王振WANG Zhen；張磊ZHANG Lei；牛宏亮NIU Hong-liang

（山東能源棗莊礦業(yè)集團，棗莊 277000）

（Shandong Energy Zaozhuang Mining Group Co.，Ltd.，Zaozhuang 277000，China）

0 引言

眾所周知，地球無時無刻不在自傳與公轉(zhuǎn)著，在地球各種運動的過程中便會產(chǎn)生多種天然的應(yīng)力，這種應(yīng)力潛藏于地層中，具有較大的能量以及工程破壞力[1]。原巖應(yīng)力便是潛藏在沒有受過工程干擾的地層之中的一種天熱應(yīng)力，當(dāng)人們下井挖巷道的時候，原始的地應(yīng)力就會受到干擾，從而形成一組新的應(yīng)力在巷道圍巖之中，這一新的應(yīng)力就被稱之為次生應(yīng)力[2]。在煤礦開采的過程中，對巷道進(jìn)行掘進(jìn)，對工作面進(jìn)行回采是其開采的主要活動形式，同其他的地下采礦工程一樣，研究與應(yīng)用地應(yīng)力的意義已經(jīng)越來越突出，越來要重要的。

1 地應(yīng)力概述

地應(yīng)力又被稱之為巖體的絕對應(yīng)力、初始應(yīng)力，指的是潛藏在沒有受過工程干擾的地層之中的一種天然應(yīng)力[3]。地球的自傳與公轉(zhuǎn)、地心引力、地幔熱對流、地球內(nèi)部應(yīng)力、板塊邊界受壓等各種地球運動的過程為地應(yīng)力產(chǎn)生的主要原因。在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的地應(yīng)力中，重力應(yīng)力與構(gòu)造應(yīng)力場為其主要的組成部分，當(dāng)人們開始下井挖巷道的時候，原始的地應(yīng)力就會受到干擾，從而形成一組新的應(yīng)力在巷道圍巖之中，這一新的應(yīng)力就被稱之為次生應(yīng)力。巖石所處的地應(yīng)力場與巖石表現(xiàn)出來的力學(xué)特性，直接決定著煤礦井下巷道圍巖的礦壓顯的特征[4]。

2 煤礦開采中的地應(yīng)力特點

隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)也得到了不斷地提高，人們在礦山工程中對地應(yīng)力的認(rèn)識也在不斷地提高[5]。人們對礦山工程中的地應(yīng)力有了一定的認(rèn)識高度，便會對工程中的可能存在的地應(yīng)力進(jìn)行大量的檢測工作，這樣便為煤礦開采中的地應(yīng)力特點的研究工作提供了一定的技術(shù)基礎(chǔ)。

單就地應(yīng)力的特點來說，不同時期，應(yīng)力作用的主應(yīng)力方向表現(xiàn)出來的特點也是不同的。比如在喜馬拉雅構(gòu)造時期，南北向為中國巖石圈的主要應(yīng)力方向，其中北北東-南南西的走向為中國西部的主要應(yīng)力方向，北北西-南南東為中國東部的主要應(yīng)力方向；到了新構(gòu)造時期，地應(yīng)力方向發(fā)生了翻天覆地的變化[6]。只有新疆的大部分地區(qū)與青藏高原的西部的主要應(yīng)力方向仍舊為北北東-南南西走向，中國北方大部分地區(qū)的主要應(yīng)力方向已經(jīng)有了全新的走向，即北東東-南西西至東西，中國南方大部分地區(qū)便衍變成為了北西-南東走向。將新疆大部分區(qū)域與青藏高原西部、中國北方發(fā)部分地區(qū)、中國南方大部分地區(qū)合并起來看，總體呈現(xiàn)出了一種放射狀散布的特點，這與之前構(gòu)造期表現(xiàn)出來的構(gòu)造應(yīng)力場都是不一樣的。

就煤礦開采中的應(yīng)力來說，煤礦開采的應(yīng)力特點主要表現(xiàn)：

①地殼構(gòu)造運動（水平方向）和垂直方向共同作用之后便會產(chǎn)生式原始應(yīng)力場在巖層中，而且在水平面上，通?？梢詫⒌貞?yīng)力分成最小水平應(yīng)力與最大水平應(yīng)力；

②當(dāng)埋的深度加深了，垂直應(yīng)力也會有一定程度的增大，實測的自重應(yīng)力和垂直應(yīng)力在進(jìn)行公示計算的時候，計算出來的結(jié)果應(yīng)該是基本相符的；

③通常情況下，垂直應(yīng)力都小于最大的水平應(yīng)力，甚至有些時候，垂直應(yīng)力會小于最小的水平應(yīng)力；

④當(dāng)埋的深度加深了，水平的應(yīng)力也會有一定程度的增大；

⑤通常情況下，最小水平應(yīng)力與最大的水平應(yīng)力的差距比較大，造成水平應(yīng)力受方向性的影響較為嚴(yán)重的局面；

⑥地球在進(jìn)行地殼構(gòu)造運動的過程中，往往會引起一定的水平應(yīng)力，提供相似的三軸試驗中的圍壓的角色則由垂直方向中的自重應(yīng)力扮演。當(dāng)埋的深度加深了，由垂直應(yīng)力提供出來的圍壓也會有一定程度的增大，這樣在巖層中的沿斷層或者其他不連續(xù)面沒有發(fā)生位移之前，其可以傳遞出來的水平應(yīng)力也會有會隨之而增大[7]。

