淺析礦山壓力及其影響因素

張文彬

摘 要：礦山壓力是影響礦山頂板事故的主要因素之一。該文簡(jiǎn)要論述了礦山壓力假說(shuō)及其影響礦山壓力的因素，并分析了礦山壓力檢測(cè)的重要性。這對(duì)礦山企業(yè)認(rèn)識(shí)礦山壓力的重要性具有一定價(jià)值。

關(guān)鍵詞：礦山壓力 檢測(cè)分析 重要性 影響因素

中圖分類(lèi)號(hào)：TD 324 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）03（b）-00-01

隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，人們對(duì)礦山壓力的認(rèn)識(shí)又有了新的變化，為保障礦山生產(chǎn)的順利進(jìn)行，必須要對(duì)礦山壓力檢測(cè)提出新的要求。結(jié)合礦山作業(yè)的復(fù)雜條件，在適應(yīng)礦山發(fā)展需要的過(guò)程中，需要礦山壓力研究人員以動(dòng)力的觀點(diǎn)認(rèn)識(shí)礦山壓力及其呈現(xiàn)的全過(guò)程，結(jié)合礦山所在地的實(shí)際狀況，研究上腹巖層的運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律，確定與煤礦生產(chǎn)相關(guān)的系數(shù)，包括支持壓力的分布和周期來(lái)壓。在此，該文從礦山壓力及其檢測(cè)的重要性、采場(chǎng)礦山壓力影響因素以及采用礦山壓力假說(shuō)等三個(gè)

方面進(jìn)行分析。

1 礦山壓力假說(shuō)

礦山壓力和礦山壓力顯現(xiàn)的辯證關(guān)系是研究礦山壓力的關(guān)鍵，在實(shí)際生產(chǎn)中涉及的包括煤壁片幫、周期來(lái)壓和地表下沉等在內(nèi)的一系列現(xiàn)象，都需要我們認(rèn)真分析其造成的壓力來(lái)源，并做好礦壓觀測(cè)，分析其中規(guī)律，找到合適的控制方法，將各種破壞現(xiàn)象降低，

該文按狀態(tài)從以下兩個(gè)方面進(jìn)行解釋。

（1）開(kāi)采深度和頂板巖性對(duì)采場(chǎng)壓力拱的影響。礦山壓力隨著采場(chǎng)的前移也發(fā)生移動(dòng)，工作面的推進(jìn)與開(kāi)采進(jìn)度有著直接聯(lián)系，當(dāng)工作面推進(jìn)到一定距離后，采空區(qū)的頂部受壓力影響會(huì)出現(xiàn)冒落現(xiàn)象，這時(shí)采空區(qū)原有的頂部應(yīng)力則會(huì)轉(zhuǎn)移到采空區(qū)兩側(cè)的煤柱上，使其形成相應(yīng)的支撐壓力帶。因此，分析拱形結(jié)構(gòu)可以發(fā)現(xiàn)，在煤柱附近會(huì)有應(yīng)力降低區(qū)。當(dāng)工作面推進(jìn)到一定距離，頂板不能支持上腹巖層的重量，便形成了第一次來(lái)壓。進(jìn)而引起上腹巖層的整體運(yùn)動(dòng)，某些關(guān)鍵層就形成了起著支撐作用的壓力拱。（2）懸臂梁假說(shuō)的解釋。開(kāi)采進(jìn)度的不斷深入，作業(yè)人員在開(kāi)采一定當(dāng)初時(shí)，原有的工作面頂部會(huì)出現(xiàn)斷裂或垮落，這時(shí)支撐壓力帶的支柱為煤壁另一側(cè)的受支柱或填充物的支撐，煤與頂板巖石在最開(kāi)始能夠憑借自身的整體作用固定成為一個(gè)支點(diǎn)，并由此起到主要作用，這一作用就是人們常說(shuō)的“懸臂梁”。由此不難得出，在對(duì)采礦工作面展開(kāi)維護(hù)工作時(shí)，需要立足運(yùn)動(dòng)角度，對(duì)影響“懸臂梁”的眾多因素進(jìn)行分析，并結(jié)合著斷裂位置，提出相應(yīng)的完善對(duì)策，這一過(guò)程即為礦山壓力的動(dòng)力

