采场地压管理

４ 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： 按采厂内运输废石的方式，可以分为自重，机械和风 力三种．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． 风力充填应用较少．它是利用压气使充填了沿管路送 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．
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：
σ 0k S γ Hk ≤ s n
S—矿柱支撑的上部覆岩面积； H—开采深度 K—载荷系数，与岩石性质有关
0 S—矿柱的截面积；n—安全系数。
fБайду номын сангаас
σ
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
因此顶柱和底柱的支撑能力仅按安全系数考虑。 三 支撑压力： 开采空间上部覆岩的重量，由其两侧围岩支撑，因而 两侧围岩所承受的压力比开挖前药高，升高的压力称 为支撑压力，压力升高的范围称为支撑压力区。图１ ３-３为圆形开挖空间支撑压力图． ３ 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，并在其上假 设木板或圆木，作为凿岩爆破的工作台．（图１３６）． ２ 木垛：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
第十四章 采矿方法分类
１ 采矿方法分类的目的与要求 采矿方法就是研究矿块的采矿方法，包括采准，切割 和回采三项工作．为了更好地回采矿石而在矿块中所 进行的采准，切割和回采工作的总和称为采矿方法． 采矿方法分类应满足下列基本要求： １分类应反映采矿方法最主要的特征 ２分类应简单明了，防止庞杂和烦琐，但要包括在国 内外目前应用的主要采矿方法． ３分类必须反映采矿方法的实质，作为选择和研究采 矿方法的基础．
当前，水泥和尾砂比一般控制在１：３０-１： ５的范围内．采场随后充填的灰砂比为１：３ ０-１：２０．浇注采场假底时为１：６-１： ５．尾砂比重为２.６时，输送浓度可娶６５６８％；尾砂比重２.８以上时输送浓度可取７ ０-７２％． ３胶结充填料的制备和输送：间歇式搅拌系统， 连续式搅拌系统，半分离制备系统． ４ 胶结充填的评价：与混凝土胶结充填比较， 尾砂胶结充填的充填料便于管道输送，制备工 艺简单，效率高，投资少，但其充填体强度较 低，应用絮凝剂可以防止水泥离析现象，以提 高充填体强度． 四 充填体的作用
图１３-２３．同时放矿面积增加时，可能形成一个大 的免压拱，拱上的压力将向西周传递．当放矿面积增 加到一定值后，大免压拱不易形成，压力分布又恢复 到图１３-２３所示的情况．我们可利用控制放矿面积 及其压力传递规律，避免底柱上压力过于集中而遭到 破坏． ２矿体下盘的压力 当开采深度大于３００-４００m 时，在回采工作影响范围内，由于下盘岩石受崩落矿 岩重力作用以及承受经崩落矿岩传递的上盘压力，在 下盘岩石中产生应力集中（图１３-２４），使靠近矿 体下盘的阶段运输巷道遭到破坏．在这种情况下，应 将阶段运输巷道布置在离矿体稍远的地方，以避开支 承压力区． ３确定合理的矿床开采顺序 当矿体走向长度很大 或地质条件复杂，合理确定矿床开采顺序，是控制地 压的极为重要的问题之一．
三 金属支架支护
金属支架在地下开采中的应用逐渐增加，因为它具 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．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． 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，通常使用凿岩爆破发落矿，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．
x2 y= af
式中 a—平衡拱跨度之半 f—岩石坚固性系数 4 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。 暴露面保持的时间，对稳定性也又很重要的影响。 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。
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，以某中参数系统 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． ２ 锚杆 架支护 锚杆 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．
在一般情况下，矿体走向中央部位，压 力最大．因此，应采取从中央向矿体两 翼的前进式回采顺序，较为合理．相反， 如果采用从矿体两端向中央后退式开采， 在回采初期，地压可能显现不明显，但 当回采接近中央部分，地压将逐渐加大， 最后几个矿块，由于承受较大的支承压 力，使回采工作发生很大困难，甚至损 失大量的矿石．
