采掘工作面矿山压力的影响因素探析

刘小龙

（山东新巨龙能源有限公司，山东 菏泽 274918）

巷道采掘过程中将直接影响到巷道原岩应力平衡，导致矿山压力的产生。在矿山压力扩大到一定程度后将直接导致巷道顶板损坏，引起顶板事故。调查发现，当前煤矿安全事故，超过一半是因为工作面顶板损坏导致的。总的来说，一旦工作面顶板出现事故，将导致设备损毁，造成较大经济损失，严重情况下，将造成重大人员伤亡，这都是矿井无法承受的重大损失[1]。因为，出于保证安全生产的考虑，必行对采掘工作面矿山压力主要影响因素进行总结，并采取针对性的解决措施，保证采矿工作的有序、安全进行。

1 矿山压力的基本概念

1.1 矿山压力

岩体开采前，受自身自重因素的影响，产生于岩体内的应力，都可以称为原岩应力。在岩石开采前，岩体内部基本处于稳定、静止状态，其内部应力也保持平衡。而岩体挖掘过程中，因各方面因素的影响，岩体内部应力平衡状态被打破，导致其内部应力出现重大转变，并重新进行分布。如果原岩内部应力超出煤岩最大承受力的情况，就会对煤岩结构造成直接的破坏，在这种破坏超出一定限度后，煤岩内部应力也将出现重大改变，使其重新进行分布，直到其内部应力重新达到平衡状态时为止[2]。此种因地下采掘，在煤矿巷道、回采工作面产生的力就是所谓的“矿山压力。”

1.2 矿山压力的显现

矿山压力的显现指的是矿山压力在作用于围岩后，将造成围岩形变、崩落的情况，并在矿山压力的影响下形成多种巷道力学反应。矿山压力主要显现形式包括：岩体破裂、巷道形变、顶板下沉、岩层移动、地表沉陷、地板上鼓等。此种因矿山压力出现的巷道岩体力学变化、各类形变，都可以看作矿山压力的显现。

2 影响采掘工作面矿山压力的主要因素

2.1 顶板岩层

（1）直接顶

当前，随着学术界关于直接顶稳定性研究的不断深入，关于直接顶的关注不断提升，对各种影响直接顶稳定性的主要因素进行了总结和分析，制定了完善的直接顶稳定性评定标准。关于直接顶稳定性的评定，可通过直接顶端面破碎度进行，同时也可以根据直接顶垮落步距以及有关标准进行。定性分析直接顶[3]。在采煤工作面实际生产过程中，直接顶完整度和回采工作面实际生产效率、安全性等有着直接关系，对支护方式的选择也有较大影响，所以，应当加强直接顶的维护工作。根据对多年直接顶实践经验的总结发现，影响直接顶完整度的因素在于：首先，直接顶岩层裂隙和层理发育情况；其次，岩层实际力学性质。

（2）基本顶

在实际生产过程中，基本顶的稳定直接关系到支护强度和采空区处理方式，且基本定稳定性对直接顶稳定性有着极为关键的影响。同等采高的情形下，基本定和煤层的距离直接影响到基本定岩层对矿山压力的显现。随着基本顶采高不断降低以及煤层距离不断扩大，而基本顶破断后形成的“结构”和缓慢下沉的平衡性，也随之不断提升[4]。所以，我国煤矿企业在分析矿压显现，是以基本顶和采煤层距离为主要评定指标。

2.2 采高

随着工作面采高距离的不断提升，在矿山企业实际生产过程中，其覆岩层也将被严重破坏。因此，人们一般将采高距离作为分析矿山压力大小的主要影响因素。在实际生产过程中，在设置采高高度时，一般留出足够的采出空间。实地调查发现，就单一煤层来说，采高距离一般由冒落带和裂缝带厚度之比进行确定。总的来说，采高和基本顶平衡度呈正相关。同时，受支承压力的影响，采煤工作面煤壁片帮情形，也不断加剧[5]。

2.3 开采深度

开采深度是影响原岩应力的主要因素，同时也是影响岩层实际支承压力的重要因素。随着开采深度的提升，巷道周围挤压情况也越发凸显，即开采深度和巷道挤压呈正相关。实证调查发现，巷道开采深度达到一定限度后，需要对其重新进行调整。随着开采深度的不断提升，支护支架承受压力也随之提升，巷道围岩变形也不断加剧[6]。

2.4 工作面推进速度

在工作面采掘过程中，工作面推进速度，也是影响矿山压力的重要因素。实证研究发现，顶板下沉量和时间之间，呈函数关系。老顶和上覆岩层，都是导致顶板工作面下沉的重要因素[7]。因为煤壁和冒落矸石是“老顶砌体梁”重要支承点。且随着上覆岩层活动不断加剧，煤壁、冒落矸石也出现细微活动，且随着时间不断延长，工作面顶板下沉量也随之不断扩大，所以出于控制工作面顶板下沉量的考虑，应适度提升工作面推进速度。

2.5 煤层倾角

煤层倾角是反应煤层赋存产状的一个重要参数，其倾角大小对煤层采掘工作面矿山压力起着重要影响，并且影响着矿山压力规律性。根据研究可知，当煤层顶板下沉距离与煤层倾角成负相关，当煤层倾角较大时煤层顶板下沉量较小。

2.6 支护材料及顶板管理方法

煤层支护材料与顶板管理方法对采掘工作面压力起着关键作用。当煤层顶板支护材料为金属材料时，支撑力较小，支护材料不能完全承受顶板压力，因此，矿井顶板会出现较大下沉量，若此时应用单体支护来对顶板进行支护则能使顶板下沉量降低。

3 结语

通过研究采掘工作面矿山压力及其显现，可知有很多因素都会影响采掘工作面矿山压力，这些因素主要有：顶板岩层情况，采高大小，开采深度情况，工作面推进速度大小以及煤层倾角大小等。要想确保采掘工作面安全生产，必须从本矿井实际情况出发，深入研究采掘工作面矿山压力规律，及时了解顶板下沉量，并科学、合理地调整支护方式，这样才能有效解决采掘工作面实际生产中遇到的各类问题，确保采掘工作面在绝对安全下进行生产。