采掘工作面礦山壓力的影響因素探析

劉小龍

（山東新巨龍能源有限公司，山東 菏澤 274918）

巷道采掘過程中將直接影響到巷道原巖應力平衡，導致礦山壓力的產(chǎn)生。在礦山壓力擴大到一定程度后將直接導致巷道頂板損壞，引起頂板事故。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，當前煤礦安全事故，超過一半是因為工作面頂板損壞導致的?？偟膩碚f，一旦工作面頂板出現(xiàn)事故，將導致設備損毀，造成較大經(jīng)濟損失，嚴重情況下，將造成重大人員傷亡，這都是礦井無法承受的重大損失[1]。因為，出于保證安全生產(chǎn)的考慮，必行對采掘工作面礦山壓力主要影響因素進行總結(jié)，并采取針對性的解決措施，保證采礦工作的有序、安全進行。

1 礦山壓力的基本概念

1.1 礦山壓力

巖體開采前，受自身自重因素的影響，產(chǎn)生于巖體內(nèi)的應力，都可以稱為原巖應力。在巖石開采前，巖體內(nèi)部基本處于穩(wěn)定、靜止狀態(tài)，其內(nèi)部應力也保持平衡。而巖體挖掘過程中，因各方面因素的影響，巖體內(nèi)部應力平衡狀態(tài)被打破，導致其內(nèi)部應力出現(xiàn)重大轉(zhuǎn)變，并重新進行分布。如果原巖內(nèi)部應力超出煤巖最大承受力的情況，就會對煤巖結(jié)構(gòu)造成直接的破壞，在這種破壞超出一定限度后，煤巖內(nèi)部應力也將出現(xiàn)重大改變，使其重新進行分布，直到其內(nèi)部應力重新達到平衡狀態(tài)時為止[2]。此種因地下采掘，在煤礦巷道、回采工作面產(chǎn)生的力就是所謂的“礦山壓力?！?/p>

1.2 礦山壓力的顯現(xiàn)

礦山壓力的顯現(xiàn)指的是礦山壓力在作用于圍巖后，將造成圍巖形變、崩落的情況，并在礦山壓力的影響下形成多種巷道力學反應。礦山壓力主要顯現(xiàn)形式包括：巖體破裂、巷道形變、頂板下沉、巖層移動、地表沉陷、地板上鼓等。此種因礦山壓力出現(xiàn)的巷道巖體力學變化、各類形變，都可以看作礦山壓力的顯現(xiàn)。

2 影響采掘工作面礦山壓力的主要因素

2.1 頂板巖層

（1）直接頂

當前，隨著學術(shù)界關于直接頂穩(wěn)定性研究的不斷深入，關于直接頂?shù)年P注不斷提升，對各種影響直接頂穩(wěn)定性的主要因素進行了總結(jié)和分析，制定了完善的直接頂穩(wěn)定性評定標準。關于直接頂穩(wěn)定性的評定，可通過直接頂端面破碎度進行，同時也可以根據(jù)直接頂垮落步距以及有關標準進行。定性分析直接頂[3]。在采煤工作面實際生產(chǎn)過程中，直接頂完整度和回采工作面實際生產(chǎn)效率、安全性等有著直接關系，對支護方式的選擇也有較大影響，所以，應當加強直接頂?shù)木S護工作。根據(jù)對多年直接頂實踐經(jīng)驗的總結(jié)發(fā)現(xiàn)，影響直接頂完整度的因素在于：首先，直接頂巖層裂隙和層理發(fā)育情況；其次，巖層實際力學性質(zhì)。

（2）基本頂

在實際生產(chǎn)過程中，基本頂?shù)姆€(wěn)定直接關系到支護強度和采空區(qū)處理方式，且基本定穩(wěn)定性對直接頂穩(wěn)定性有著極為關鍵的影響。同等采高的情形下，基本定和煤層的距離直接影響到基本定巖層對礦山壓力的顯現(xiàn)。隨著基本頂采高不斷降低以及煤層距離不斷擴大，而基本頂破斷后形成的“結(jié)構(gòu)”和緩慢下沉的平衡性，也隨之不斷提升[4]。所以，我國煤礦企業(yè)在分析礦壓顯現(xiàn)，是以基本頂和采煤層距離為主要評定指標。

2.2 采高

隨著工作面采高距離的不斷提升，在礦山企業(yè)實際生產(chǎn)過程中，其覆巖層也將被嚴重破壞。因此，人們一般將采高距離作為分析礦山壓力大小的主要影響因素。在實際生產(chǎn)過程中，在設置采高高度時，一般留出足夠的采出空間。實地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，就單一煤層來說，采高距離一般由冒落帶和裂縫帶厚度之比進行確定?？偟膩碚f，采高和基本頂平衡度呈正相關。同時，受支承壓力的影響，采煤工作面煤壁片幫情形，也不斷加劇[5]。

2.3 開采深度

開采深度是影響原巖應力的主要因素，同時也是影響巖層實際支承壓力的重要因素。隨著開采深度的提升，巷道周圍擠壓情況也越發(fā)凸顯，即開采深度和巷道擠壓呈正相關。實證調(diào)查發(fā)現(xiàn)，巷道開采深度達到一定限度后，需要對其重新進行調(diào)整。隨著開采深度的不斷提升，支護支架承受壓力也隨之提升，巷道圍巖變形也不斷加劇[6]。

2.4 工作面推進速度

在工作面采掘過程中，工作面推進速度，也是影響礦山壓力的重要因素。實證研究發(fā)現(xiàn)，頂板下沉量和時間之間，呈函數(shù)關系。老頂和上覆巖層，都是導致頂板工作面下沉的重要因素[7]。因為煤壁和冒落矸石是“老頂砌體梁”重要支承點。且隨著上覆巖層活動不斷加劇，煤壁、冒落矸石也出現(xiàn)細微活動，且隨著時間不斷延長，工作面頂板下沉量也隨之不斷擴大，所以出于控制工作面頂板下沉量的考慮，應適度提升工作面推進速度。

2.5 煤層傾角

煤層傾角是反應煤層賦存產(chǎn)狀的一個重要參數(shù)，其傾角大小對煤層采掘工作面礦山壓力起著重要影響，并且影響著礦山壓力規(guī)律性。根據(jù)研究可知，當煤層頂板下沉距離與煤層傾角成負相關，當煤層傾角較大時煤層頂板下沉量較小。

2.6 支護材料及頂板管理方法

煤層支護材料與頂板管理方法對采掘工作面壓力起著關鍵作用。當煤層頂板支護材料為金屬材料時，支撐力較小，支護材料不能完全承受頂板壓力，因此，礦井頂板會出現(xiàn)較大下沉量，若此時應用單體支護來對頂板進行支護則能使頂板下沉量降低。

3 結(jié)語

通過研究采掘工作面礦山壓力及其顯現(xiàn)，可知有很多因素都會影響采掘工作面礦山壓力，這些因素主要有：頂板巖層情況，采高大小，開采深度情況，工作面推進速度大小以及煤層傾角大小等。要想確保采掘工作面安全生產(chǎn)，必須從本礦井實際情況出發(fā)，深入研究采掘工作面礦山壓力規(guī)律，及時了解頂板下沉量，并科學、合理地調(diào)整支護方式，這樣才能有效解決采掘工作面實際生產(chǎn)中遇到的各類問題，確保采掘工作面在絕對安全下進行生產(chǎn)。