深部采場(chǎng)礦山壓力理論研究現(xiàn)狀分析

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1、深部采場(chǎng)礦山壓力理論研究現(xiàn)狀分析［摘要］隨著煤礦開采深度的不斷增加及開采條件的H趨復(fù)雜，深部開采采場(chǎng)礦山壓力理論及其應(yīng)用研究已成為眾多學(xué)者研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)，通過文獻(xiàn)整理與分析，系統(tǒng)闡述了采場(chǎng)礦山壓力理論、采動(dòng)應(yīng)力演化、支承壓力計(jì)算、采動(dòng)裂隙演化特征等方面的研究進(jìn)展，展望了深部開釆釆場(chǎng)礦山壓力理論的研究方向和發(fā)展趨勢(shì)。分析表明，深部開采采場(chǎng)礦山壓力理論的基礎(chǔ)研究應(yīng)以大范圍三維圍巖為研究對(duì)象，注重采動(dòng)應(yīng)力與采動(dòng)裂隙演化特征及二者的動(dòng)態(tài)效應(yīng)研究和應(yīng)力場(chǎng)、裂隙場(chǎng)與滲流場(chǎng)的耦合理論研究，這是深部開采條件下保

2、證煤礦安全開采的客觀耍求，也是解決實(shí)際工程中煤巖動(dòng)力災(zāi)害發(fā)牛的理論基礎(chǔ)。［關(guān)鍵詞］礦山壓力理論研究現(xiàn)狀分析中圖分類號(hào)：G271文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-914X(2016)28-0073-01.、八—刖煤炭在開采之前由于巖體靜止，因而其應(yīng)力一直維持平衡的狀態(tài)，煤炭的開采過程直接將這種平衡狀態(tài)打破，導(dǎo)致巖體內(nèi)部重新進(jìn)行了應(yīng)力的分布，一旦新分配的應(yīng)力超出了煤巖所能承受的極限時(shí)，便會(huì)導(dǎo)致開采工作面四周的巖體遭到破壞，此時(shí)將會(huì)導(dǎo)致工作面四周的煤在巖體中重新進(jìn)行新應(yīng)力場(chǎng)的排布，這種因煤炭開采過程而在

3、煤體，巖體及其支護(hù)物方面所引起的力，就是礦山壓力，本文對(duì)采場(chǎng)礦山壓力有效控制進(jìn)行分析.1、什么是礦山壓力礦山壓力指地下巖體在采動(dòng)以前，由于自重的作用在其內(nèi)部引起的應(yīng)力，通常稱為原巖應(yīng)力，因?yàn)殚_采前的巖體處于靜止?fàn)顟B(tài)，所以原巖體是處于應(yīng)力平衡狀態(tài)，當(dāng)開掘巷道或進(jìn)行回采工作時(shí)，破壞了原來的應(yīng)力平衡狀態(tài)，引起巖體內(nèi)部應(yīng)力的重新分布，重新分布的應(yīng)力超過煤巖的極限強(qiáng)度時(shí)，使巷道和回采工作面周圍的煤，巖發(fā)牛破壞，這種情況將持續(xù)到煤，巖內(nèi)部重新達(dá)到新的應(yīng)力平衡為止。此時(shí)，巷道和回采工作面周圍的煤，巖體內(nèi)形成一個(gè)

4、與原巖應(yīng)力場(chǎng)顯然不同的新的應(yīng)力場(chǎng)，這種由于在地下進(jìn)行采掘活動(dòng)而在井巷，嗣室及回采工作面周圍煤，巖體中和支護(hù)物上所引起的力，就叫礦山壓力，簡(jiǎn)稱礦壓，也叫地壓，巖壓等等。2、礦山壓力的基礎(chǔ)理論和相關(guān)研究目前國(guó)內(nèi)外眾多科研工作者和工程技術(shù)人員圍繞地下開采圍巖應(yīng)力分布、支承壓力計(jì)算、采動(dòng)裂隙演化特征等礦山壓力理論方面開展了許多研究，取得了一系列成果，對(duì)推動(dòng)煤礦安全高效開采起到積極重要作用。但地下開采是圍巖應(yīng)力場(chǎng)、破壞場(chǎng)、變形場(chǎng)和裂隙場(chǎng)不斷演化的過程，采場(chǎng)礦山壓力客觀上是一個(gè)三維問題，開釆引起的圍巖壓力重新

