随着采矿工业和其他科学技术的发展,人们越来越认识到矿山压力具有一定的规律,只要认真开展地压研究,掌握地压的规律,遵循矿山地压规律,才能为矿井开拓、巷道布置、巷道支护及采区地压管理提供切实可行的安全技术措施。
1、地压概括
地压是由于井下开采过程中引起的岩移运动对围岩所产生的作用力。矿体在开采之前,矿岩处于平衡的状态,当人为破环了矿岩的原始应力,就会引发矿岩应力重新分布,直到达到新的平衡点,在应力重新分布过程中,会使围岩变形、移动、甚至破坏,从而对工作面、围岩、巷道产生压力。其具体表现形式为采掘工作面或巷道的冒顶片帮、采场(采空区)顶板垮落和冲击地压(岩爆)等。
地压值的大小和特点与许多因素有关,大致可以分为两类;一类是自然因素,如原岩应力、矿岩稳固性、矿体埋藏深度,矿体的规模、形状、厚度、和倾角等;另一类是生产过程中形成的因数,即人为因素,如巷道断面大小、采场支撑方法、开采空间的大小、形状和相对位置,工作推进面推进速度(回采强度)、落矿方法、矿块回采周期和其他因素。
2、地压控制对矿山安全生产的指导作用
地下开采过程中,地压显现往往给井下工作带来巨大的困难,它不仅妨碍施工、增加投资、危害人身财产安全,而且会使矿山局部停产,甚至摧毁整个矿山。同时国家对矿山安全与环保要求趋紧,地压管理受到国家安监部门和矿山企业的高度重视。近年来,在采空区利用、采空区探测、采空区安全分析、及采空区治理方面取得了较大的成效。
工艺技术的发展,更新了某些旧的传统的理念,纠正了过去对地压认识的片面性。譬如,旧的支护理论就存在片面性,认为支护越坚固、强度越大、就越能保证安全,其实作用在支架上的压力并非常量,它会随时间的推移而变化,但同时它与支护本身的性能也有关,在很多情况下,柔性支护更能保证工程的安全性。
3、地压管理防治技术
3.1造成地压灾害的原因
在地下开采过程中容易受到断层、节理的影响,地压显现频繁,给矿山生产带来了较大的安全隐患及不可靠因素,致使在生产过程中安全性较差。很多矿山急需缩短投资回收期,在前期资料不足的情况下,就组织施工建设,容易造成穿越断层时,没有相应的技术措施而出现了大量的冒落、变形、断层面发生位移,最终导致无法使用;而采区回采时,由于设计、施工等不合理,造成采区压力大,出现了较大的局部区域地压显现,矿柱大多挤压变形,导致无法进行后期的回收,且由于地压显现频繁,造成一定的损失与贫化。
众所周知,发生地压活动的原因有两个方面:一是人为因素;二是自然因素。其具体表现为:
(1)由于地质构造原因,造成的地压活动。由于断层、节理及伴生断裂构造的影响,地压显现明显。
(2)设计不合理。一是上下中段矿柱的相对位置不合理,造成上中段的矿柱悬空;二是采区暴露面积过大,造成围岩失稳;三是顶板厚度较薄,造成顶板中间拉应力较大,产生剪破坏地压显现;
(3)支护不合理。由于岩体力学性质分析问题,造成选用支护方式盲目选取,或支护强度不够,形成的局部地压显现;
(4)管理问题。管理疏忽大意,检查不全面,没有认真执行有关安全管理措施,形成的慢性地压显现;
(5)其他原因。如由于井下爆破振动、违反操作规程等造成的其他地压显现。
3.2地压防治措施
地压防治措施要因地制宜、因时制宜,不同的矿山和不同的区域范围内要分别对待。从大的方面讲,地压防治措施有“规避”、“转移”、“监管”及其组合等策略,即:“规避”是指避开断层、破碎带及节理发育的区段;“转移”就是将压力转移到矿柱或人工支架上;“监控”就是进行井下地压检测监控,包括对人员的监管;“组合”,顾名思义就是将几种方法组合防治地压显现。
3.2.1巷道的地压防止措施
3.2.1.1巷道要规避开地压的影响
主要巷道掘进时,尽可能的情况下避免穿过断层和破碎带、松软带。对于必须穿过的,根据岩层性质和地压显现特性选择合理的巷道位置和采用合理的掘进破岩工艺。
(1)选择合理的巷道位置
对于巷道位置的选择主要遵循两条原则。一是岩石性质。尽量将巷道布置在遇水膨胀量小,质地均匀、较坚硬的岩石内,尽量规避开破碎带和断层带。二是支承压力的影响。巷道布置时,除了避免支承压力的影响,还要避开采场上下固定支承压力的影响范围,应把巷道布置在应力降低区域或原岩应力区内。
(2)采用合理的破岩工艺
在松散破碎岩层中,采用微差爆破或光面爆破,减少爆破对围岩的破坏。
3.2.1.2巷道的地压转移措施
(1)采用合理的巷道断面形状,充分利用巷道自身的荷载能力。
巷道断面的长轴应与最大压力来压方向基本一致,如对于东西走向的来压,巷道的长轴为东西方向。若地压较小时采用直墙拱形断面;若水平压力较大,而垂直方向压力较小时,选用娶墙或矮墙半圆拱;若垂直压力较大,而水平方向压力较小时,采用直立椭圆形断面或近似椭圆形断面。
