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。調查發現，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。總的來說，一旦工作面頂板出現事故，將導致設備損毀，造成較大經濟損失，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，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，產生于巖體內的應力，都可以稱為原巖應力。在巖石開采前，巖體內部基本處于穩定、靜止狀態，其內部應力也保持平衡。而巖體挖掘過程中，因各方面因素的影響，巖體內部應力平衡狀態被打破，導致其內部應力出現重大轉變，并重新進行分布。如果原巖內部應力超出煤巖最大承受力的情況，就會對煤巖結構造成直接的破壞，在這種破壞超出一定限度后，煤巖內部應力也將出現重大改變，使其重新進行分布，直到其內部應力重新達到平衡狀態時為止[2]。此種因地下采掘，在煤礦巷道、回采工作面產生的力就是所謂的“礦山壓力。”

1.2 礦山壓力的顯現

礦山壓力的顯現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。

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，隨著學術界關于直接頂穩定性研究的不斷深入，關于直接頂的關注不斷提升，對各種影響直接頂穩定性的主要因素進行了總結和分析，制定了完善的直接頂穩定性評定標準。關于直接頂穩定性的評定，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過程中，直接頂完整度和回采工作面實際生產效率、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，應當加強直接頂的維護工作。根據對多年直接頂實踐經驗的總結發現，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育情況；其次，巖層實際力學性質。

（2）基本頂

在實際生產過程中，基本頂的穩定直接關系到支護強度和采空區處理方式，且基本定穩定性對直接頂穩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。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“結構”和緩慢下沉的平衡性，也隨之不斷提升[4]。所以，我國煤礦企業在分析礦壓顯現，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，在礦山企業實際生產過程中，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。實地調查發現，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。總的來說，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凸顯，即開采深度和巷道擠壓呈正相關。實證調查發現，巷道開采深度達到一定限度后，需要對其重新進行調整。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。實證研究發現，頂板下沉量和時間之間，呈函數關系。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狀的一個重要參數，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律性。根據研究可知，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 結語

通過研究采掘工作面礦山壓力及其顯現，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，必須從本礦井實際情況出發，深入研究采掘工作面礦山壓力規律，及時了解頂板下沉量，并科學、合理地調整支護方式，這樣才能有效解決采掘工作面實際生產中遇到的各類問題，確保采掘工作面在絕對安全下進行生產。