5、分布、圍巖變形移動(dòng)破壞及煤巖動(dòng)力災(zāi)害等根本上是采場(chǎng)圍巖三維礦山壓力演化所決定的，故深部煤炭資源的安全高效開采急需礦山壓力理論方面的基礎(chǔ)理論和相關(guān)研究支持，以便更好地指導(dǎo)高強(qiáng)度開采技術(shù)的推廣與應(yīng)用,更大限度地提高資源采出率，實(shí)現(xiàn)安全高效生產(chǎn)。因此，在掌握地質(zhì)條件、開采技術(shù)條件的基礎(chǔ)上，以大范圍圍巖為研究對(duì)象，注重三維礦山壓力基礎(chǔ)理論研究的同時(shí)，更應(yīng)注重深部開采圍巖支承壓力演化及其對(duì)采動(dòng)裂隙的動(dòng)態(tài)效應(yīng)和應(yīng)力場(chǎng)、裂隙場(chǎng)與滲流場(chǎng)的耦合理論研究。（1.）開展深部開采三維礦山壓力基礎(chǔ)理論和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究。傳統(tǒng)的

6、采場(chǎng)礦壓理論所研究的范圍多為6?8倍采高以內(nèi)的基本頂范圍，開采沉陷研究多研究地表的下沉變形參數(shù)與形態(tài)，對(duì)于地表以下6-8倍采高以上的基本頂上覆巖層，開展的研究不多，而這部分巖層對(duì)深部采場(chǎng)來說厚度很大，無論對(duì)采場(chǎng)礦壓還是對(duì)覆巖與地表沉陷控制研究，都是不應(yīng)逾越的研究主體。因此，以采場(chǎng)大范圍三維圍巖為研究對(duì)象，進(jìn)行煤巖體應(yīng)力場(chǎng)、裂隙場(chǎng)和滲流場(chǎng)的測(cè)試方法和技術(shù)研究，系統(tǒng)開展深部采場(chǎng)礦山壓力基礎(chǔ)理論研究。（2.）開展深部開釆采動(dòng)應(yīng)力演化特征和巖體結(jié)構(gòu)失穩(wěn)機(jī)制研究。隨著開釆深度的增大，基巖厚度和原巖應(yīng)力尤其是

7、水平應(yīng)力均增大，導(dǎo)致采動(dòng)應(yīng)力在覆巖和底板巖層中演化的非線性特征更加明顯，其演化特征和演化形態(tài)將影響到開釆后巖層運(yùn)動(dòng)的形式及地表坍陷形態(tài)的描述。因此，研究深部條件下采動(dòng)應(yīng)力演化特征和巖體結(jié)構(gòu)失穩(wěn)機(jī)制，建立深部開采條件下采動(dòng)應(yīng)力演化分析模型，揭示采動(dòng)應(yīng)力演化與巖體結(jié)構(gòu)失穩(wěn)之間的關(guān)系。（3.）開展深部開采采動(dòng)應(yīng)力與采動(dòng)裂隙的動(dòng)態(tài)效應(yīng)研究。采動(dòng)裂隙的演化是一貫穿開采始末的動(dòng)態(tài)過程，是應(yīng)力重新分布的主導(dǎo)因素。采動(dòng)裂隙的演化勢(shì)必影響到采動(dòng)應(yīng)力的形成、發(fā)展、演化和失穩(wěn)過程，而采動(dòng)應(yīng)力演化又影響采動(dòng)裂隙的演化過程

8、，二者在演化過程屮的相互作用機(jī)理仍不清楚。3、礦壓理論對(duì)開采關(guān)鍵層的作用關(guān)鍵層理論將使采場(chǎng)礦壓、巖層移動(dòng)和地表沉陷等方面的研究有機(jī)地統(tǒng)一成一個(gè)整體;判斷某一巖層是否為關(guān)鍵層，需同時(shí)滿足關(guān)鍵層的剛度判別條件和強(qiáng)度判別條件；當(dāng)出現(xiàn)與地表沉陷相對(duì)應(yīng)的多層巖層同步協(xié)調(diào)變形和破壞時(shí)，其最下部堅(jiān)硬巖層為主關(guān)鍵層，只是巖體內(nèi)部數(shù)層巖層協(xié)調(diào)變形與破斷，并不影響至地表時(shí)，其下部堅(jiān)硬巖層為亞關(guān)鍵層；關(guān)鍵層在破斷前為彈性地基梁(或板)，用此模型可較為準(zhǔn)確地計(jì)算岀采場(chǎng)來壓步距和巖層移動(dòng)的周期性變化規(guī)律?關(guān)