所表现出来的力学特性与所处的地应力场来决定的。现如今，地应 力在煤矿工程中的意义已经越来越明了，开挖前岩体中已存在的地应力场与井下 巷道、硐室周围所分布的应力及相关的支护要求之间都存在一定的联系。2煤矿开采中的地应力特点目前，随着人类对地应力认识的程度不断提升，大部分工程施工都会对地应 力进行实地测量，这就为研究矿井原岩应力的特点和分布提供了技术基础。不同 时期或同一时期不同地点，地应力的方向和大小会存在很大的差距。例如，喜马 拉雅构造阶段，我国岩石圈中的地应力方向是南北向，而中国东部地应力的主要 方向为北北西一南南东，中国西部地应力的主要方向为北北东一南南西。然而， 到了新构造阶段，我国大部分北方地区地应力的主要方向为北东东一南南西至东 西向，而大部分南方地区地应力的主要方向

3、为北西一南东走向。从整体上开看， 中国地区的应力场方向呈现出一种放射状散布的特点。就煤矿开采中的应力来讲， 应力的特点以及分布规律主要有以下几点：垂直方向和水平方向共同作用后便形 成了岩层之中的原始应力场，在水平面上一般可以把地应力划分为最大水平应力 和最小水平应力。通常情况下，垂直应力会随着地层埋藏深度的增加而逐渐增大。 一般情况下，最大应力水平会大于垂直应力，但是有些情况下最小水平应力也大 于垂直应力水平。随着地层深埋深度的增加，水平地应力也会随之增大；最大应 力水平与最小应力水平往往相差较大，所以这就会使水平应力具有一定的方向性; 在地壳运动过程中，地球会产生一定的水平应力，而且在垂直方向上的自重应力 通常会扮演三轴试验中围压的角色，如果埋的深度增加，则会在一定程度上提升 围压，从而在岩断层或其它不连续面没有出现位移之前就会增大水平应力。3地应力对现有巷道影响分析某矿所掘巷道中，运输大巷、井筒及回风大巷采用锚网喷永久支护方式，个 别的准备巷道，如第一与第二回风巷和皮带运输巷采用锚网支护方式。上述巷道 基本上是沿着煤层的底板掘进，多属于煤巷。目前施工完成且处于使用的巷道， 基本上和

4、最大主应力方向平行。巷道的变形量相对较小，在巷道支护设计时无需 开展二次维护工作，仅个别位置，因受到陷落柱的影响，需强化支护。因不同区 域地应力值及方向等均不同。因此，在各个盘区中巷道所拥有的稳定性也有所差 异：准备开挖一些巷道，地应力作用对于一盘区所造成的影响最微弱；回采巷 道与最大水平主应力平行，巷道结构拥有较好的稳定性。这些巷道掘进时变形较 小，顶板管理简便。在四盘区，一些准备巷道设置的方向与最大水平主应力的 方向相互垂直，虽然这些巷道两帮均强化了锚网支护，支撑力有所提升，但因受 最大水平主应力的影响，导致顶板发生破坏问题，而且顶板破坏问题会越来越严 重，使得深层顶板结构也会发生破坏，使岩体结构的塑性变形区域扩大，导致顶 板的抗拉性能减弱。巷道常常发生冒顶落事故，个别区域依旧要进行二次维护。 另外，在此区域，巷道的底板结构同样出现了一定变形，回采作业时，因为采动 形成二次应力作用，导致巷道结构稳定性变差。应进一步的强化支护。3煤矿开采过程中地应力的应用某煤矿区存在生产矿井5对，其原煤的产量总和在2000万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

5、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。其地层倾角是3-16， 通常的时候是7，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

6、，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。结语综上所述，地应力又被称之为岩体的绝对应力、初始应力，指的是潜藏在没 有受过工程干扰的地层之中的一种天然应力。地应力是对工程岩中的体力学属性 进行确定，并对围岩力学的定性展开分析与研究，实现岩土工程设计与施工科学 化的重要前提。在煤矿开采的过程中，对巷道进行掘进，对工作面进行回采是其 开采的主要活动形式，同其他的地下采矿工程一样，研究与应用地应力的意义已经越来越突出，越来要重要的。参考文献1 孙守增.煤矿开采中的地应力特点及其应用研究D.山东科技大学,2018.2 康志华.煤矿开采中综合机械化和机电一体化的应用J.内蒙古煤炭经济， 2018（09）： 35-36.3 郑登基.煤矿开采中合理应用设备的意义J.黑龙江科技信息，2019（20）： 9.4 邱忠明.浅谈机械化在煤矿开采中的应用J.中国城市经济，2019（06）： 283.

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