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采场地压管理
王 军
（陕西凤县四方金矿有限责任公司生产技术部）
摘要：地压管理在采矿中是一项很重要的工作，而且是一项持久性的工作，也是矿山工作中最容易不被认真对待的工作。本文从影响采场地压的因素、采场大面积地压发展阶段及其特征、有底柱崩落采矿法地压控制等方面阐述了地压管理工作的重要性。
关键词：采空区 结构弱面 开采深度 地压控制
0 引 言：
矿山井下岩体在未开挖以前承受着上覆岩层的重量以及其他力的作用而处于平衡状态，称为原始应力平衡状态。一旦矿岩体被开挖以后或其附近有开挖工程，其原始应力平衡状态便遭到破坏，矿岩体中的应力将重新分布以便达到新的平衡，在此过程中将使巷道或采场周围的岩体发生移动、变形和破坏，这种现象称为地压显现。使围岩移动、变形和破坏的力，称为地压或矿山压力。
地压的存在，使采矿工作变得困难，为了保证安全生产和回采工作的顺利进行，必须采取减少或避免地压危害的措施，或积极利用地压进行开采，这种工作就是地压管理。
1 井下影响采场地压的因素：
①采空区：采空区的体积是随回采规模和回采时间而变化为不利于岩体稳定的因素。一般来说，采空区体积越大，岩体的稳定性越差，尤以连续空区体积越大，诱发地压活动的条件就越充分。以前面发生的地压活动原因来看，采空区是地压活动的根源。
②时间效应：在其他条件具备下，时间是个重要的可变因素。因为岩体大面积活动要有一个发展过程。
③结构弱面：结构弱面（如断层、破碎带等），一方面起控制发生大范围破坏的作用，即成为岩体移动边界的切割面或滑动面；另一方面对其发生和发展起促进加速作用。
④开采深度：上覆岩层的重力与地压成正比，一般，开采深度越大，地压也明显增加。如有构造影响，水平应力往往大于垂直应力。
⑤地下水：地下水一方面对岩体结构面起溶蚀、软化和泥化作用，降低了弱面的强度；另一方面，在裂隙水压力作用下，减少作用于裂隙表面的摩擦阻力，从而降低了岩体的抗剪强度。根据以前大面积地压活动的经验，一般均发生在春季解冻或雨季时期。
⑥开采技术：在矿床地质条件一定时，矿块的回采顺序、矿块结构参数、回采工艺等采场地压都产生重要影响。
2 采场大面积地压发展阶段及其特征：
第一为发生和缓慢发展阶段，短者数月，长者十几年。主要特征为，围岩发生岩音，采场顶板局部冒落，矿柱压坏，近矿巷道变形破坏。
第二为加速发展，剧烈岩移和崩塌阶段。巷道、矿柱、或夹墙压坏、倒塌、大面积地压活动，底边下沉开裂。
第三为衰减阶段。破坏趋于缓和，围岩应力趋于新的平衡状态。
在地压活动时明显的现象，首先是岩层发响，称为“岩音”大响（如炸雷）是岩层深部离层或断裂，小响（如鞭炮声）表明浅部受压破坏，响声由深部向浅部和矿柱发展，频率由低到高，大冒落前数天响声剧增，每分钟达70次以上。第二个现象是采场顶板松动和掉块，前三个月内，掉块次数1.5-1.6次/h,在大冒落前10余天15-17次/h，大冒落前夕，27到30次/h。故矿柱破坏是引起大冒落的重要根据。
3 有底柱崩落采矿法地压控制：
有底柱崩落采矿法采下的矿石是通过设于底柱中的放矿巷道放出。因此，底柱中放矿巷道的稳定性直接影响回采工作安全及经济效益。所以这种采矿方法的地压控制问题，主要是维护出矿巷道的稳定性。
在回采的不同阶段，底柱所承受的压力是不同的。
第一阶段：矿块进行采准后，底柱上部仍为实体，虽然此时也有压力作用于矿块底部，因是未采动的矿体有一定的承载能力。故底柱所受压力较小。
第二阶段：矿块落矿之后，底柱上部堆积了采下的松散矿石。此时底柱不仅要承受采下矿石的自重，还要承受上覆崩落岩石传递给采下矿石的压力。故比第一阶段承受压力要大。
作用于底柱上的压力由两部分组成：一为作用于回采阶段上部的崩落岩石的平均压力；二为采下矿石作用于底柱上的平均压力。
第三阶段：随放矿进行，作用在底柱上的压力降低，这是因为随放矿进行，漏斗上部采下矿石发生二次松散，在每个放矿漏斗上部形成一个松动的、具有椭球形状的松动体。松动椭球体内部矿石，不受上部传递下来的荷载作用，在其上部形成免压拱。拱上部松散矿石的荷载传递给附近的漏斗，其上部压力升高。在松散椭球体范围内，在放矿漏斗的上部压力降低，出现降压带。如下图

4 保持开采空间稳固的方法:
(1)缩小开采空间暴露面积和跨度。
(2)使开采空间具有较稳固的几何形状。(悬臂梁原理) ①使开采空间的顶板成为拱形,可以显著提高空间的稳固性。②矩形开采空间长边与最大主应力方向平行,有利于开采空间的稳固。在同样的原岩应力条件下,若将开采空间转90°直立成为窄而高的状态,就是使长边与最大主应力平行,则两壁没有应力集中情况,顶板拉应力消失或减小。
(3)提高开采强度,缩短矿块回采周期。
