采场地压动态控制_刁心宏 - 副本
《采场地压及其控制》课件
随着环保意识的提高，采场地压控制技术将更加注重绿色环保。采用低能耗、低污染的技术和设备，减少对环境的破坏和污染，实现采场生产的绿色可持续发展。
高效开采
提高采场地压控制技术的效率是未来的发展趋势。通过优化采场布局、改进采矿工艺、采用高效设备等措施，提高采场生产效率，降低生产成本，提升企业经济效益。
《采场地压及其控制》ppt课件
目录
contents
采场地压的基本概念采场地压的监测与预测采场地压控制技术采场地压控制工程实例采场地压控制技术的发展趋势与展望
01
采场地压的基本概念
指在采矿过程中，由于岩体被挖空而引起的围岩应力重新分布，导致岩体发生变形、破坏、塌落等地质现象的力学过程。
采场地压
为确保采矿安全和高效，采取一系列措施对采场地压进行监测、分析和控制的过程。
信息化管理
信息化技术将在采场地压控制技术中发挥重要作用。建立信息化管理系统，实现采场数据的实时采集、传输、处理和分析，为采场管理和决策提供科学依据，提高采场管理的科学性和有效性。
01
02
03
04
技术创新：未来采场地压控制技术将不断涌现出新的技术和方法。通过科研机构和企业不断的技术创新，推动采场地压控制技术的进步和发展，提高采场安全生产的保障能力。
案例三
某铜矿通过合理的地下水控制，降低了地压对采场的影响，实现了绿色开采。
04
采场地压控制工程实例
该矿区采场处于高地应力区域，岩石坚硬且完整，但存在局部破碎带。
采场地压情况
采用松动爆破、锚杆支护和局部注浆等综合措施，降低地压，增强围岩稳定性。
控制措施
经过地压控制后，采场安全稳定，提高了采矿效率，减少了安全事故。
实施效果
弓长岭井下采场地压控制技术研究
弓长岭井下采场地压控制技术研究宫国慧;付煜;陈继宏;任美霖【摘要】The ground pressure occurs violently in - 280m middle section of Gongchangling underground mine and high‐strength metal arch supporting cannot prevent the destruction of ground pressure along with collapse and deformed rebar which seriously affected the normal production of mine . Field investigation shows roadway damage is divided into three kinds :structural plan tensile damage , structural plane shear failure and roof‐fall damage .This paper analyzes two reasons for deformation of roadway :many cross faults exist in ore body with the decrease of the strength of the rock mass ;chlorite schist develops with joint fissure and low intensity .This paper reveals that metal arch support is not suitable for complexity deformation of soft rock and discusses the development and practicality of bolt support .On this basis ,this paper puts forward spray the anchor net supporting which is suitable for the damageof roadway and parameters .Practice shows that spray the anchor net supporting can commendably solve the problem of roadway damage to achieve the goal of controlling the ground pressure .