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)生多種天然的應力，這種應力潛藏于地層中，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力，當人們下井挖巷道的時候，原始的地應力就會受到干擾，從而形成一組新的應力在巷道圍巖之中，這一新的應力就被稱之為次生應力[2]。在煤礦開采的過程中，對巷道進行掘進，對工作面進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，研究與應用地應力的意義已經(jīng)越來越突出，越來要重要的。

1 地應力概述

地應力又被稱之為巖體的絕對應力、初始應力，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)部應力、板塊邊界受壓等各種地球運動的過程為地應力產(chǎn)生的主要原因。在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的地應力中，重力應力與構(gòu)造應力場為其主要的組成部分，當人們開始下井挖巷道的時候，原始的地應力就會受到干擾，從而形成一組新的應力在巷道圍巖之中，這一新的應力就被稱之為次生應力。巖石所處的地應力場與巖石表現(xiàn)出來的力學特性，直接決定著煤礦井下巷道圍巖的礦壓顯的特征[4]。

2 煤礦開采中的地應力特點

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

單就地應力的特點來說，不同時期，應力作用的主應力方向表現(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力方向，其中北北東-南南西的走向為中國西部的主要應力方向，北北西-南南東為中國東部的主要應力方向；到了新構(gòu)造時期，地應力方向發(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)造應力場都是不一樣的。

就煤礦開采中的應力來說，煤礦開采的應力特點主要表現(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)生式原始應力場在巖層中，而且在水平面上，通?？梢詫⒌貞Ψ殖勺钚∷綉εc最大水平應力；

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

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

④當埋的深度加深了，水平的應力也會有一定程度的增大；

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

⑥地球在進行地殼構(gòu)造運動的過程中，往往會引起一定的水平應力，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力扮演。當埋的深度加深了，由垂直應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力也會有會隨之而增大[7]。

3 煤礦開采中的地應力應用

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。本文將這一礦區(qū)作為本文的礦井應力的研究與應用試驗區(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)安全性進行保障。因此，對礦區(qū)的地應力進行現(xiàn)場的實測，并展開相關(guān)的試驗進行研究，具有一定的必要性。

首先要對原巖的應力的測點進行布置，并對鉆孔展開施工。對原巖的應力進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行，借用應力對鉆孔的深度進行解除，可以有效地避免地質(zhì)構(gòu)造較為復雜的部位。通過地應力對鉆孔進行測量的時候，通常需要35-45 度的仰角。

其次，可以運用應力解除法對原巖的應力進行測量。使用應力解除法的時候要選定好導孔的位置，鉆孔的仰角通常為35-45 度，與巷道寬度的相比，導孔的深度要超過巷道寬度至少三倍。然后要對鉆應力計進行孔安裝，并對鉆孔進行清理。在安裝應力計的時候，首先要對應力計的安裝位置進行確定，只有確定好了安裝位置，才可以展開準備工作，并在指定的位置進行安裝。安裝完了應力計之后，要在安裝次日對應力進行解除，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，地應力又被稱之為巖體的絕對應力、初始應力，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力。地應力是對工程巖中的體力學屬性進行確定，并對圍巖力學的定性展開分析與研究，實現(xiàn)巖土工程設(shè)計與施工科學化的重要前提。在煤礦開采的過程中，對巷道進行掘進，對工作面進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，研究與應用地應力的意義已經(jīng)越來越突出，越來要重要的。因此，在煤礦開采的過程中，對地應力的特點及其應用展開分析與研究，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.科學管理方法在煤礦中應用的新起點——記系統(tǒng)工程在煤礦開采中應用專題學術(shù)討論會[J].煤炭科學技術(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.