(4)回采方向适应矿岩的构造。
(5)采用矿柱支撑。先留一部份顶底柱,当矿房回采结束后立即进行顶底柱的回采。
(6)采用充填料支撑。
(7)留矿支撑。
(8)人工支柱支撑。①立柱或横撑;②棚子支柱;③方框支柱,由柱、梁和横木组成。④垛积支柱;⑤杆柱;⑥单体金属支柱;⑦单体液压支柱;⑧混泥土支护。如1290米中段64线北。
（9）矿柱回采、空区处理也可以归为地压管理的一部分。
矿柱回采是在原来采矿方法设计时考虑到地压管理,在矿房回采结束后,为了充分利用资源,使能够不浪费资源而进行的矿柱回采。矿柱回采要及时,矿柱能否及时回采不仅关系到矿山经济效益的优化,而且关系到矿山生产的持续和安全。 矿柱回采后围岩压力全部转移到矿柱上,而矿山对矿柱又往往不能及时回采。随着时间的推移,地压活动加剧,矿柱进一步变形开裂,更给矿柱回采造成更大困难。矿山技术政策和安全规程都要求按计划及时回采矿柱。很多矿山实践证明,为了保证井下安全生产,预防大面积剧烈的地压活动,不能允许保留大量用矿柱支撑的为未处理采空区。
5 采场地压的动态控制
华东交通大学道路与铁道工程江西省重点实验室的刁心宏教授提出了采场地压的动态控制：所谓的控制,是指施控者选择适当的手段作用于受控者以期引起受控者的行为发生预期变化的一种主动行为。在采场地压控制中，矿房顶板和矿柱是被控对象，对顶板和矿柱进行加固，以及改变采场结构尺寸及回采顺序，即是为了改善采场矿岩稳定性、获得最优的矿石回收率和经济效益而采取的控制作用。
要实现要实现对采场地压的动态控制,必须能够:
(1)对采场地压显现模式进行快速、准确的判断。通过对采场地压显现模式的识别,判断采场顶板、矿柱是否会失稳破坏和以何种方式破坏,从而确定采用何种方法进行控制。控制参量(手段)包括:改变支护方式或强度,改变采场结构参数,改变回采工艺。
(2)及时确定地应力及矿岩体物理力学性质参数指标,并在采矿过程中不断求精,为岩石力学计算分析提供可信的数据。
(3)对采场围岩应力及变形进行快速分析。通过对采场围岩应力及变形的分析,获得矿岩体中应力及变形分布规律,为地压监测方法、监测点布置、分析矿岩破坏的可能性及破坏方式提供依据,找出可能引发矿岩破坏的薄弱环节。
(4)对采场地压进行实时监测。通过对采场地压进行监测,一方面可以保证采场回采安全,另一方面可以返回采场地压发展趋势及采场地压控制效果的信息,为分析采场地压显现规律和调整采场结构参数及矿岩加固措施提供直观可靠的依据。

采场地压控制实施步骤
我们矿上控制地压的方法主要是崩落围岩处理采空区和预留保安矿柱。崩落围岩处理空区的实质是，用崩落围岩充填空区或形成缓冲岩石垫层，以控制矿山压力，转移或缓和应力集中，防止围岩大面积突然崩落产生气浪对生产区巷道、设备和人身的危害。此法简单易行，成本一般较低。如能及时处理，并达到要求的崩落范围和厚度，可以保证生产区的安全，缓解直至消除应力集中。
针对实际矿山的情况，我们以后的采矿工作中应注意以下几点：
① 从中央向两翼开采。避免应力叠加；
② 实行集中作业，强化开采；不能多中段同时开采，我矿主要回采1340米、1290米中段，对于1240米中段不能大规模出矿，可以在品位低的时候适当的做些配矿工作。
③ 采用合适的支护形式，提高支护效果；锚喷用于进路和联络巷道不受构造的地段；锚喷网用于矿岩接触地带；锚喷网加长锚索用于断层破碎带，地压很大的个别地段。
④ 不遗留矿石实体；当地压大进路无法正常回采时，应设法进行松动爆破，以消除残留实体对下分段的不利影响。据此我矿的1390米中段应设法尽快降段，以消除对以下中段的影响。
⑤ 上下分段的采场要保持一定的超前关系。上下两个分段同时回采时，上分段应超前于下分段，超过前距离应使上分段位于下分段回采工作面的错动范围之外，且不得小于20m。
我矿应该在地压监控这块投入，尤其是对1290米中段运输系统的监控，这是井下生产的重中之重。可以在巷道壁上打探测仪器孔，架设仪器；对于空区也可以测空场变形。
6 结 语
地压管理很多时候不能用经济指标来衡量,哪里有安全隐患,需要支护就要支护。但是,采矿方法的选择是以矿块回采期间地压管理为主要依据,所以地压管理是采矿工艺中的一个重要的不可或缺的组成部分,对矿块的生产效率,安全生产及考虑局部矿体的可采问题;矿柱回采等都影响很大。所以研究适合本矿山的地压管理方法,对降低生产成本,充分回收资源、增加安全系数,提高经济效益具有重要的现实意义。为此可为矿山每年带来上百万的经济效益 。地压管理是一个矿山企业长期的工作。在采矿前要做好整体规划，不能采富嫌贫，当然一个企业经济效益也很重要。在不得已时，要选择性的去采些品位较好的矿石，但是要做好善后工作，该支护的地方要支护，尤其是应力集中地地方。不需支护的地方，要长期的跟踪记录。要做好采空区的上下分段的对照工作。