%弓长岭井下矿－280m 中段采场地压显现剧烈，高强度的金属拱架支护无法阻止地压的破坏，支护后巷道多处发生塌冒和钢筋变形失稳现象，严重地影响了矿山的正常生产。
无底柱分段崩落采矿法地压控制
无底柱分段崩落采矿法地压控制发布时间：2021-05-14T11:17:09.530Z 来源：《工程管理前沿》2021年2月第4期作者：刘虎[导读] 当前，随着矿石价格的不断波动，矿业公司对经济利益的需求正在增加。
刘虎中国华冶科工集团有限公司天津第三分公司天津 014000摘要：当前，随着矿石价格的不断波动，矿业公司对经济利益的需求正在增加。
但是，我国的矿业公司仍在管理设备，技术和工艺上有严重的不足，这给我国的矿业企业带来了严峻的挑战。
因此，我国引入无底柱分段崩落采矿法，该方法被广泛用于地下矿山中的采矿工作。
如何优化无底柱分段崩落采矿法的采矿生产调度系统成为了促进采矿技术的重要研究方向。
关键词：无底拄分段崩落采矿法、地压控制无底柱分段崩落开采法是一种开采效率高，生产安全，是控制地压的有效方法。
这种方法首先在世界范围内的瑞典矿山中使用，由于其突出的优势和高安全生产系数，已在世界各地的矿山中得到广泛的推广和应用，极大地增加了世界采矿量。
1960年代，我国开始引入并使用无底柱分段崩落采矿法进行采矿作业。
它的优势是巨大的，并且已经在金属矿山中得到了迅速推广，尤其是在铁矿石开采中应用广泛，而在该法的实施过程中，应科学考虑对矿区地压的控制，确保无底柱分段崩落采矿击的顺利开展。
1.如何控制地压考虑到地面压力活动的特点和一般的外观规律，有必要根据当地情况采取积极合理的地压控制方法。
（1）加强集中开采：即快速开挖，快速支护和快速开采，缩短采矿作业线和巷道采矿周期，并努力在地压达到之前完成采矿作业。
例如，玉石洼铁矿作为组织生产的单位，生产周期从17个月缩短到10个月，从而有效地控制了地压活动。
矿山生产实践证明，如果分段不超过一年，则不会损坏进路和联巷。
同时，无论是沿走向方向还是垂直走向方向布置采场，都必须将采矿工作面在平面上呈阶梯状，以减慢采矿现场的压力活动。
在矿山两个50m分区的1号联巷上同时开采了四个坡道，形成了一个完整的阶梯状工作面。
空场法采矿的采场地压控制
➢ 极破碎巷道超前管棚支护，硬岩岩 ➢ 矿岩不很稳固矿体，
爆巷道——钻孔爆破卸压
多采纳单进路的无底柱
➢类似3.2.3.3节评价采空区的稳定性。 分段崩落法采矿(第4章)；
有计划地崩落并适当回收顶柱，再切 ➢ 厚大矿体多用无底柱
槽放顶处理采空区。
分段崩落法采矿(第4章)。
√ 急倾斜中厚矿体开采
➢ 间隔抽采矿柱后硐室
➢ 施工顺序与施工方法
3.4.3 急倾斜中厚矿体开采的地压控制
1 2 3 4 5
顶板最大拉应力/MPa 顶板最大拉应力/MPa
6.5
5.5
5
5.5
4.5
4.5
4
3.5
2.5 0
3.5
3
2.5
50
100
60
70
80
90
切顶深度占岩层总厚的百分比/%
悬臂长度/m
位置也可现场应力、变形观测 ➢ 切顶与矿柱崩落法：
切顶钻孔深度L= ➢ N k 1
6
1
3
2
490330.0126z 1.7 104 St
1 2
3
6
4
5
采区巷道地压管理
3.4.2 急倾斜薄脉矿体开采的地压控制
下盘脉外巷道及出矿穿脉、漏斗，往往受本中段矿体采动
影响而产生拉应力集中，预防疲劳破坏：开穿、或拉底切
割前，预应力锚网喷加固该段巷道拱部或底脚。施加8 kN预应
力，降拉应力19.0~29.8%；32 kN则降28.6~38.0%。