(2)采用经济、技术可行的支护形式。为保障支护类型和参数的合理性,必须考虑矿区工程地质构造、围岩的地质特征、大小断裂构造、岩石整体性、地压力的大小、开掘后的围岩变形等特征,特别是围岩节理裂隙发育状况及空间的组合关系,用以判断围岩的稳固性,然后根据围岩的稳定等级、巷道跨度、工程性质和服务年限等确定合理的支护类型和参数,必要时要进行一些参数验算。常用的支护类型有:木支架、金属支架、装配式钢筋混凝土支架、拱形砌碹支护以及锚杆支护、喷浆和喷射混凝土支护等。
3.2.2采场地压管理技术措施
采场的规模远远大于井巷,但由于采区的形状、体积、分布状况、形成及人员滞留时间等方面的特殊性,采场地压与巷道地压有相当大的差异,归纳起来采场地压具有隐伏性强、规整性差、空间分布特征性差、空间形态变异性大、控制地压难度大等特点。
3.2.2.1采场地压管理中的规避措施
随着科学技术与经济的发展,地压管理措施也在生产过程中得到了相应的发展,现阶段主要的地压规避措施有以下几种:
(1)设计合理的采场顶板暴露面积及跨度。结合矿岩的赋存条件,合理确定矿块的结构参数,有效利用围岩的稳固性,保障回采工作顺利进行。实践证明井下采区空间的稳固性不仅与矿岩的稳固性和围岩的地压有关,也与暴露面积和跨度有关,在同样的地质条件下,选择合理的暴露面积和跨度,能有效转移顶板来压,保障采空区的稳固性;
(2)采用稳固性较强的几何形状控制地压活动。在生产实践中我们知道到:拱形或矩形开采空间长边与最大主应力方向平行时,有利于开采空间的稳固性,设计时我们可以充分利用这一特性。
(3)坚持正规循环作业,加快工作进度,缩短作业人员在危险区的暴露时间。地压显现有一定的实效性,围岩的稳固性会随着时间的增长而降低,围岩中闭合的裂隙会随时间的推移,在应力作用下开裂并纵深发展,暴露后的矿岩会受风化和水的作用而降低强度,所以提高开采强度缩短回采时间有利于规避地压灾害的产生;
(4)遵循矿岩的构造特征,合理避开弱面。在设计施工时积极考虑规避开矿岩中的裂隙(断层)、弱面、节理、层理的方向,采用顶板暴露面与裂隙或节理垂直或交差的方式布置采区,增加顶板的稳固性;
(5)设计合理的爆破参数,减少爆破地震效应,从而规避开一部分爆破冲击波对采场影响。爆破时产生的地震效应,会造成两帮和顶板开裂,破坏其稳固性,同时起爆的炸药量越大,地震效应也就越大。尽量采用微差爆破或光面爆破,以减少对顶板及两帮的破坏,达到稳固的状态。
3.2.2.2采场地压管理中的转移措施
(1)矿柱支撑,即留下一部分矿柱作为暂时或永久支撑,以控制顶板和两帮暴露面积及跨度。留设的矿柱分为两种:一是当地压较大时采用连续条带状矿柱;二是地压较小时采用不连续的规则或不规则的矿柱。
(2)人为支护采场,采用立柱或横撑、棚子支柱、方框支柱、垛积支柱(木垛、石垛、混凝土垛)、杆柱等支护;
(3)充填采区。充填料采用惰性材料,一般有废石、尾砂、砾石及低标号混凝土,但此方法劳动率低、成本较高、生产周期长、工业复杂,故多用于贵金属矿山和稀有矿山。
3.2.3地压管理监控措施
(1)强化“管理责任、监督责任、执行责任”;
(2)强调认真编制、严格审批和严肃执行操作规程,并且操作规程要有针对性;
(3)加强对采区地压活动跟踪检测、监控,严格检查和清理浮石,防止浮石掉落造成伤亡事故。常用的检测方法有目测法(肉眼观测)、标记法、听音判断法、震动法等。而常用的检测仪器有声发监测探头和位移计等;
(4)根据施工进度应及时现状进行测量,以便编制合理的工程进度计划;
(5)坚决杜绝违章作业。加强对新工人的安全教育和技术培训,使他们充分认识到违章作业可能导致的后果;
(6)对于回采工作面必须具备两个安全出口,并经常保持退路的安全畅通,以便遇到紧急情况时能够快速撤离;
(7)严禁在采矿工作面单人作业,在排险作业或危险地带作业时,必须有专人观察顶板情况和帮壁情况;
(8)加强安全文化建设,努力调动员工的积极性,使员工自愿、自觉参与到安全建设中;
(9)在安全宣传中要注意实用性,与具体化,切记神秘化,抽象化、做表面文章;
(10)营造良好的安全心态,使员工形成较高的安全需求和安全价值取向。
4、结语
地压防止的措施主要有以上几种,对于地压管理者不仅需要利用已有的技术经验,还应从矿体赋存条件、经济技术和环境影响等方面进行综合性分析、解剖,从而找出合理的地压管理措施,进而降低矿山企业安全生产的风险程度,提高井下作业人员的安全系数,以达到最优的安全风险、减少事故发生和降低企业安全投资。
浏览全文请至论文频道搜索《井下地压管理措施》
免责声明:矿库网文章内容来源于网络,为了传递信息,我们转载部分内容,尊重原作者的版权。所有转载文章仅用于学习和交流之目的,并非商业用途。如有侵权,请及时联系我们删除。感谢您的理解与支持。