采场地压

采场地压

采场地压是作用在回采工作面矿体、围岩和矿柱的应力及其与采场内支护系统相互作用的应力场总称。文章讲述了水平和缓倾斜矿体开采以及急倾斜矿体开采时应力集中

采场地压是作用在回采工作面矿体、围岩和矿柱的应力及其与采场内支护系统相互作用的应力场总称。采矿过程中，在地下形成的巷道和采空区，破坏了原岩体的应力平衡，采场和围岩和矿体内应力重新分布，形成次生应力场，使矿柱、工作面顶板和围岩发生位移和变形，甚至破坏，如顶板冒落，矿柱压裂或倒塌，围岩开裂和片帮等现象，称为采场地压显现。地压显现的发展全过程，称为采场地压活动。为保证正常回采，利用地压和采取减少或避免地压危害的技术措施，称为采场地压控制。

由于开采范围较大，开采空间的形态极其复杂，随开采工作的开展，其规模和形态又不断变化，岩体受到多次重复的扰动，呈现极其复杂的受力状态。因此，采场地压区别于矿山井巷、水电，铁路，国防等地下工程的地压，具有地压显现剧烈，波及范围大，次生应力场复杂，其活动规律短时间内难于认识等突出特点。

矿体的赋存条件和矿岩的物理力学性质差别很大，所采用的采矿方法也各种各样，研究和应用采场地压显现规律，从而利用和控制地压，对于安全、经济效益好地开采地下矿产资源，具有重大的现实意义。

在矿体中采矿，破坏了岩体中初始应力（原岩应力）的平衡，在采场周围形成次生应力场（图1，图2）在顶板出现应力降低区及由最小主应力引起的拉应力区，两帮及矿柱中存在应力集中区

开采水平矿体时应力分布图

开采倾斜矿体时应力分布图

矿体开采后，采场两帮及矿柱中的应力升高现象，称为应力集中（也叫支承压力），应力升高的范围，称应力集中区。应力集中程度常用应力集中系数K表示，即次生应力与原岩应力之比值，K＞1为应力升高，K＜1为应力降低。

应力集中系数和应力集中区的宽度与开采深度，矿岩性质，岩体构造，采场跨度及其相互关系等因素有关，一般用实验室试验和现场测定方法求得。当矿柱宽度大于相邻两矿房的应力集中区时，应力分布与单一矿房开采的相同（图4a）；当矿柱宽度小于时，则矿柱应力发生应力集中的叠加（图4b），这是地下开采经常出现的问题。

三、采场地压及其控制

（一）采场地压的特点

采场地压是指在地下开采过程中，原岩对采场或采空区围岩及矿柱所施加的载荷。这是由于地下矿体采出后所形成的采掘空间破坏了原岩的自然平衡状态，致使岩体应力重新分布，引起采场围岩变形、移动或破坏等一系列地压现象。这些地压现象的发生和发展过程称采场地压显现。

显然，严重的采场地压显现不仅会恶化采场条件，影响采矿生产，甚至还会危及安全。采场地压主要研究地下开采过程中采场地压的分布及其显现规律。

采场的规模远远大于井巷，但由于采场空间的形状、体积、分布状况、形成及存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爆露空间大、复杂性、多变性、显

现形式的多样性、控制采场地压的难度大等特点。

（二）空场法地压

当矿体的围岩完整、稳定时，可用空场法开采地下资源。在矿石回采期间主要靠围岩自身的强度去支撑采场空间，再辅以必要的矿柱支承局部压力。因此，空场法是靠围岩及矿柱的强度来承担采场地压。

空场法(包括留矿法）的采场地压显现，从时间和空间上看，大体可分为以下两个时期：

(1)开采初期采场回采期间的局部地压显现：随着回采工作面的形成及推进采场暴露面达一定值

后，可能出现采场矿体、围岩或矿柱的变形、断裂、片帮、冒顶等现象。

(2)开采中、后期大规模剧烈的地压显现：在矿山开采中、后期，由于采空区范围扩展及空区体积

扩大，可能出现大规模、大范围的剧烈地压显现。

经调查研究表明，空场法大规模地压显现有一定的规律性，它的显现大体上有预兆、大冒落和稳

定三个阶段。

(1)预兆阶段：表现为岩层发响、顶板岩层移动和掉块、矿柱破坏、采准巷道破坏。

(2)大冒落阶段：随着坑内矿柱的破坏及顶板断裂，掉块扩展至一定程度，在采空区上方将会出现大面积覆盖岩层急剧冒落。此时，与冒落区相邻的采场压力剧增，出现矿柱压裂、顶板破裂、采准巷道开裂及冒顶现象。同时，坑内由于冲击气浪的影响，使通风、运输、排水、动力系统遭受严重破坏。随着坑

内冒顶的扩展，地表可能出现下沉或形成塌陷坑。

(3)稳定阶段：当冒落岩石堆积增多，由于碎胀而可填满采空区并阻止上覆岩层进一步冒落时，则出现暂时的稳定。经过一段时间，破碎松散的岩堆在自重及覆岩变形压力作用下被压实后，上覆岩层变形又有所发展，并出现再次冒落。如此反复多次，逐渐达到上覆岩层冒落完全停止。

【三】采场地压控制方法

研究采场地压的目的，就是要在弄清采场压力分布、转移、显现规律的基础上_寻求经济有效的地压控制方法，以便维护回采期间采场的稳定性和防治采后地压危害，尽可能使采动后围岩或矿体中的应力重新分布有利于改善回采条件、提高生产率、降低矿石损失、贫化，最终达到降低开采成本的目的。采场

地压控制的方法很多，现就主要几种介绍如下：

(1)合理确定采场断面形状及矿房、矿柱参数。利用矿柱控制回采矿房的跨度、形状，并支撑上覆岩层的压力；利用尉岩与矿柱的自支承能力维护回采矿房的稳定是地压控制的基本方法。为此，必须合理

选择矿房、矿柱参数及矿房断面形状与布置方向，以使矿房周围应力分布尽可能地合理，既便于充分发挥围岩自承能力维护自身的稳定，又能做到充分采出矿石。

(2)支撑与岩体加固。回采不稳定矿体时，常利用人工支护回采工作空间，防止冒落。传统的支护方法是用立柱、支架、木垛等进行支撑。近代又发展了岩体加固法，用锚杆、长锚索、注浆等加固不稳定矿体，增强其强度，维持其稳定。若对待采的不稳固矿体预先进行加固，则可收到预控的效果，使回采更

接近于在稳固矿体中进行的状况。

(3) 利用免压拱解除采场地压。在高压力区进行回采时，可利用形成免压拱的方法使侍采矿块处于卸压区内，借以解除原有的高应力状态，使应力释放，并使来自原岩体的载荷转移到该区域之外，从而改善待采矿块的回采条件。这是一种新发展的地压控制方法．其应用正日益广泛。

(4) 合理的回采顺序。在地质构造复杂地段应先回采高应力块段；自断层下盘后退式回采；回采空间

的长轴方向尽可能与矿体最大主应力方向平行。

(5) 充填。在回采期间利用充填处理空区来改善采场围岩及矿柱的受力状态(充填后由于有侧向约束形成三维应力状态)，增强采场围岩的稳定性和矿柱的强度，以及利用充填处采空区，借以阻挡围岩冒落，缓和地压显现，减少地表下沉，是一种常用的地压控制方法。

(6) 崩落。利用崩落围岩的方法消除采空区，控制地压显现以及使承压带卸载，改善相邻采场的

回采条件是地压控制的另一重要方法。