➢ 顶板冲击地压发展阶段： ——危险性、可预兆 1）预兆。2）大冒落。3）稳定。
3.2 水平至缓倾斜矿体开采的地压控制
顶板地压显现特征
采场地压管理
采场地压管理王军（陕西凤县四方金矿有限责任公司生产技术部）摘要：地压管理在采矿中是一项很重要的工作，而且是一项持久性的工作，也是矿山工作中最容易不被认真对待的工作。
本文从影响采场地压的因素、采场大面积地压发展阶段及其特征、有底柱崩落采矿法地压控制等方面阐述了地压管理工作的重要性。
关键词：采空区结构弱面开采深度地压控制0 引言：矿山井下岩体在未开挖以前承受着上覆岩层的重量以及其他力的作用而处于平衡状态，称为原始应力平衡状态。
一旦矿岩体被开挖以后或其附近有开挖工程，其原始应力平衡状态便遭到破坏，矿岩体中的应力将重新分布以便达到新的平衡，在此过程中将使巷道或采场周围的岩体发生移动、变形和破坏，这种现象称为地压显现。
使围岩移动、变形和破坏的力，称为地压或矿山压力。
地压的存在，使采矿工作变得困难，为了保证安全生产和回采工作的顺利进行，必须采取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。
1 井下影响采场地压的因素：①采空区：采空区的体积是随回采规模和回采时间而变化为不利于岩体稳定的因素。
一般来说，采空区体积越大，岩体的稳定性越差，尤以连续空区体积越大，诱发地压活动的条件就越充分。
以前面发生的地压活动原因来看，采空区是地压活动的根源。
②时间效应：在其他条件具备下，时间是个重要的可变因素。
因为岩体大面积活动，要有一个发展过程。
③结构弱面：结构弱面（如断层、破碎带等），一方面起控制发生大范围破坏的作用，即成为岩体移动边界的切割面或滑动面；另一方面对其发生和发展起促进加速作用。
④开采深度：上覆岩层的重力与地压成正比，一般，开采深度越大，地压也明显增加。
如有构造影响，水平应力往往大于垂直应力。
⑤地下水：地下水一方面对岩体结构面起溶蚀、软化和泥化作用，降低了弱面的强度；另一方面，在裂隙水压力作用下，减少作用于裂隙表面的摩擦阻力，从而降低了岩体的抗剪强度。
根据以前大面积地压活动的经验，一般均发生在春季解冻或雨季时期。
破碎难采矿体动态卸压开采与灾害控制技术-武汉科技大学
“破碎难采矿体动态卸压开采与灾害控制技术”推荐公示内容一、项目名称：破碎难采矿体动态卸压开采与灾害控制技术二、推荐等级：省科技进步奖一等奖三、项目简介：项目属于水和矿产资源领域。
松软破碎矿体安全开采是地下矿山生产的难点问题之一。
生产中巷道及采场易受地压和爆破动载影响而破坏，严重影响生产安全。
针对松软破碎矿岩护顶困难、地压显现频繁、采场卸压难度大等特点，以安全开采为目标，运用理论分析、相似模拟、数值计算、现场试验和监测分析的方法，研发了破碎难采矿体动态卸压开采与灾害控制技术。
（1）创立了松软破碎矿岩金属-非金属锚杆联合支护与检测分析技术。
针对松软破碎矿岩巷道支护量大、支护成本高的特点，发明了适于破碎矿岩支护的高强度钢丝玻璃纤维杆和锚杆抗弯能力的测试装置，形成了以力学性能测试、支护设计与参数优化、支护质量及损伤的无损检测、数值计算分析为一体的管缝式金属锚杆和玻璃钢锚杆联合支护技术，使破碎矿岩巷道支护成本降低1/3~1/2，巷道返修率降低40%以上。
（2）构建了爆破动载与采动地压联合作用下破碎矿体安全开采监测分析技术。
研发了基于安全单段起爆药量、裂纹扩展和累积损伤的多频次爆破动载监测分析技术，建立了基于Kelvin解的动载-静载联合作用下支护体力学响应模型，形成了动-静载作用下采区稳定性声发射监测累计差量指标分析法，实现了破碎矿体动态卸压安全开采的动态监控。
（3）研发了高应力区破碎复杂矿体动态卸压开采方法。
发明了破碎矿体安全开采相似模拟实验装置，研究了矿体条件、开采方法、采场结构参数、回采指标等因素对卸压方式的影响，建立了卸压开采动态约束条件，形成了破碎矿体动态开采卸压理论，实现了破碎难采矿体安全开采。
（4）形成破碎难采矿体安全开采综合评价技术。