作用，人們所謂的老頂周期來(lái)壓現(xiàn)象。

2 影響礦山壓力的因素

（1）自然條件的影響。①煤層厚度。支撐壓力的變化會(huì)隨著煤層厚度的變化而變化，當(dāng)煤層厚度時(shí)，壓力升高區(qū)的應(yīng)力平衡被打壞，煤壁的支承壓力將在原有的基礎(chǔ)上大幅度降低，而煤壓縮的總量越大，頂板巖層出現(xiàn)的下沉度也隨之加大，導(dǎo)致暴露在工作面空間后得頂板穩(wěn)定性減小，甚至出現(xiàn)變形與破壞。而在保證工作面穩(wěn)定性的過(guò)程中，必須確保工作面支護(hù)的強(qiáng)度、密度、穩(wěn)定性符合我國(guó)相關(guān)部門(mén)的規(guī)定。②圍巖性質(zhì)。在采場(chǎng)礦山壓力的眾多影響因素中，圍巖的堅(jiān)硬與否，將直接影響著采場(chǎng)壓力的大小，具體表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：首先，在頂板的穩(wěn)定性上，穩(wěn)定堅(jiān)固的頂板對(duì)其下沉量及支柱承受壓力造成的影響較小，但從頂板巖石原理上看，破碎頂板的下沉量及其支柱承受壓力都比較大。對(duì)礦山作業(yè)面造成了一定的影響，再加上支柱的無(wú)序排列，都給礦山的安全生產(chǎn)帶來(lái)了困難。最后，在礦山日常作業(yè)中，若頂板巖石過(guò)分堅(jiān)硬，則會(huì)導(dǎo)致頂板大面積垮落的現(xiàn)象出現(xiàn)。③開(kāi)采深度。從理論上看，在頂板壓力的影響因素中，礦山開(kāi)采的深度會(huì)對(duì)其造成一定的影響，但在實(shí)際應(yīng)用中，從當(dāng)前掌握的資料來(lái)看，仍沒(méi)有找出具備一定規(guī)律性的證據(jù)，而這些都有待于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐的進(jìn)一步證明。（2）開(kāi)采條件對(duì)采場(chǎng)礦壓的影響。實(shí)際生產(chǎn)中，盡量減小控頂距并做到及時(shí)移架。盡量降低空頂時(shí)間和控頂距對(duì)工作面支架的影響。事實(shí)上，不同的生產(chǎn)工藝也會(huì)呈現(xiàn)出不同的壓力特點(diǎn)，尤其在對(duì)頂板下沉的速度上。從近幾年我國(guó)礦山頂板觀測(cè)的資料來(lái)看，在排除工序這一影響因素后，頂板下沉的速度相對(duì)緩慢，一般在6.34～8.6 mm/h。（3）工作面推進(jìn)速度影響。在影響采場(chǎng)礦山壓力的因素中，在很大程度上與工作面推進(jìn)速度的快慢有關(guān)。工作面推進(jìn)的越快，則頂板受到的沖擊力越大，下沉的速度也會(huì)越快，但在很大程度上，頂板的絕對(duì)下沉量和頂板傳遞給支柱的壓力直

接提高了頂板的穩(wěn)定性。

3 研究礦山壓力的重要性

從巖體的整體性來(lái)看，人類(lèi)在沒(méi)有開(kāi)采礦體之前，巖體處于一個(gè)平衡狀態(tài)；但在人類(lèi)開(kāi)采礦體后，在地面下層形成了一定的地下空間，這個(gè)空間直接破壞了巖體的原始應(yīng)力，而巖體在保持自身穩(wěn)定性的過(guò)程中，需要重新分布巖體應(yīng)力，直到巖體內(nèi)形成新的平衡為止。然后與之前巖體應(yīng)力不同的是，在后期應(yīng)力分布的過(guò)程中，會(huì)對(duì)周?chē)膸r石產(chǎn)生變形、移動(dòng)、破壞，從而對(duì)采礦的工作面、巷道及周?chē)膸r石產(chǎn)生壓力，而所謂的礦山壓力，就是指人們?cè)陂_(kāi)采過(guò)程中引起的巖移運(yùn)動(dòng)對(duì)支架周?chē)鷰r石產(chǎn)生的作用力。在我國(guó)近幾年的礦產(chǎn)資源生產(chǎn)中，發(fā)生了大量的塌方事件，而通過(guò)深入研究發(fā)現(xiàn)，在引起這些安全事故的過(guò)程中，53%的事故原因在于工作人員沒(méi)有對(duì)礦山壓力進(jìn)行及時(shí)的觀測(cè)與處理，導(dǎo)致施工人員在后續(xù)作業(yè)中，破壞了巖體的應(yīng)力平衡引發(fā)了安全事故，在影響礦山企業(yè)正常生產(chǎn)的同時(shí)，還對(duì)礦工的生命安全造成了嚴(yán)重的威脅。由此可見(jiàn)，在礦山資源日常生產(chǎn)中，開(kāi)展礦山壓力實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)警，對(duì)礦山生產(chǎn)安全與預(yù)防采礦事故的發(fā)生有著極其重要的作用。但在實(shí)際應(yīng)用中，針對(duì)礦山壓力檢測(cè)方式，受技術(shù)、理論等多方面因素的影響，我國(guó)與國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍處于落后階段，這就要求我國(guó)的科研人員能夠結(jié)合著我國(guó)礦山的實(shí)際發(fā)展?fàn)顩r，加快研究步伐，設(shè)計(jì)出一套適合我國(guó)礦山應(yīng)用的礦山壓力檢測(cè)系統(tǒng)，確保第一時(shí)間內(nèi)對(duì)礦山壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并

進(jìn)行預(yù)警處理。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，強(qiáng)化礦壓力檢測(cè)，在提高礦山作業(yè)安全系數(shù)的同時(shí)，還能為其下一步的開(kāi)采奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。這就要求礦壓檢測(cè)人員能夠創(chuàng)新礦山壓力檢測(cè)方式，在提高檢測(cè)準(zhǔn)確度的同時(shí)，還能為作業(yè)人員的生命安全提供保障。

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