礦山壓力常識(shí)

礦山壓力
　　（一）礦山壓力
　　地下巖體在未受采動(dòng)影響前稱為原巖。在原巖體內(nèi)引起的應(yīng)力稱為原巖應(yīng)力。原巖體內(nèi)任意點(diǎn)的應(yīng)力都處于平衡狀態(tài)。井下采掘活動(dòng)打破了原巖體內(nèi)部的應(yīng)力平衡，從而促使圍巖產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致圍巖發(fā)生變形、斷裂、位移、直至垮落。這種由于在地下巖體中進(jìn)行采掘活動(dòng)，而在巷道圍巖體中和采掘空間支護(hù)物上引起的作用力稱為礦山壓力，簡(jiǎn)稱礦壓（地壓）。
　?。ǘ┑V壓的形成
　　1．頂壓的形成
　　掘進(jìn)巷道后，暴露出來的頂板形成一個(gè)巖梁。由于巖梁上部巖層和巖梁自重的作用，必然會(huì)產(chǎn)生彎曲，這種彎曲往往在巷道中間較大，在巷道兩幫較小；頂板以及距頂板較近的上部巖層彎曲大，距頂板較遠(yuǎn)的上部巖層彎曲小，由于彎曲，巖層下部就會(huì)產(chǎn)生拉力，在彎曲大的部分就會(huì)出現(xiàn)裂隙。當(dāng)壓力進(jìn)一步增大時(shí)，上下巖層之間就會(huì)出現(xiàn)裂縫，叫做離層。此時(shí)，如巷道無支架支撐,裂隙和離層繼續(xù)發(fā)展,最后頂板就會(huì)冒落。一般說來，巷道頂板是受水平拉力的作用，由于巖石抗拉強(qiáng)度很低，很容易超過其強(qiáng)度，頂板巖石就開始冒落，范圍也不斷向上發(fā)展，最后形成自然平衡拱。如果巷道開掘后立即支護(hù)，支架就以其本身的承載力阻止或減小巖石變形和移動(dòng)。這部分巖石壓在支架上的力，就叫頂壓。
　　頂壓的大小決定于冒落拱的形狀和大小，而拱的大小同頂板巖石性質(zhì)和巷道寬度有關(guān)。在松軟巖層中平衡拱一般為拋物線形；在堅(jiān)硬有層理的巖石中，平衡拱一般近似三角形；在中硬巖石中，平衡拱介于上述二者之間。
　?、?側(cè)壓的形成
　　側(cè)壓是指巷道兩幫對(duì)支架的壓力，它是由于兩幫巖石或煤向巷道內(nèi)擠壓而形成的。巷道開掘后，在巷道的兩幫形成支承壓力，當(dāng)承受的支承壓力超過本身強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)向巷道中間擠出。這種變形使巷道兩幫逐漸移近，如果巷道兩幫不支護(hù)或支護(hù)后的充填不密實(shí)。使變形得不到控制，繼續(xù)發(fā)展下去就會(huì)造成片幫。片幫后，新暴露出來的兩幫會(huì)繼續(xù)向巷道中間擠出，即繼續(xù)片幫，此時(shí)，巷道壓力會(huì)急速增加。如果巷道使用不能壓縮的剛性支架，例如料石砌碹、鋼筋混凝土棚子等來控制巷道兩幫移近，在變形不嚴(yán)重時(shí)，這類支架可以取得較好的效果；而當(dāng)側(cè)壓超過棚腿或砌墻所能承受的壓力時(shí)，棚腿就會(huì)變形、折斷或砌墻被破壞。
　　巷道側(cè)壓的大小與兩幫巖石性質(zhì)及所承受的支承壓力的大小有關(guān)。巷道所處深度越大，在巷道兩幫所產(chǎn)生的支承壓力就越大，兩幫巖石破壞就越嚴(yán)重，作用在支架上的壓力也就越大。而兩幫巖石較軟或穩(wěn)定性較差時(shí)，遭受破壞就較嚴(yán)重，作用在支架上的壓力也就越大。
　?、?底壓的形成