以地质统计分析为基础、地压及爆破动载监测分析为手段、卸压开采方案设计为措施、开采安全评估与预测为目标的破碎矿体动态卸压开采安全评价集成技术，实现了破碎难采矿体安全开采的可靠性分析与评价。
高速公路路基下采空区稳定性评估与治理措施_刁心宏
在现场注浆施工前, 采用 不同的注 浆浆液 配合比, 对 注 浆浆液的配合比进行了详细的研究, 最后选定为 1: 0. 5 ~ 1: 0. 6 . 当孔隙率较大时, 加入少量细砂. 4. 3 注浆压力和注浆结束标准
刁心宏1, 刘 峰2, 龚葛萍3, 朱光涛1, 官 伟1
( 1. 华东交通大学, 江西 南昌 330013; 2. 江西交通科学研究院, 江西 南昌 330008; 3. 江西河海路桥工程有限责任公司, 江西 金溪 344800)
摘要: 采用理论和半定量方法对昌金高速公路金鱼石 路段路 基下采 空区的 稳定性 进行了 评估, 结果表 明采空 区围岩 不稳定,
4. 2 注浆材料 综合萍乡当地实际情况, 对于该煤矿采空区注浆治理工
程, 选择水泥、粉煤灰和水作为注浆材料. 注浆材料主要由水、水泥、粉煤 灰、速 凝剂 等组成, 水 为
当地河水, 其 SiO42- 应小 于 0. 27 mg/ m3, pH 大于 4; 水 泥 为 325# 普通硅酸盐水 泥, 其质量应 符合国 家 GB175- 92 标准; 速凝剂为水玻璃、氯华钠等. 砂为当地产细砂.
及采空区岩体的力学特性等, 后者则主要与开采方法与施工
浅谈非煤矿山地下采空区的现状与对策
167管理及其他M anagement and other浅谈非煤矿山地下采空区的现状与对策马晓录（潼关中金黄金矿业有限责任公司，陕西 渭南 714303）摘 要：矿产资源是国家经济发展的命脉，矿山企业本身属于高危行业，在矿山开采实际常常受到很多危险因素的影响，导致安全事故发生的可能性大大增加，给矿山安全生产带来巨大隐患，直接威胁到作业人员的生命财产安全。
当今煤矿与非煤矿山安全事故频频发生，对我国经济长期稳定的发展造成了很大影响。
目前，地下采矿所遗留的采空区存在诸多安全隐患，频频引发地质灾害，采空区处理是非煤地下矿山安全技术管理的一个重要难题。
随着向中深部的延伸，地压逐渐增大，地下空区在强大的压力下，偶有冒顶片帮事故的发生，严重制约了区域内矿山企业的整体发展，成为影响当前矿山安全生产的主要危害源之一。
小秦岭地区某矿业公司同样面临采空区处理问题。
在公司及其周边留下了大量的采空区，形成了“楼上楼、楼外楼”现象。
公司结合工作实际，采取了对采空区分类进行处理、依靠先进科技、提高科技含量、加强现场监管等一系列处理采空区的措施，改善了生产环境。
同时，部分区域不明确、局部有越界开采现象、治理责任主体不明等问题的存在，还需对采空区潜在危害性综合评价，消除采空区隐患，还有一系列诸如区域整合进程缓慢、影响采空区治理进度和治理效果，制约着区域经济的发展进程等亟待解决的问题。
关键词：采空区；现状；问题；治理措施中图分类号：TD853 文献标识码：A 文章编号：11-5004（2020）15-0167-2 收稿日期：2020-08作者简介：马晓录，男，生于1971年，汉族，陕西渭南人，本科，注册安全工程师， 研究方向：采矿安全管理。
1 采空区现状不难发现，这些年来我国非煤矿山的灾害事故死亡的人数极多，甚至仅次于煤矿事故以及交通事故，非煤矿山的安全生产是重中之重。
在开采过程当中的混乱开采秩序和开采行为也会威胁矿山安全生产以及人们的生命安全，破坏生态环境，给社会和国家都带来非常重大的损失。
采场地压动态控制
采场地压动态控制
刁心宏
【期刊名称】《金属矿山》
【年(卷),期】2009(000)002
【摘要】详细阐述了采场动态地压产生的原因和采场地压动态控制的含义,提出了采场地压动态控制的内容,在此基础上,比较深入地论述了采场地压进行动态控制的方法,给出了对采场地压进行动态控制的实施步骤.所提出的地压控制方法和实施步骤,对于空场法采矿生产具有一定的指导意义.
