试论煤矿开采中的地应力特点及其应用

[摘 要]为了提高矿石工程的水平和煤炭开采安全性的提升，本文就煤炭开采过程中的相关地应力以及运用的方法进行研究。

[关键词]煤炭开采 地应力 矿石工程

中图分类号：TD321 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）24-0388-01

俗话说“一日行千里”，意思是指一个人一天呆在原地，就可以运动千里以上，实际上是指地球的自行运动。地球时时刻刻不停地运转中，应力就是在地球自传的过程中产生的，这种力量能够蕴含在地层中，对工程而言有着很大的破坏力。原岩应力，是一种天然应力，这种应力储藏在没有受到破坏干扰的地层中，也被称为原始应力。当人们对土层进行工程施工时，原始的原岩应力就会受到破坏而改变，由此产生新的应力，即次生应力。次生应力存在于施工位置的周围，对工程开采的过程中产生的结果进行作用，这种作用表现在各个矿质开采中。我们对应力的分析与研究的重要性逐渐显露出来。

1、地应力的含义

地应力是指在没有受到外界工程干扰的地层中存在的一种自然力量，对地应力我们又称为初始应力和绝对应力。地应力的产生原因主要是地球引力、地壳边缘运动、地幔热对流、地球每部的应力以及地球自身转动和公转。在目前人们所知的范围内，构造应力和重力应力是地球应力中的重要组成部分。当人们开始开凿隧道的时候，原始的自然应力遭到人为施工的过程遭到破坏，在新再造的隧道岩石周围产生了新的用力，我们称这种新的应力为此生应力。在隧道周围的岩石上，显示出了次生应力的作用特征。

2、地应力在煤炭开采中的特点

随着科学技术和社会经济的不断发展，人们对地应力的认识在不断增强，在煤矿开采中，地应力的作用效果也逐渐被人们认识。人们在已知的基础上，对隧道周围的地应力进行检测，对我们研究煤炭开采过程中地应力的特点具有非常有效的研究依据和支持。

据研究的地应力所表现出来的特点较为复杂。在不同情况小，不同时间下，地应力对作用物具的作用现象以及作用点会各有不同。比如在我国喜马拉雅山的构造过程中，我国的纵向岩石层的应力是南北向的。其中南南西――北北东的走向是我国西部岩石原始应力的走向，但是到了地壳变化的下一个阶段时，原始地应力产生了翻天覆地的变化。我国东北地区的原始地应力，已经变化为北东东――南西西的走向，我国南方地区演变成了东北――西南的走向，只有新疆和青藏地区没有发生改变。结合青藏地区、新疆地区、我国南部地区以及我国北部地区地应力的作用现象可以看出，现在所表现出来的放射状现象，完全不同于以前。

由此可分析煤炭开采时原始地应力的特点：

（1）地壳运动过程中，地壳从垂直方向和水平方向相互作用，使得在地壳中产生原始地应力。通常，地应力可以在水平面上分为最大水平应力和最小水平应力。

（2）垂直应力受埋藏深度的影响。深度的不同，垂直应力的大小以不同。垂直应力和重力应力可以按照公式进行计算，和实际测量的结果几乎符合。

（3）一般情况下，垂直应力都较小，有时候会小于水平应力中的最大值，更有甚者，垂直应力值会小于水平应力中的最小值。

（4）水平应力的大小也会受到埋藏深度的影响。埋藏的越深，水平应力就会相应地增加。

（5）大多数情况下，水平应力的最小值远远小于水平应力的最大值。这种现象也造成了水平应力受方向性影响到局面。

（6）在地球地壳构造过程中，会产生一种水平地应力，在进行应力研究时，三轴试验中，我们往往以垂直应力中的重力应力为围压。如果埋藏的深度越深，重力应力提供的围压也会增加，水平方向的应力也会随着增大。在地壳的裂缝中或者衔接的地方，由于应力和围压的变化也会产生相应的移位变化。

3、煤炭开采施工中的应力应用

某地区的煤炭开采公司，具有10余条正在大量开采、生产的煤矿。仅2012年，公司的原煤产量总和可达到6500多万吨。开采煤矿的技术水平都属于国内领先水平。我们选择这一矿区进行对应力的分析和研究，在这一矿区内进行施工和研究。这个矿区的是以北西西为主轴线上，角度偏向东侧的3――15度左右。煤矿的内部结构主要是松缓褶皱的特点，以及地壳中的断层都不整齐。在煤炭施工开采的过程中，煤层中的小断层，具有重要意义、也具有非常大的影响力。由于煤层中大部分是正断层，在底部底板和顶部顶板的强度不够的泥岩、铝质泥岩和粉砂岩的的煤层中夹杂在中间的各个小断层并不能起到支撑作用，从而使得底板和顶板更加容易破碎。在这种恶劣的环境中，没有煤矿开采技术的支持，也没有煤矿开采锚杆支撑的技术，但是在这种情况下，必须要保证煤矿矿道生产的安全性。因此，对煤矿区地应力的测评，进行全面的测量，并根据实际情况，进行具体分析，研究应力的变化对发展开发煤炭开采安全性具有非常重要的必要性。

首先布置原岩应力测量的测点，并对测点进行打孔施工。应力的测量，能够为煤炭施工工程开拓工作空间。应力测量大多数选择在正在大量运输的煤矿矿道中或者已经开采之后的矿道，通过钻孔进行侧量的方法，根据测量的频率和测量点的位置，可以有效地比除掉较为复杂的地质层，更方便准确的进行有效测量。

其次，对原岩应力的测量还有一种方式是应力解除法。在进行应力解除的时候，要选择好钻孔的位置。注意打孔的仰角要成为45度，打出来的空的深度要比矿道宽度3倍还要多很多。对钻好的导孔进行清理，然后确定好安装测应力计的具置，和安装方法，只有先确定位置，才能尽行下一步研究。在安装应力计的时候要记得在安装次日就可以要回单据。在解除的过程中，使用粘结剂时需要注意，粘结剂的固化不能超过17小时。

总结

总而言之，地应力是指在没有受到外界人为工程干扰的地层中存在的一种原始自然力量，对地应力我们又称为初始应力和绝对应力。地应力的产生原因主要是地球引力、地壳边缘运动、地幔热对流、地球每部的应力以及地球自身转动和公转 。在工程岩石研究的过程中，地应力是一种岩石力中的体力学，对地应力的分析也可以理解为从力学的角度进行分析研究的。在煤炭开采的前期，地应力的研究，能够帮助煤矿开采人员进行科学的设计，地应力的研究，也是煤矿科学开采的重要前提。同时，很多矿物开发都需要开凿矿道，保证用工安全，是重中之重，由此显示，对地引力的分析以及研究具有明显的必要性。因此，在煤炭开采的过程中，对地应力的垂直方向和水平方向的应力的性质进行分析以及研究，具有相应的工程价值和研究价值，也更具有生活意义。

参考文献

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