13.采场地压管理

管 理
到新的应力平衡。
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第 十 三 章 采 场 地 压 管 理
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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。
第二节 采场暴露面和矿柱
第
3）急倾斜矿体矿柱计算
十 三
开采急倾斜矿体时，一般留有顶柱，底柱和间柱。底柱
章
因受放矿巷道切割严重，对围岩的支撑能力很差；顶柱因受
采
剪应力和弯曲应力，只能承受部分载荷，因此顶柱和底柱的
场
支撑能力仅按安全系数考虑；间柱候大且连续，呈三向受力
地
压
状态，是支撑围岩的主体部分。
管
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第二节 采场暴露面和矿柱
2）水平和缓倾斜矿体矿柱计算：
第
保证矿柱强度必需的截面，按许用承载强度计算：
十 三
SHk 0k f
章
s
n
S—矿柱支撑的上部覆岩面积；
采 场
H—开采深度
地
K—载荷系数，与岩石性质有关
压
S—矿柱的截面积；
管
n—安全系数。
理
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第 十 三 章 采 场 地 压 管 理
但无可塑性，抗爆破冲击震动性能差，需要较长的养 生期，底柱回采后弯曲的钢筋不利放矿。
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第三节 支护
２、喷射混凝土支护
将按比例并已经搅拌好的干料（砂、石、水泥、速凝剂等混 合物），送入喷射机，用压气输料管道送到工作面，干料在喷射 咀的混合室内与水混合， 以高速喷射到所支护的岩壁上，形成喷 射混凝土支护体。
２）组合作用：在层状结构的岩层中，锚杆如同连接螺 栓，将薄层组合成厚梁，使围岩承载能力大大提高．
３）挤压作用：在松软的岩层中，以某种参数系统布置 预应力锚杆群，在围岩内形成一个承载拱，以提高围岩的承 载能力．
第三节 支护
第
※长锚索加固
十
应用长锚索加固岩体，是在矿体和围岩中，按一定网度
三
章
钻凿大直径深孔，在深孔中放1到3根钢丝绳，然后注入水泥
采空区液压支护
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第三节 支护
近年来，在开采顶板不稳定 的缓倾斜薄矿体时，探索性的移 植了煤矿液压式掩护支架。随回 采工作面向前推进，不断移动掩 护支架以支撑工作面附近的顶板。 在支架的后方，直接顶板可自然 冒落。但由于金属矿石较坚硬， 通常使用凿岩爆破法落矿，故掩 护支架需有防爆措施．此外，尚 应研制与掩护支架配套的采场搬 运措施。实践证明，用掩护支架 支护顶板时，采取电耙搬运矿石 极为不方便。
它是把运输浇灌和捣固等工序结合起来的新工艺．和 浇灌混凝土支护相比，提高了施工速度２倍以上，减少掘 进工程量15-20％，节省劳动力50％，降低成本50％。
这种支护方法与被支护体的岩壁有很高的粘结力，能 充填岩壁较大的裂隙，从而提高岩体的稳定性和承载能力。 喷射混凝土与岩壁共同作用，构成统一的受力体系，成为 主动的承载结构。
采
砂浆，提高岩体强度，防止顶板危岩冒落。
场
我国凤凰山铜矿实验长锚索和锚杆联合支护方法，获得
地 压
良好加固顶板的效果。
管
理
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第三节 支护
2、锚杆桁架支护 锚杆桁架是矿山顶板的新方法，它比锚杆支护具有更高
的优越性．1966年在美国研制成功，以后应用与煤和非矿山 的宽巷道，斜坡的顶板支护，还用于房柱法的矿房顶板支护 上。
理
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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
第
支护采空区，以保证回采工作的安全．
十
一、木材支护
三
1、横撑支柱和立柱
章
开采急倾斜薄矿脉（厚度小于2-3m）时，用横撑支柱支护
采
两帮围岩，并在其上架设木板或圆木，作为凿岩爆破的工作
场
台．（图13-6）。开采缓倾斜薄矿体时，可用立柱支护不稳固
6、地压管理方法：为进行地压管理所采取的各种措施。
第一节 概述
二、采场地压管理的基本方法：
第
十
1、利用矿岩本身的强度和留必要的支撑矿柱，以保持采场
三
的稳定性。
章
2、采取各种支护方法，支撑回采工作面，以维持其稳定
采
性。
场
地
3、充填采空区，支撑围岩并保持其稳定性。
压
4、崩落围岩，使采场围岩应力降低，并使其重新分布达
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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
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
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x2 y
af
式中 a—平衡拱跨度之半 f—岩石坚固性系数，f=tanφ
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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，
5 7
3
6
2
1
4
图 13-16 水力旋流器示意图 1-锥形容器；2-圆柱体；3-进料管； 4-排砂器； 5-顶盖； 6-溢流器； 7-导管
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第四节 充填
３、砂浆的水利输送 制备好的砂浆，需用管道输送至充填地点。利用管道进
而且决定于暴露面的形状。 ➢ 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。
第二节 采场暴露面和矿柱
第
6）暴露面保持的时间，对稳定性也又很重要的影响。尽