【总页数】4页(P5-7,45)
【作者】刁心宏
【作者单位】华东交通大学道路与铁道工程江西省重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TD8
【相关文献】
1.高阶段采场采动地压研究 [J], 刘仁
2.基于数值模拟分析的采场应力阻隔及地压控制研究 [J], 杨八九;侯克鹏;孔学伟;彭朝智
3.某铀矿井采场顶板地压监测与对比分析 [J], 陈刚;袁道和
4.基于数值模拟分析的采场应力阻隔及地压控制研究 [J], 杨八九;侯克鹏;孔学伟;彭朝智
5.罗河铁矿20联巷以北高阶段采场开采地压显现研究 [J], 徐青;董亚宁;袁锦锋;刘康;袁海涛
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地下采矿课件第7章 采场地压及其控制
并可视为弹性体时，采场应 力分布可按弹性力学中，圆 孔应力集中解分析。
q
p
§7-2 采场地压及围岩活动的一般规律
2、顶板应力分布计算模型
例如：用弹性力学方法研究在中房柱法顶板中应力分布
假设： （1）岩石为均质各向同性弹 性介质； （2）矿床走向长度较大，长 度L与开采深度H之比大于1.5， 即L/H>1.5； （3）矿柱间距相等； （4）将采场上部厚度为h的 岩层视为顶板，且h≥l (l为矿 房宽度之半）； （5）作用于顶板上的荷载均 匀分布。
w max
H
充分采动： 当开采面积相对较大，采 空区宽度 （走向或倾向）： L>2.2 H，盆地呈平底状。
w max
H
L
L
L<(0.9～2.2)H
L>2.2 H， 盆地呈平底状
盆地呈碗状；
§7-2 采场地压及围岩活动的一般规律
下沉系数η ：最大下沉值wmax与对应的矿体厚度 M 之比。
采空区处理方法
§7-2 采场地压及围岩活动的一般规律
（4）地表下沉盆地与下沉值 随着弯曲带的缓慢下沉，地表也逐渐下
沉，位于空区中央上方的地表下沉值最大，
空区周围上方地表下沉值渐次减小，从而形
成一个下沉盆地。 下沉盆地的形态，视开采面积与开采深 度的相对大小不同而异。
§7-2 采场地压及围岩活动的一般规律
未充分采动 当开采面积相对较小 ，采空区宽度（走向或倾向 ）：L< (0.9～2.2)H (H为 开采深度），盆地呈碗状；
2、充填体的力学效应；
3、采场地压的控制方法；
4、岩爆发生的条件。
关键术语：采场地压、 变形地压、松动地压、膨 胀地压、冲击地压、移动角、崩落角、充填体 要求：
采场和空区充填接顶技术研究
采场和空区充填接顶技术研究冯胜利;汪令辉【摘要】采场和采空区充填接顶是保护矿柱、减少围岩移动与地表下沉,最大限度回收资源的重要方法,它对控制地压活动,维护矿山安全生产有着重要作用.目前采空区充填接顶方法主要有四种,一是人工接顶、二是自流接顶、三是加压接顶、四是机械设备接顶,在国外地下开采矿山中自流接顶占70％.因此,通过对自流接顶技术的研究,实现充填体与岩层无缝连接,有效地控制井下地压活动有非常重要的意义.【期刊名称】《中国矿山工程》【年(卷),期】2011(040)004【总页数】3页(P13-15)【关键词】自流充填;强制充填接顶;流动性;特性【作者】冯胜利;汪令辉【作者单位】冬瓜山铜矿,安徽铜陵244000;冬瓜山铜矿,安徽铜陵244000【正文语种】中文【中图分类】TD853.341 前言采空区充填是地压管理的重要方法，很多矿山由于采空区充填过程中未能接顶导致围岩移动，地压活动频繁，片帮冒落严重，给矿山安全生产带来极大的难度，特别在多步骤地下开采活动中，因采空区不能接顶，造成采切工程施工难度大，资源贫化损失大，安全生产受到极大的威胁，因此，通过自流输送解决采空区接顶技术难题，消除安全隐患，有着极其重要的意义。
