什么是采场地压?

什么是采场地压?

[拼音]：caichang diya

[外文]：ground pressure in stopes

采场顶板、围岩和矿柱内的应力以及作用在支护上的力的统称。采矿过程中，在地下形成采空区，破坏了原岩体的应力平衡。采场围岩内应力重新分布时，围岩变形、破坏和移动，出现顶板冒落、矿柱压裂和倒塌等现象，称采场地压显现。采场规模较大，形状也较复杂，随回采工作的进行，采场规模和形状又不断变化。因此，和井巷相比，其地压显现剧烈，波及范围也大。

影响采场地压的主要因素

有矿石和围岩的物理力学性质、地质构造、 开采深度、 采矿方法、回采顺序、开采规模和开采强度等。矿岩稳定性好或采矿方法、回采顺序和地压控制合适时，地压显现不明显，回采工作能顺利进行。岩体完整性好，采矿方法及其结构参数也选取适当，但局部构造破坏，顶板局部冒落，围岩少量片帮，矿柱发生裂缝或剥落等现象，称局部地压，是采场中经常发生的现象，一般不引起大面积地压活动。少数老矿山，由于开采历史很长，开采规模较大，且存在大量采空区，在地质构造发育的不利条件下，容易产生大规模破坏性地压活动。中国自1956年以来，在辽宁、江西、湖南等省，先后多次发生大规模地压活动，威胁矿山的安全生产，造成资源的大量损失。研究采场地压活动规律和地压控制方法，有十分重要的意义。

地压显现规律

大规模地压活动可分发生、发展和衰减稳定三个阶段。

发生阶段

也称预兆阶段。大规模地压显现以前，常有预兆。预兆期从几天到数月（如辽宁弓长岭铁矿为2～3个月，湖南锡矿山锑矿为 5～12个月）。在此期间，各种预兆逐渐增强和不断扩展。主要预兆为：围岩发响；采场顶板局部冒落；矿柱压坏；近矿体巷道变形和破坏。

在矿柱、顶板产生脆性微破裂时，岩石发响，称岩音。岩音频度（单位时间内的发音次数）与岩石破坏程度密切相关。采场大冒落前几小时到几天，岩石响声急剧增加。掌握岩音频度变化的规律，就可预报采场大冒落。采场顶板局部冒落和掉石的次数增加，或顶板下沉速度增大，是大规模地压来临的又一预兆。

矿柱破坏是大规模地压活动的重要预兆。大冒落之前，采场中残留的矿柱有一个压裂、剥落和倒塌的过程。湖南锡矿山统计资料表明，在大面积地压发生前一个月，丧失承载能力的矿柱数占总数的60％，其余的矿柱也有不同程度的开裂和剥落。近矿体巷道围岩开裂，形成错动缝或下沉台阶等，也是大规模地压来临的预兆。

发展阶段

即围岩大冒落和移动阶段。特点是：在很短的时间内，采场大面积冒落；近矿体巷道严重破坏；地表开裂下沉；由于存在大量采空区，有时还发生不同程度的冲击气浪。如弓长岭铁矿某次地压发展阶段延续20天左右。活动剧烈程度不是始终一致，其间发生两个高峰（间隔5～6日）。

衰减稳定阶段

大面积冒落后，井下采场与巷道的变形和破坏趋于缓和，而地表开裂和下沉一般还要持续一段时间，速度逐渐减慢，围岩应力达到新的平衡状态，出现衰减稳定阶段。

随采矿工作的进行，采动范围继续扩大。岩体平衡状态又受到破坏，地压活动再次发生，重复经历上述三个阶段。例如弓长岭铁矿通峒区在八年内发生过三次大规模地压活动。

与煤矿相比，金属矿山采场地压显现的特点是：在地压活动衰减稳定期间，岩体变形很小，用一般观测仪器很难测出；在地压发展时期，变形量显著增加，岩体突然发生脆性断裂破坏。

金属矿山岩层移动的发生和发展，在很大程度上受地质构造弱面（如断层、破碎带等）的影响和控制。

采场地压控制

为防止采场局部冒落和大规模地压活动，采取保持围岩稳定、减轻采空区对下部(或相邻)矿体回采的不良影响等技术措施，以控制采场地压。方法主要有下列三种：

合理选择采矿方法和参数

应用空场采矿法（见自然支护采矿法）和充填采矿法时，矿柱尺寸过小或矿房跨度过大，都会压坏矿柱使顶板冒落；相反，矿房过小，矿柱有足够的强度，但矿石回收率却显著降低。因此，正确的地压控制方法，应是在保证回采矿房安全的条件下，最大限度地回收矿石。

利用免压拱是近年来开采缓倾斜矿体的新技术（见图）。对锡矿山锑矿的研究表明，当两侧采空区冒落后，支承压力转移到冒落区的外侧大矿柱上面，形成大免压拱，中间采场处于应力降低区，地压明显降低，回采较顺利。

应用壁式崩落采矿法时，根据矿床的结构面分布特征，正确选择回采方向，可以避免回采工作面上出现较大的地压。

根据最大主应力方向，布置回采进路，也是控制地压的一种有效方法。将回采进路的长轴平行于最大主应力方向，且使相邻矿柱交错布置，则可将矿房顶板破坏的波及范围控制在较小的限度内。

矿体走向长度很大时，应合理确定矿体的回采顺序。通常在矿体走向中央部位，地压最大。此时，如用崩落法，应采用由中央向两侧前进式的回采顺序。若采用从矿体两端向中央后退式的回采顺序，则在回采初期地压不明显，但回采接近矿体中央时，最后几个矿块将承受很大的支承压力，给回采造成很大困难，甚至无法回采，损失大量矿石。

提高岩体支撑能力

在围岩破碎条件下，用注浆法可赋予破碎顶板以较高的抗剪和抗拉强度，改善岩体的力学性能。方法是沿预先钻好的注浆孔，以高压（一般为 10～50atm）将水泥或其他浆液灌注到岩体的裂隙中，水泥沉淀、硬化后对岩体起加固作用。对于渗透性较好的、发育的贯穿型裂隙岩体，用注浆法能获得良好的加固和防水效果。但裂隙呈闭合状态或其间含有粘土质成分时，注浆极其困难，往往不能收到预期效果。锚杆和锚杆桁架的预紧力，能使锚固的岩层产生较强的压缩应力，形成保持稳定的围岩应力场，加固围岩。

采用充填采矿法时，由于间柱受到充填体的侧向压力，使其单向受力变为三向受力，提高了矿柱的稳定性。

及时处理采空区

大量采空区的存在，是发生大规模地压活动的重要原因，也是安全生产的严重隐患，不可忽视。目前处理采空区的方法有崩落围岩、充填和封闭等，能有效地控制采场地压。

用强制崩落法处理采空区，能释放周围岩体中的应变能，减小地压，改善作业条件。自然崩落围岩处理采空区，由于掌握崩落的时间和范围很困难，一般只适用于对生产区段没有影响的边远采空区。对孤立矿体或矿脉稀疏的小采空区，有时也采用将所有通路封闭，任其自然崩落的方法处理。采用充填料回填采空区，能阻止围岩和矿柱在开挖后所产生的变形继续发展，控制围岩的暴露面积和暴露时间，减缓岩层移动的危害和地表下沉的程度，但对呈脆性断裂的坚硬岩体来说，仍不能防止岩体的变形和破坏。

在地表允许崩落的条件下，应尽量采用工艺简单、投资少的强制崩落法。地表需保护和资源贵重等特定条件下，应采用充填法或胶结充填法。

参考书目

高磊等编：《矿山岩体力学》，冶金工业出版社，北京，1979。