基于矿开采的地应力特点及应用分析

申 昭

（太原理工大学 研究生院，山西 太原 048205）

1 矿井地应力的概念介绍及成因分析

原岩应力是一种天然应力， 它存在于地层中未受工程施工影响的地方，它主要是由地球的各种运动而形成。 在地下施工进行巷道挖掘时，巷道所在处以及附近的原始地应力会受到影响，在巷道的围岩中产生新的应力，这种应力叫做次生应力。采矿工程通过实践，总结出岩石受原岩应力和次生应力两种地应力的影响，通常在矿井巷道围岩所受的矿压由岩石的力学特性以及所处的地应力场决定。

随着时代的发展和采矿业的需求， 采矿工程逐渐对地应力的研究进行重视，并且能够清醒的认识地应力研究及应用对矿开采的作用。 采矿工程经过相关研究已经了解矿井巷道的应力分布与挖掘前岩体的地应力场有关，并且通过对地应力场的了解还能够了解相关的支护要求，做好矿开采的准备。

2 原岩应力分布特征以及对开采的影响

就目前采矿工程的技术而言， 原位测量是最可靠的测力方法， 它能够根据工程所需的不同测取不同深度的原岩应力。相比较原岩测量，地应力实测的方法要多很多，一般常用的有三类，分别是应力解除法、水压致裂法以及应力恢复法。 这三种方法分别应用于不同的情况，并且具有不同的特点和优势。 钻孔应力解除法与其他方法相比具有测量准确性高、 施工难度低、应用较为广泛的优势，这些优势使得该方法成为矿井原岩应力实测的优选方法。 应力解除法对于开采煤矿而言，能够适用于开拓巷道、采准硐室，通过测量还能够提供精准可靠的原岩应力数据，并且可以减少经济投入，该方法是众多测量方法中在经济上最合理的。

从以往原岩应力实测的经验和结果可以总结出矿井原岩应力的基本特点以及分布规律。 第一，垂直应力受深度的影响，埋深增加垂直应力也增加，通过实测可以验证垂直应力和自重应力公式计算的结果基本一致。 第二，最大水平应力普遍大于垂直应力，甚至在某些特殊情况下，最小水平应力也能大于垂直应力。 第三，水平应力也受埋深的影响，埋深增加水平应力也增加。 最后，最大水平应力和最小水平应力差值较大，这样的特性使得水平应力具有方向性的特征。

在巷道的挖掘中， 最大水平主应力角度不同将会影响到应力集中的程度，巷道状况也会表现出差别。 巷道挖掘方向平行于最大水平主应力的方向时， 巷道受水平应力的影响最小，这样的情况有利于顶底板实现稳定牢固。 巷道挖掘方向与最大水平主应力垂直时，巷道所受水平压力的影响最大，这样的情况对顶底板而言相当不利，容易致使顶底板不稳定，从而存在安全隐患。 当巷道挖掘方向与最大水平主应力有角度斜交时，巷道将会出现一侧应力集中、一侧应力释放的情况，并且容易致使顶底板偏向巷道的一侧或者变形损毁。

3 矿井次生应力分布特征及实测注意点

在矿开采中，除了原岩应力作用在围岩上以外，还有采掘活动产生的次生力对其具有影响， 该情况只出现于煤矿开采中，其他岩土工程不具备这样的特点。 因此，要进行矿开采活动，除了需要对原岩应力进行研究和实测以外，还需要对次生力进行相应的研究， 对影响开采范围内的次生力进行实测，从而全面了解开采过程中的应力影响，及时制定相关开采措施。

在确定次生力分布规律时需要通过实测和监测两种测量方法结合进行，在已开采过的地段安装次生力检测仪器，通过实测传感器进行实测。 监测工作需要在工作面回采前安装监测应力传感器，通过仪器监测了解次生应力的变化。 钻孔应力解除法除了对于原岩应力实测适用以外， 还适用于次生应力实测，并且该方法与其他次生应力实测方法相比，具有应用广泛、方法成熟的优势。

次生应力规律的研究需要在采空区影响的范围内设置均匀分布的测点，并且分布于同一岩层之中，这样的勘测方法能够使得测点测出的应力数据比较有可比性，保证其他影响条件基本相同。 这样的实测方法测出的数据可以加工描绘成垂直应力以及水平应力在巷道截面的分布曲线，这样更利于次生力规律的分析和掌握。 通过对国内外矿井次生力的研究可知，要想准确掌握次生力分布的情况， 就必须在矿开采之前进行实测，通过科学的实测方法获取真实有效的数据， 为矿开采扫除障碍。

4 地应力实测及应用

在矿开采之前， 一般选择在矿区的沿空巷道内进行次生应力的实测， 并且在实体煤侧或者小煤柱侧安装测力设备，从而检测次生力的分布，总结分布规律和特点。 通过地应力实测得出规律：因为巷道条件以及围岩性质的差异，使得垂直应力峰值和采空区之间的距离也有所不同，不同地点的垂直应力在分部特点上存在很大的差异，因此不能仅仅依赖既有的规律来看待所有地区次生应力，不同地点的次生应力必须要进行实测才能掌握当前次生应力分布的特点。 次生应力的实测只能反映此时此地的情况，对于其他地点只能作为经验参考，而不能当做完全准确的支持数据。

次生应力在实测结束后， 需要安装次生应力检测仪器进行变化检测，以便了解次生应力的后期变化。 针对不同的地区，次生应力监测传感器的监测范围一般在三百米左右，具体的长度变动随着距回采工作面距离的变化而变化，检测频度也随之发生变化。

5 结语

总之，对于矿开采而言，地应力对其开采难度以及安全程度有很大的影响，要想确保矿开采能够顺利进行，就需要提前做好地应力的勘测工作，分析地应力的特点，以便在矿开采过程中利用该规律或者特点进行施工操作。

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