2 尾矿特性对充填接顶的影响在尾砂充填过程中，特别是胶结充填接顶过程中，为达到充填体与采空区顶板无缝连接，要求在接顶前必须对胶结充填料浆的组份、性能、流动性、和易性、孔隙率、渗透系数、凝结时间等性能进行大量的试验，掌握和分析尾矿充填料浆详实的各类物化参数，对浆体的流动性能、管道的阻力损失（水力坡度）等作出定量的分析计算，通过试验和分析计算结果，设计出充填接顶所需要的充填接顶临界管道直径、临界浆体流速、输送能力等指标，通过添加不同的添加剂或胶凝材料，调节和改善浆体在管道中的状态、改善浆体流动特性。
充填采场属于人工支护的范畴。
类似于采用锚杆、喷射混凝土等人工措施支护采场巷道，其目的在于维护采场围岩的自身强度和支护结构的承载能力，防止采场或巷道围岩的整体失稳或局部跨冒。
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Ser i es N o .392February 2009金 属 矿 山M ETAL M INE总第392期2009年第2期刁心宏(1961 ),男,华东交通大学道路与铁道工程江西省重点实验室,教授,330013江西省南昌市。
采场地压动态控制刁心宏(华东交通大学道路与铁道工程江西省重点实验室)摘 要 详细阐述了采场动态地压产生的原因和采场地压动态控制的含义,提出了采场地压动态控制的内容,在此基础上,比较深入地论述了采场地压进行动态控制的方法,给出了对采场地压进行动态控制的实施步骤。
所提出的地压控制方法和实施步骤,对于空场法采矿生产具有一定的指导意义。
关键词 地下矿山 采场地压 动态控制D iscussion on t he D yna m ic Cont rol of Stope Ground P ressureD iao X i n hong(K ey Laboratory of R oad and Rail w ay Eng i neering of J iangx i P rov i nce ,East Chi na J iao tong Universit y )Abstrac t T he paper e l aborates t he causes f o r dynam ic ground press u re o f st ope and the m eani ng o f dyna m i c contro l o f stope ground pressure ,puts for w ard its contents ,m akes a deep discussion on itsm e t hods and presents the i m p le m enta -ti on procedure for the dyna m i c contro l o f stop ground pressure .The g round pressure contro l m et hods and i m ple m enta ti on procedure presented can have so m e gui dance s i gnificance to t he open -st ope m i n i ng .K eywords U nderground m i ne ,Stope ground pressure ,D yna m i c control1 采场地压动态性产生的原因所谓地压的动态性,不仅是指地压现象随时间推移而变化的特性,如岩体流变(蠕变、松弛现象)和岩体风化造成的地压现象加剧,也更是指岩石工程结构随其所处空间位置和施工顺序的不同,地压现象的表现形式和显现程度随之变化的客观存在。
对于后者,其原因主要在于如下几个方面。
(1)地质条件的变化。
