【金属矿床开采技术】13.采场地压管理

第三篇 回采工作主要过程
第一节 概 述 第二节 采场暴露面和矿柱 第三节 支护 第四节 充填 第五节 崩落围岩
2020/10/28
第一节 概述
一、概念
1、原岩体：未开挖的岩体或不受开挖影响的沿体部分称为原岩体 。 2、原生应力场：原岩体中的岩石在上覆岩层重量以及其它力的作 用下，处于一种应力状态，一般把这种应力状态称为原生应力。 3、地压显现：岩体被开挖以后，破坏了原岩应力平衡状态，岩体 中的应力重新分布，产生了次生应力场，使巷道或采场周围的岩 石发生变形、移动和破坏，这种现象称为地压显现。 4、地压：使围岩变形、移动和破坏的力，称为地压或矿山压力。 5、地压管理：为保证正常回采，而采取的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。 6、地压管理方法：为进行地压管理所采取的各种措施。
第二节 采场暴露面和矿柱
一、采场暴露面的稳定性评价
1）影响采场暴露面积大小的主要因素： ➢ 矿石和围岩的力学性质； ➢ 开采深度； ➢ 施加在开采空间顶板的上覆岩层高度； ➢ 暴露面维持的时间； ➢ 暴露面的几何形状等。
2）覆岩总重假说认为， 在水平或缓倾斜矿体中， 开采空间承受的载荷P， 是开采空间上部直达地表 全部覆岩重量的总和。如 图13-1
二、矿柱
1）矿柱的形状对其强度的影响 矿柱的强度与其形状有关。矿柱的宽度越大，高度越小 ，矿柱处于三向压缩状态的部分越大，则矿柱的强度越 高。
2020/10/28
第二节 采场暴露面和矿柱 2）水平和缓倾斜矿体矿柱计算：
保证矿柱强度必需的截面，按许用承载强度计算：
SHk 0k f
s
n
S—矿柱支撑的上部覆岩面积；
2020/10/28
第三节 支护
２、木垛支护 用于或度不大而地压较大的缓倾斜矿体或在充填体上面支
护顶板（图13-8）。木垛常用的木材长度为1.5-2.5m，直径120200mm。水平矿体所用木垛中木料最小长度不得小于高度的 1/4，以保证其稳定性。
2020/10/28
第三节 支护
３、方框支架和木棚 方框支架是一个矩
2020/10/28
第二节 采场暴露面和矿柱
3）急倾斜矿体矿柱计算 开采急倾斜矿体时，一般留有顶柱，底柱和间柱。底柱
因受放矿巷道切割严重，对围岩的支撑能力很差；顶柱因受 剪应力和弯曲应力，只能承受部分载荷，因此顶柱和底柱的 支撑能力仅按安全系数考虑；间柱候大且连续，呈三向受力 状态，是支撑围岩的主体部分。
※锚杆支护区别于木材支护的主要特点 锚杆和围岩结合为一整体，共同作用，因此也称为主动支护。
2020/10/28
第二节 采场暴露面和矿柱
3）拱形假说以松散体力学为理论基础，认为在上部覆岩的 压力作用下，松散的岩体从开采的顶板向下冒落，形成自然平 衡拱。作用在矿柱上或支架上的载荷，仅是冒落拱内岩块的重 量，于开采空间埋藏深度无关。其方程式为：
x2 y
af
式中 a—平衡拱跨度之半 f—岩石坚固性系数，f=tanφ
H—开采深度
K—载荷系数，与岩石性质有关
S—矿柱的截面积；
n—安全系数。
2020/10/28
第二节 采场暴露面和矿柱
最终选定的矿柱尺寸，必须大于下列条件所限定的矿柱 最小宽度：
1）为防止矿柱被爆破崩坏，应使矿柱宽度c≥2w; 2）为防止矿柱纵向弯曲，要求c ≥0.25h~0.75矿柱h; 3）采用爆破崩矿时，要求c≥3~5m，以保持矿柱中心部位 稳固； 4）如果顶板岩石强度低于矿石强度，为防止矿柱压入顶 板，应加大矿柱面积
形平行六面体的木结构 ，随回采工作面推移， 由下盘向上盘逐个架设 ，由下向上逐层建造（ 图13-9）。在不稳定的围 岩和矿石中，采用回采 巷道回采时，常用间隔 的或密集的木棚支护。
2020/10/28
第三节 支护
二、锚杆和锚杆架支护
１、锚杆支护 ※综合国内外应用的锚杆结构型式，其分类为：
点锚固型式
2020/10/28
第一节 概述
二、采场地压管理的基本方法：
1、利用矿岩本身的强度和留必要的支撑矿柱，以保持采场 的稳定性。
2、采取各种支护方法，支撑回采工作面，以维持其稳定性 。
3、充填采空区，支撑围岩并保持其稳定性。 4、崩落围岩，使采场围岩应力降低，并使其重新分布达到 新的应力平衡。
2020/10/28
机械锚固 粘结锚固
粘结锚固 全长锚固型式
摩擦锚固
楔缝式 涨壳式 倒楔式 树脂 砂浆 树脂
管缝式
液压涨壳式
2020/10/28
第三节 支护
➢点锚固式锚杆 在工作之初，先要拧紧螺帽，使其受到预加拉力，
因此，也称为预应力锚杆， ➢全长锚固式锚杆
荷载沿锚杆全长作用，属无预应力型。 ➢与点锚固式锚杆相比，全长锚固式锚杆具有锚固力大 、变形小、适应范围广等优点,松软性岩层中应用，效果 更好；在需要用预应力锚杆时，使用预应力锚杆为好。
2020/10/28
第三节 支护
当回采不够稳固的矿体或围岩时，有时应用支柱或支架 支护采空区，以保证回采工作的安全．
一、木材支护
1、横撑支柱和立柱 开采急倾斜薄矿脉（厚度小于2-3m）时，用横撑支柱支护
两帮围岩，并在其上架设木板或圆木，作为凿岩爆破的工作台 ．（图13-6）。开采缓倾斜薄矿体时，可用立柱支护不稳固的 顶板，采幅高度一般不大于2.5~3m。根据顶板稳固程度，采用 带帽立柱或立柱加背板。
2020/10/28
第二节 采场暴露面和矿柱
4）许多研究结果：开采空间上部岩体所承受的载荷，部使其 上部整个覆岩的重量，而仅使其中的一部分。如果施加在 开采空间顶板上面的岩层高度：
Hb kH
H为开采深度；k为载荷系数。 5）实践证明：开采暴露面的稳定性，不仅决定于面积大小，
而且决定于暴露面ห้องสมุดไป่ตู้形状。 ➢ 暴露面长宽尺寸接近时（长度小于其2倍宽度），稳固
性决定于面积大小； ➢ 暴露面长度远大于宽度（大于2倍以上）时，稳固性决
定于宽度。 为保持暴露面的稳固性，开采空间跨度不得超过极限跨 度或面积不得超过其极限暴露面积。
2020/10/28
第二节 采场暴露面和矿柱
6）暴露面保持的时间，对稳定性也又很重要的影响。尽 管载荷不增加，但长期静载荷作用下，岩石由于蠕变， 变形迅速增加，使岩石破坏。因此相同条件下，提高开 采强度，缩短开采空间的暴露时间，往往能够获得良好 的开采效果。