　　在巷道側(cè)壓的作用下，底板內(nèi)部將會(huì)產(chǎn)生側(cè)壓力，并產(chǎn)生向上的底壓，使底板鼓起、離層、彎曲或破壞。有的巖石如凝灰?guī)r、黏土質(zhì)巖石，當(dāng)巷道有積水，或巷道空氣潮濕時(shí)，會(huì)使巖石吸水膨脹而底鼓產(chǎn)生底壓。對(duì)于底板來說，除了底板巖層本身的重量是阻止底板向上鼓起的力量外，往往還設(shè)支架底梁去阻止底鼓。所以有時(shí)底板向上鼓起要比頂板下沉、兩幫移近容易得多，也嚴(yán)重得多。
　　巷道底鼓的破壞作用很大，主要表現(xiàn)在減少巷道的實(shí)際斷面，造成通風(fēng)、行人和運(yùn)輸困難，以致影響安全。底鼓破壞了底板的完整性，擠碎了底板，使支架兩幫的柱腿容易插入底板、減少了支架支撐能力，使頂板下沉、破碎，從而給巷道維護(hù)帶來困難。底鼓還會(huì)破壞軌道、運(yùn)輸機(jī)、水溝等巷道設(shè)施，影響生產(chǎn)。
　?。ㄈ?影響巷道礦壓的因素
　　影響巷道礦壓大小的主要因素有：巷道深度、巷道斷面大小、地質(zhì)構(gòu)造、圍巖性質(zhì)等。
　　1.深度的影響
　　巷道所處深度大時(shí)，上覆巖層質(zhì)量大，直接影響到巷道圍巖中原巖應(yīng)力的大小。淺部巷道的壓力主要表現(xiàn)在頂板，深部巷道的壓力來自四周，而且容易出現(xiàn)底鼓現(xiàn)象，有的巷道還有巖石沖擊現(xiàn)象。
　　2.巷道斷面與支護(hù)形式
　　不同的巷道斷面形狀與大小，以及不同的支護(hù)方式，直接影響巷道圍巖應(yīng)力狀態(tài)及穩(wěn)定狀況。巷道越寬，所形成的自然平衡拱越大，產(chǎn)生的巷道壓力也越大；采用錨桿支護(hù)的巷道圍巖應(yīng)力狀況優(yōu)于架棚、砌碹等支護(hù)的巷道。
　　3.地質(zhì)構(gòu)造的影響
　　在向斜軸、背斜軸、斷層附近等構(gòu)造處應(yīng)力集中、地壓較大，平行于這些構(gòu)造走向的巷道更難維護(hù)。
　　4.圍巖性質(zhì)的影響
　　圍巖強(qiáng)度的大小及穩(wěn)定程度是影響巷道礦壓的主要因素。巖石堅(jiān)硬、穩(wěn)定，則產(chǎn)生的礦壓??；巖石松軟破碎、不穩(wěn)定，則產(chǎn)生的礦壓大。此外，在掘進(jìn)過程中，如果受到水的影響，巖石強(qiáng)度則會(huì)降低，圍巖維護(hù)難度加大，應(yīng)特別加強(qiáng)工作面頂板管理。
（四）巷道圍巖來壓的簡(jiǎn)易識(shí)別方法
　　1.觀察預(yù)兆法
　　頂板來壓預(yù)兆主要有聲響、掉渣、片幫、出現(xiàn)裂縫、漏頂、離層等現(xiàn)象，由有經(jīng)驗(yàn)的老工人認(rèn)真觀察工作面圍巖及支護(hù)的變異情況，直觀判斷有無冒頂?shù)奈ｋU(xiǎn)。
　　2.木楔探測(cè)法
　　在工作面頂扳(圍巖)的裂縫中打入小木楔，過一段時(shí)間進(jìn)行一次檢查，如發(fā)現(xiàn)木楔松動(dòng)或脫落。說明圍巖(頂板)裂縫受礦壓影響在逐漸增大，預(yù)示有冒頂險(xiǎn)情。
　　3.敲幫問頂法
　　這是最常用的方法，其中又分錘擊判聲法和震動(dòng)探測(cè)法2種。前者是用鎬或鐵棍輕輕敲擊頂板和幫壁，若發(fā)出的是“當(dāng)當(dāng)”的清脆聲，則表明圍巖完好，暫無冒落危險(xiǎn)；若發(fā)出的是“噗噗”的沉悶聲，表明頂板已發(fā)生剝離或斷裂，是冒頂或片幫的危險(xiǎn)征兆。震動(dòng)探測(cè)法是對(duì)斷裂巖塊體積較大或松軟巖石(或煤層)用判聲法難以判別時(shí)采用的方法。具體作法是：用一只手扶在頂板下面，另一只手用鎬、大錘或鐵棍敲打頂板。如果手指感覺到頂板發(fā)生輕微震動(dòng)，則表明此處頂板已經(jīng)離層或斷裂。這種操作方式人應(yīng)站在支護(hù)完好的安全地點(diǎn)進(jìn)行。