矿体及其围岩都是经过漫长的地质年代而形成的地质体,期间经历了许多次的压拉断裂、岩脉充填、地震活动、风化卸荷等多种地质作用,经历了长期的交变地应力作用,因此形成了矿岩体极其复杂的结构特征和物理力学性质。
(2)矿体赋存条件的变化。
矿体赋存条件包括矿体厚度、矿体倾角、矿体埋藏深度、矿体顶底板围岩性质及直接顶板厚度等。
(3)应力环境的变化。
应力环境的变化除前述随开采深度增加地应力随之增大外,上部采空区的形成对下部矿岩体的应力环境也有不可忽视的影响。
上部矿体开采后形成采空区,使下部的采矿工程处于应力升高区或承压带中,因此地压显现将更为明显和激烈。
(4)岩石具有应力历史记忆特性。
岩体为非完全弹性介质,岩体是否破坏不仅取决于岩体的力学性质和应力大小,而且取决于达到这一应力状态所经历的过程。
回采顺序不同,岩体所经历的应力路径也不同,最终的应力状态也就不同。
由上述可知,由于采矿工作在空间上是不断推进变化的,在此过程中,采场地质条件、矿体赋存条件、应力环境自始至终不断变化,采场中地压的显现随之发生不断变化,即采场地压是动态的。
所以,必须以动态的观点观察和研究采场地压,并以动态的方法预测和控制采场地压的显现。
只有这样,才能做到积极主动,满足采矿工作的需要。
2 采场地压动态控制的含义及内容广义地讲,控制是为了 改善 某个或某些对象的功能或发展,需要获得并使用信息,以这种信息为基础而选出的、施加于该对象上的作用。
通俗地讲,所谓的 控制 ,是指施控者选择适当的手段作用于受控者,以期引起受控者的行为发生预期变化的一种策略性主动行为。
在采场地压控制中,矿房顶板岩体和矿柱是被控对象,对顶板或矿柱进行加固,以及改变采场结构尺寸及回采顺序,即是为了改善采场矿岩稳定性、获得最优的矿石回收率和经济效益而采取的控制作用。
在这个过程中,需要获得有关信息,据以施加控制作用。
信息的来源包括: 地质勘探获得的矿体赋存特征和矿岩性质,如矿体倾角、厚度、顶板厚度、矿岩破碎程度、矿岩体地质构造弱面产状及其力学性质、地下水情况、原岩应力等; 地压监测获得的采场矿岩对外部环境作用的反映,如矿柱中的压力大小及其变化规律、矿房顶板和矿柱变形大小及其变化规律等; 岩石力学计算分析和实验室试验获得的矿岩应力分布、顶板及矿柱变形破坏趋势等; 领域内的一般知识和专家的知识、经验; 地质条件和工程条件相类似的工程实例。
所谓采场地压动态控制,即是根据采矿工作所处的地质的、工程的环境和条件的变化,以采场地压观测、试验研究、计算分析以及与类似工程类比等手段所获得的反馈信息为依据,随时对采场结构参数及顶板和矿柱加固方式、参数进行调整,以使采场地压处于最佳状态 即在保持采场矿岩稳定的前提下,矿石回采率和经济效益达到最大。
由上述可知,房柱式空场采矿法采场地压动态控制的内容主要是:(1)合理确定、及时调整顶板跨度和矿柱宽度;(2)确定并及时调整顶板、矿柱加固方式和加固参数;(3)确定合理的中段回采顺序,并根据发展趋势及时进行调整。
要实现对采场地压的动态控制,必须能够:(1)对采场地压显现模式进行快速、准确的判断。
通过对采场地压显现模式的识别,判断采场顶板、矿柱是否会失稳破坏和以何种方式破坏,从而确定采用何种方法进行控制。
控制参量(手段)包括:改变支护方式或强度,改变采场结构参数,改变回采工艺。
(2)及时确定地应力及矿岩体物理力学性质参数指标,并在采矿过程中不断求精,为岩石力学计算分析提供可信的数据。
(3)对采场围岩应力及变形进行快速分析。
通过对采场围岩应力及变形的分析,获得矿岩体中应力及变形分布规律,为地压监测方法、监测点布置、分析矿岩破坏的可能性及破坏方式提供依据,找出可能引发矿岩破坏的薄弱环节。
(4)对采场地压进行实时监测。
通过对采场地压进行监测,一方面可以保证采场回采安全,另一方面可以返回采场地压发展趋势及采场地压控制效果的信息,为分析采场地压显现规律和调整采场结构参数及矿岩加固措施提供直观可靠的依据。