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． 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．利用管道进行水力输送充 填料，是属两相流问题． ４ 充填体的形成与脱水 目前国内外的脱水 方法有两种：溢流脱水和渗透脱水．充填料的 粒级在１９-２７um以上时，宜用渗透脱水； 对于１９-２７um以下的则只能用溢流脱水．
第十三章 采场地压管理
1概述 一原岩体：未开挖的岩体或不受开挖影 响的沿体部分称为原岩体。 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。
2 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，使开采空间上部直达地表全部覆岩重 γ 量的总和。 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：
２ 采矿方法分类的依据及其分类 一 采矿方法的分类： １空场采矿法．此法将矿块划分为矿房 和矿柱，分两步开采．回采矿房时所形 成的采空区，可利用矿柱和矿岩本身的 强度进行维护． ２充填采矿法．矿石和围岩稳固或不稳 固，均可应用本类采矿法． ３崩落采矿法．
１ 充填体对矿柱的作用：能有效的控制地压 和限制围岩的移动，保持开采空间的稳固性． ２ 充填体对围岩应力分布的影响：充填的作 用在于限制围岩和矿柱变形的发展，减缓岩石 移动的危害和降低地表的下沉程度．充填工作 速度越快，围岩变形受限制的时间越早，越有 利于开采空间的稳定． 当采用间隔开采和胶结充填，以及在接顶又较 理想的条件下，第一步回采矿柱的应力分布曲 线，图１３-２１a；第二步骤回采矿房时，原 矿房上部的支撑压力转移到人工矿柱上面，使 回采工作处于应力降低区，可保证回采作业的 安全．图１３-２１b
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 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．
长度为１.５-２.５m，直径１２０-２００mm．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． 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 假设，由下向上逐层建造（图１３-９）．在不稳定的 围岩和矿石中，采用回采航道回采时，常用间隔的或 密集的木棚支护． 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，可 将其分类为：点锚固型式和全长锚固形式． ２ 锚杆支护区别于木材支护的主要特点是锚杆和围 岩结合为一整体，共同作用，因此也称为主动支护． ３ 锚杆的力学作用： １） 悬吊作用：在快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．
５排泥 沉淀池或水仓内沉淀的泥砂，必须定期清理， 这个过程称排泥． ６水力充填评价 与干式充填比较，水力充填工作可实现全面机械化， 劳动生产率高，充填能力大，充填体密度大，但污染 巷道，基建费用较高．与胶结充填比较，充填费用低， 但充填体具有松散性，沉缩较大．对充填体强度没有 特殊要求时，水力充填有明显的优点． 三胶结 １ 充填材料：混凝土和尾砂两类． ２ 胶结充填料的配比 混凝土胶结充填料，应具有 较好的流动性，便于向采场输送和浇注．尾砂胶结充 填了的配比主要是指水泥和尾砂重量比和输送浓度．
2）为防止矿柱纵向弯曲要求
1 c≥ 4
≥ W c≥2
3 h − h 4
3）采用爆破崩矿时，要求c>3-5m，以保持矿柱中心部位稳 3 c>3-5m 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。 3 急倾斜矿体矿柱计算 开采急倾斜矿体时，一般留有叮嘱， 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。
５
崩落围岩
在回采工程中或回采结束后，可采用自然方式 或强制方式崩落围岩充满采空区的方法，以改 变围岩应力分布状态，达到有效地控制地压的 目的． 一 开采水平和缓倾斜矿体的地压及其控制： 可周期性的切断直接顶板，崩落的围岩充满采 空区． 二 开采倾斜和及倾斜矿体的地压及其控制： １ 松散矿岩对底柱的压力：在放矿过程中， 底柱上的压力随放矿情况而变化．采场底部承 受的压力小于上覆松散矿岩的总重，其压力分 布如图１３-２２．由于放矿漏斗上部松动椭球 体顶端出现免压拱，从而出现以放矿漏斗为中 心的降压带及其四周一定范围内的增压带
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．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． ２ 喷射混凝土支护 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％．