矿山压力分布及防治技术研究

安彦成

摘 要：矿山压力的防治作为采矿工业技术的一个重要组成部分，有它的具体内容和范围。与采矿方法、空区处理、井巷掘进、矿山支护、充填工艺、边坡稳定及矿山地质有密切的联系。基于此，本文详细的阐述了矿山压力的分布及其防治技术。

关键词：矿山压力;分布规律;防治措施

通过对井下上覆岩层的移动规律进行分析研究，在采煤工作面出现弯曲破坏和剪切破坏时，围岩的支承压力重新分布，致使上覆岩层出现初次来压和周期性来压的现象。基于我矿30102运输顺槽的来压方式和特点，提出相对应的防治措施，主要采用大直径钻孔卸压的方式和巷道底板卸压的方式卸压，进而为煤矿企业创造良好的社会、经济效益。

一、矿山压力概述

矿山压力指地下岩体在采动前，由于自重的作用在其内部引起的应力，通常称为原岩应力，因开采前的岩体处于静止状态，所以原岩体是处于应力平衡状态，当开掘巷道或进行回采工作时，破坏了原来的应力平衡状态，引起岩体内部应力的重新分布，重新分布的应力超过煤岩的极限强度时，使巷道和回采工作面周围的煤岩发生破坏，这种情况将持续到煤岩内部重新达到新的应力平衡为止。另外，在矿山压力作用下所引起的一系列力学现象，如顶板下沉和垮落、底板鼓起、片帮、支架变形和损坏、充填物下沉压缩、岩层和地表移动、露天矿边坡滑移、冲击地压、水与瓦斯突出等，均称之为矿山压力显现。

二、上覆岩层破坏形式

采煤工作面在采动过程中，因煤岩体的采出，压力重新分布，采动后作用于岩层边界或存在于岩层中，使围岩向已采空间运动的力，即采动后促使围岩运动的力称为“矿山压力”。矿山压力随着采煤工作面的不断推进而不断变化，且受暴露的岩层面积、厚度及压力传递情况的影响。井下巷道及采煤工作面支架受力分布也是围岩运动的结果，受力的性质、大小和变化与上覆岩层运动密不可分，因此通过研究上覆岩层的破坏形式，进而分析探讨上覆岩层在采煤工作面推进方向上的运动发展规律。

当上覆岩层变形直至完全破坏时，有弯曲破坏和剪切破坏两种破坏形式。弯曲破坏为：①随着采煤工作面的推进，上覆岩层暴露出来;②上覆岩层在重力作用下发生弯曲变形，当巷道内覆岩层的悬露跨度达到一定量时覆岩弯曲下降，煤壁端部有一定的界限和裂纹，形成中间裂纹;③当沉降值超过假塑性岩梁所能承受的沉降值时，覆岩层会自行垮落。

上覆岩层剪切破坏的发展过程：①在岩层悬露后产生较小的弯曲变形，且悬垂岩石的末端破裂;②在岩层中部没有开裂或开裂程度小的情况下，突发性地发生整体切断垮落的现象。此时，剪应力超过上覆围岩的限度，从而发生剪切现象。

三、上覆岩层分布规律

在采煤工作面，由于上覆岩层压力大小不同及支承条件不同，可将上覆岩层来压运动的发展过程分为初次运动阶段和周期性运动阶段。

“初次运动阶段”是指采煤工作面的矿山压力来压显现影响到一两个岩梁初次发生断裂运动到结束的阶段，这对采煤工作面的压力有明显的影响。因任何岩层初次来压步距要比正常情况下大，因此，初次来压运动面积较为广泛，强度较高，且伴有动压冲击。在控制岩层运动和矿压显现时，要注意动压的冲击，以保证采煤工作面在初次来压期间的安全。

“周期性运动阶段”是指从岩层初始移動到采煤工作面回采结束，顶板岩层按一定的运动周期规律断裂的阶段。在这一发展阶段，岩层的约束发生了根本性的变化，直接顶岩是采煤工作面一端固定的悬臂梁，顶层各岩梁均由煤壁一端支承，另一端为采空区矸石支承的不等高传递岩梁。此时，运动来压步距远小于初次来压步距。

采煤工作面岩层周期运动引起的矿压行为称为“回采工作面上的周期性来压”。在此阶段，岩层的完整性比初次运动前差，且运动步距相对较小。因此，当两种运动间的压力强度差异较大时，不但要尽量加大推进方向的距离，还必须单独考虑支架的选型和设计。

四、矿压规律分析

通过对圆图自记仪、顶板动态仪每天的数据进行分析，并结合现场观测情况进行分析，得出顶板变化量随推进量变化图。根据圆图自记仪，工作面共布置9个测点，9个圆图自记仪支架工作阻力均达到或接近40 MPa。并且30102运输顺槽初压步距为32m～39m，周压步距为19m。

五、防治措施

采用大直径钻孔卸压的方式和巷道底板卸压的方式卸压。基于对30102运输顺槽静态冲击危险区和回采期间工作面前方动态冲击危险区的分析，设计超前工作面300m对工作面煤体实施大直径钻孔卸压。对有冲击地压危险的煤体实施大直径钻孔后，巷道一定深度的围岩因发生结构性破坏而形成一个弱化带，使高应力向围岩深部转移，从而使巷道处于低应力区。当煤体应力较高时，大直径钻孔能为周围煤体破碎提供位移空间，从而释放应力。

大直径钻孔参数主要包括钻孔深度、孔间距、孔口高度和钻孔直径。考虑煤层厚度、冲击危险程度及施工方便，设计钻孔孔口距离底板1.0m～1.5m，孔径空110mm，孔深22m;孔间距一般危险区内不超过3m，中度危险区内不超过2m，高度危险区内不超过1m。

因过断层影响及两顺槽门口至停采线为顶板掘进，30102运输顺槽有6处巷道留底煤厚度超过1m。因煤层产状稳定，连续性、稳定性较好，属于脆硬底煤，易在积蓄大量弹性能后突然冲出，造成动力灾害。断底卸压是治理该类冲击地压的有效措施。而“断底卸压”是指在巷道内向底板煤体施工钻孔或对底板煤体实施爆破，破坏底煤的整体性，从而避免底煤冲击。

六、结语

随着煤炭开采的不断延深，“三高一扰”问题突出，同时综放、综采和综掘技术也在迅猛发展，煤尘、瓦斯、冲击地压、煤与瓦斯突出、地温等自然灾害危害程度也不断升级，灾害事故越来越严重，特别是冲击地压灾害，严重威胁着工人的生命安全和矿井的安全生产。实践证明，大多数矿井的冲击地压灾害与其井下岩层移动和移动后的应力重新分布紧密相连。冲击地压的本质是在一定的采动条件下，岩层的运移和产生破坏的结果。因此，清楚认识矿山压力及岩层运动的规律，制订正确的控制措施，并基于煤矿冲击地压的现状，提出不同程度下的冲击地压防治措施。

参考文献

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