3 煤礦開采中的地應(yīng)力應(yīng)用

某礦區(qū)現(xiàn)有十對生產(chǎn)礦井，2012年原煤的總產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到了6500 多萬噸，其采煤技術(shù)與綜合效益在國內(nèi)都算是一流的水準(zhǔn)。本文將這一礦區(qū)作為本文的礦井應(yīng)力的研究與應(yīng)用試驗區(qū)。

某礦區(qū)為北西西的軸向，傾伏方向為東。有3-16 度的地層傾角，通常為7 度，寬緩褶皺為其煤田內(nèi)的主要構(gòu)造，所有的斷層都不是很緊密。在生產(chǎn)過程中，小斷層帶來的影響比較大，因為煤層中很多都是正斷層，在頂板、底板的強度不夠高的粉砂巖、泥巖與鋁質(zhì)泥巖的煤層中，密集在一起的小斷層產(chǎn)生不了很大的落差，這樣，頂板與底板就會更加破碎。在這種地質(zhì)條件下，又沒有較為先進(jìn)的煤巷錨桿支護的技術(shù)，卻必須對礦山開采的生產(chǎn)安全性進(jìn)行保障。因此，對礦區(qū)的地應(yīng)力進(jìn)行現(xiàn)場的實測，并展開相關(guān)的試驗進(jìn)行研究，具有一定的必要性。

首先要對原巖的應(yīng)力的測點進(jìn)行布置，并對鉆孔展開施工。對原巖的應(yīng)力進(jìn)行測量可以為煤礦井下的巷道提供一定的施工空間。通常測量都是在運輸大巷或者實體煤巷中進(jìn)行，借用應(yīng)力對鉆孔的深度進(jìn)行解除，可以有效地避免地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜的部位。通過地應(yīng)力對鉆孔進(jìn)行測量的時候，通常需要35-45 度的仰角。

其次，可以運用應(yīng)力解除法對原巖的應(yīng)力進(jìn)行測量。使用應(yīng)力解除法的時候要選定好導(dǎo)孔的位置，鉆孔的仰角通常為35-45 度，與巷道寬度的相比，導(dǎo)孔的深度要超過巷道寬度至少三倍。然后要對鉆應(yīng)力計進(jìn)行孔安裝，并對鉆孔進(jìn)行清理。在安裝應(yīng)力計的時候，首先要對應(yīng)力計的安裝位置進(jìn)行確定，只有確定好了安裝位置，才可以展開準(zhǔn)備工作，并在指定的位置進(jìn)行安裝。安裝完了應(yīng)力計之后，要在安裝次日對應(yīng)力進(jìn)行解除，粘結(jié)劑固化的時間至多不能超過17 個小時。

4 結(jié)語

綜上所述，地應(yīng)力又被稱之為巖體的絕對應(yīng)力、初始應(yīng)力，指的是潛藏在沒有受過工程干擾的地層之中的一種天然應(yīng)力。地應(yīng)力是對工程巖中的體力學(xué)屬性進(jìn)行確定，并對圍巖力學(xué)的定性展開分析與研究，實現(xiàn)巖土工程設(shè)計與施工科學(xué)化的重要前提。在煤礦開采的過程中，對巷道進(jìn)行掘進(jìn)，對工作面進(jìn)行回采是其開采的主要活動形式，同其他的地下采礦工程一樣，研究與應(yīng)用地應(yīng)力的意義已經(jīng)越來越突出，越來要重要的。因此，在煤礦開采的過程中，對地應(yīng)力的特點及其應(yīng)用展開分析與研究，具有一定的研究價值與工程價值，也具有一定的必要性以及意義。

[1]陳炳強.科學(xué)管理方法在煤礦中應(yīng)用的新起點——記系統(tǒng)工程在煤礦開采中應(yīng)用專題學(xué)術(shù)討論會[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2006（12）：5-7.

[2]康志華.煤礦開采中綜合機械化和機電一體化的應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟，2013（09）：35-36.

[3]鄭登基.煤礦開采中合理應(yīng)用設(shè)備的意義[J].黑龍江科技信息，2012（20）：9.

[4]邱忠明.淺談機械化在煤礦開采中的應(yīng)用[J].中國城市經(jīng)濟，2011（06）：283.

[5]逯建剛，梁志明.薄煤層綜采機械化裝備配套的若干技術(shù)研究[J].科技信息，2011（10）：97-99.

[6]韓衛(wèi)清.輕型低位放頂煤工藝在西山礦區(qū)的適應(yīng)性分析[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟，2008（34）：68-70.

[7]郭凱.我國煤礦開采技術(shù)發(fā)展的方向探討[J].黑龍江科技信息，2008（16）：105-106.