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－南南东，中国西部地应力的主要方向为北北东－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－南南西至东西向，而大部分南方地区地应力的主要方向为北西－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，基本上和最大主应力方向平行。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆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：①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。②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，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
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论文作者: 李纪宝 刘力
论文发表刊物:《科学与技术》2020年第1期
论文发表时间:2020/4/29
标签：应力论文; 巷道论文; 煤矿论文; 水平论文; 顶板论文; 方向论文; 钻孔论文; 《科学与技术》2020年第1期论文;