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第三节 支护
四、混凝土和喷射混凝土支护
这种支护方法主要用于电耙巷道，喷射混凝土支护有 时也用于采矿巷道。 １、混凝土支护
主要是使用素混凝土，但在一些关键部位采用配以钢 筋或钢轨，工字钢等整体浇灌的支护方法。
它具有承压大，整体性好，适应各种漏斗布置形式， 支护表面平整利于耙矿等优点。
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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
十
管载荷不增加，但长期静载荷作用下，岩石由于蠕变，
三
变形迅速增加，使岩石破坏。因此相同条件下，提高开
章
采强度，缩短开采空间的暴露时间，往往能够获得良好
采
的开采效果。
场 地
二、矿柱
压
1）矿柱的形状对其强度的影响
管
矿柱的强度与其形状有关。矿柱的宽度越大，高度越小，
理
矿柱处于三向压缩状态的部分越大，则矿柱的强度越高。
章
1/4，以保证其稳定性。
采 场 地
压 管 理
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第三节 支护
第 十 三 章
３、方框支架和木棚 方框支架是一个矩
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，
采
由下向上逐层建造（图
场
13-9）。在不稳定的围岩
地
和矿石中，采用回采巷
压
道回采时，常用间隔的
管
或密集的木棚支护。
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第四节 充填
按照充填材料的成分和输送方法不同，可分为干式充填、 水利充填和胶结充填。
一、干式充填
按采场内运输废石的方式，可以分为自重、机械和风力 充填三种。
自重充填主要用于随后充填，但当采用倾斜分层回采时， 也可用于同时充填。
机械充填是用自行设备，电耙或输送机在采场内扑平废 石。
※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。
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第三节 支护
※锚杆的力学作用 1）悬吊作用：在块状结构或碎裂结构的岩层中，锚杆
将不稳固的岩块或岩层，悬吊在松动区以外的稳固的岩层上， 组织岩块或岩层塌落。
水力充填材料有河砂，山砂，卵石，炉渣，采掘的岩石 以及选厂的尾砂等。充填料的最大粒径不应超过管径的1/3， 而且含量不超过总量的15％。砂浆的浓度用固体和液体的体 积比或重量比表示，为了减少排水费用，固液比应控制在 1:3.5以内。
应严格控制尾砂的硫化物的含量：黄铁矿含量不得超过 ８％，磁铁矿不应超过４％。否则应惊醒脱硫处理。
地
的顶板，采幅高度一般不大于2.5~3m。根据顶板稳固程度，采
压
用带帽立柱或立柱加背板。
管
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第三节 支护
２、木垛支护
第
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
十
护顶板（图13-8）。木垛常用的木材长度为1.5-2.5m，直径120-
三
200mm。水平矿体所用木垛中木料最小长度不得小于高度的
锚杆桁架是用高强度钢杆、两个涨壳式锚杆和拧紧装置 组成，由于施加预紧力，在支护范围内的顶板岩层中，形成 压缩带，恰似结构力学上的桁架，从而对顶板岩层起加固作 用。
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第三节 支护
三、金属支架支护
金属支架具有强度 大，使用期限长，可 多次复用，安装容易， 耐火性强等优点，在 地下开采中的应用逐 渐增加。但这种支架 重量大，成本高，搬 运和修理较困难，因 此多用于开拓和采准 巷道的支护中，而采 场中应用较少。
第 十 三 章 采 场 地 压 管 理
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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
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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。
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第四节 充填
2、充填料的制备 为了使充填料在管道中顺利
输送，充填料在进入管道前，必 须和水均匀混合成砂浆，这就是 砂浆制备。其目的是将充填料配 制成合格的粒级组成，控制细泥 含量和砂浆浓度，以保证顺利输 送和达到必要的充填能力。
图13-16 水力旋流器示意图
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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。
风力充填应用较少．它是利用压气使充填料沿管路送向 充填地点。
由于干式充填效率低，充填工作劳动消耗大，充填不够 致密，逐渐为水利充填所代替．但对中小型矿山因为投资少， 不需添置设备，因此仍有使用价值。
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第四节 充填
二、水利充填
水力充填是用水作媒介，使充填料沿管道或钻孔输送到 充填地点。包括充填料的选择和加工，砂浆制备和输送，充 填和脱水以及废水处理等。 １、充填材料的选择和加工
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
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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：