必须指出,对采场结构参数和中段回采顺序的调整必须与矿体开采工艺相结合。
若采用沿脉装矿运输,则可对采场结构参数进行随时调整;若采用穿脉装矿运输,采场结构参数的调整应适应穿脉间距的约束。
回采顺序的调整应以不破坏通风、运输系统或增加大量附加工程为条件。
总之,在进行矿体开采设计时,应将地压控制作为一个重要设计依据综合考虑,既满足矿体勘探、开采的工艺要求,又能给采场结构参数、回采顺序的调整以一定的灵活性。
这一工作应贯穿在整个矿体、每个中段的开采过程中,这也正是采场地压动态控制的灵魂所在。
3 采场地压动态控制方法空场采矿法采场地压控制中,被控对象为矿柱和顶板(或上下盘围岩),控制的目的是将矿柱和顶板或上下盘围岩的地压显现控制在一定的限度之内,以保持矿柱和顶板或上下盘围岩稳定,同时满足对矿石回采率的要求。
可以施加的控制手段包括:(1)改变采场结构参数。
(2)改变顶板的支护方式和支护参数。
(3)改变回采顺序。
事实上,对采场地压进行控制的过程,即是对采场结构参数和支护参数的优化过程。
按照控制论的观点,采场地压控制过程可以表示为图1所示的一个闭环。
图1表示了通过改变采场结构参数、支护结构参数和回采顺序控制采场地压的一般过程,其中既包含了对采场矿岩性质、地质环境等认识不足所引起的参数设计偏差的修正,也包含了由于采场地质条件、矿体赋存条件、地应力环境的变化而必须对设计参数进行的调整。
前者通过对采场地压的观测和监控而获得有关信息,是被动进行的;后者通过勘测获得所需信息,是主动进行的。
整个过程包含2个层次。
第一个层次是对1个采区、1个中段、数个中段或整个矿体而言。
即根据地质勘探和生产勘探结果,以地质条件和矿体赋存条件为依据,将矿体划分为条件相同的区段,并确定合理的采场结构参数、支护结构参数和回采顺序。
每一分区的采场结构参数、支护结构参数和回采顺总第392期 金 属 矿 山 2009年第2期序的确定过程可用如图2表示。
图1采场地压控制实施过程图2 回采分区采场回采、支护参数确定过程采场顶板和矿柱的支护方式和结构,需根据采场顶板、矿柱的可能破坏模式确定。
顶板和矿柱的破坏模式取决于采场的地质条件和工程条件,如矿房矿柱宽度、顶板及矿柱岩体结构和稳固性、矿体倾角、是否有断层破碎带和大型裂隙切割、采矿深度或应力环境等。
采场矿岩稳定性分析采用数值模拟方法,如有限单元法、离散单元法等。
采场结构参数的调整包括增加或减少矿房或矿柱宽度。
参数的调整是双向的。
当初选的采场结构参数、采场矿岩体支护参数和回采顺序能使采场稳定时,如果采场结构参数不能满足矿石回采率的要求,则可增加矿房宽度,提高支护强度等级,改变回采顺序等;若采场结构参数能够满足矿石回采率的要求,且采场稳定性仍有较大的储备,从提高矿石回采率、降低成本和提高经济效益的目的出发,可增加矿房宽度、降低支护强度等级等;如果采场不稳定,则可以减小矿房宽度、增加矿柱宽度和提高支护强度等级,但采场结构尺寸的选取还须满足矿石回采率的要求。
确定的每个分区的采场结构参数、采场支护结构参数和回采顺序在采矿推进过程中应当是可变的。
此外,回采顺序的调整,应兼顾矿井通风和矿石运输的要求。
第二个层次是针对每一个采场或一些典型采场的。
在采场回采过程中和回采完毕后的一定时期内,对采场地压活动进行观测、量测,掌握采场地压活动的规律,如顶板及矿柱的稳定状况、顶板及矿柱的破坏模式、矿柱压力、顶板沉降量、顶板岩层离层量、顶板沉降量和沉降速度与采场地压显现的关系等,并据此对采场结构参数、支护参数和回采顺序进行调整,同时根据地压观测结果进行反分析,修正进行岩石力学计算所采用的有关参数指标,包括矿岩体变形参数指标、矿岩体强度参数指标和顶板厚度等。
每一个采场或若干个采场回采后,应根据采场回采过程中地压显现规律调整采场结构参数和支护参数,并及时进行反分析。