井巷地压及其维护

井巷地压及其维护2008-11-3 16:51:29 中国选矿技术网 浏览 © 191次 收藏 我来说两句一、井巷地压特征 由于巷道开挖后改变了岩体的初始应力状态，围岩产生应力重新 分布。设巷道开挖前岩体中某一点的原岩应力为o，开挖后该点的 0次生应力变为o，它们的比值K =o /o称为应力集中系数，它表示0巷道开挖前后应力的变化情况。若Kl,说明巷道开挖后次生应力 增大了；反之，若K< l,说明巷道开挖后次生应力减小了。巷道围 岩应力变化的范围称为采动影响范围。实验分析和理论研究证明，采 动影响范围只限于巷道周围不大的区域以内。由巷道中心至影响范围 的边线距离称为采动影响半径R影，其大小为R影=（35）D （D为 巷道半径），习惯上将此范围内的岩体称为围岩，将该范围以外的岩 体成为原岩。在围岩区域内形成的新应力场称为次生应力场。在采动影响范围 以外的岩体仍可视为原岩应力状态，它们不受采动的影响。围岩的次生应力状态与巷道的横断面形状及尺寸有关。断面为曲 线形的巷道，相对来说围岩的应力变化比较均匀，而断面为折线形的 巷道，则会在角隅处出现较大的应力集中。巷道开挖后若及时支护， 既可以阻止围岩变形的发展，又可以影响围岩的应力分布状态。二、井巷维护井巷破坏的原因主要是围岩应力超过了岩体的强度，因此，井巷 维护的基本原则是提高围岩强度，降低围岩应力，改善围岩的应力状 态，以便充分利用围岩的自身抗力去支撑井巷地压。井巷的维护应遵循的主要原则如下。（一）合理选择井巷的位置在生产条件允许下，尽可能选在地质 和水文地质条件较好，没有软弱夹层的岩体中；尽量避免回采的影响； 主要巷道应布置在崩落带以外，并保持一定距离。（二）采用合理的施工工艺在井巷施工中，应快速掘进，尽量采 用光面爆破、预裂爆破等先进的爆破技术，以减少爆破对围岩的震动 和破坏，保持围岩体的完整性。应积极采用锚喷支护，以提高围岩岩 体强度，充分发挥其自承能力。（三）选择合理的支护类型对于以变形地压为主的巷道，应选择 可缩性大的柔性支架，如锚喷支护、可缩性钢支架及在钢性支架的棚 梁和棚腿的接触面、砌混凝土巷道的肩部夹人可缩性材料如橡胶等。 对于以松动地压为主的巷道，则可选用有足够强度的刚性支架来支撑 松动岩石的重量，如石料砌混凝土、钢木支架、钢筋混凝土支架等。（四）选择合理的断面形状和尺寸圆形与椭圆形井巷断面的应力 集中程度最低，当巷道面越高，巷道两侧的压力越大，巷道两侧应采 用圆弧形断面；巷道断面越宽，巷道顶部的压力越大，巷道顶部应采 用圆弧形断面，以减少应力集中。巷道断面的最大尺寸应沿着最大来 压方向布置；最大来压方向的巷道周边应尽量选用曲线形状。（五）确定合理的支护时间。矿山地压管理2011-04-02 21:30:34|分类：默认分类|标签：|字号大中小订阅一、 地压的概念（一）地压现象和地压 在原岩中开掘空间（井巷或采场）后，将引起空间周围岩体的应力 重新分布，出现次生直力，围岩产生变形、移动或破坏，支护体 也随之出现变形、移动或破裂、折断等一些特殊的力学现象。通 常把次生应力引起围岩及支护体的变形、移动和破坏的全过程称 为地压现象。在脆性岩体中，可能发生冒顶、片帮等围岩的破坏 现象；在塑性岩体中，围岩向巷道空间产生较大的变形，表现为 巷道顶板下沉、两帮突出、底板鼓起等现象。这些现象都是地压 显现的必然结果。所谓地压是泛指在岩体中存在的力，它既包含原岩对围岩的作用 力，围岩间的相互作用力，又包含围岩对支护体的作用力。地压 的大小，不仅与岩体的应力状态、岩体的物理力学性质、岩体结 构有关，同时，还与工程性质、支护类型及支护时间等因素有关。 显然当围岩的次生应力不超过其弹性极限时，地压可全部由围 岩来承担，井巷也可以不加支护而能在一定时期内维持稳定。当 次生应力超过了围岩强度极限时，为了维护井巷断面形状，并保 持其稳定，必须采取支护，这时，地压是由围岩和支护体共同承 受。可见作用在支护体上的压力仅是地压的一部分，为此，把 围岩因变形移动和冒落岩块作用在支护体上的压力称为“狭义地 压”，将岩体内部原岩作用于围岩和支护体上的压力称为“广义地 压”。（二）地压的分类 地压的显现使岩体产生变形和各种不同的形式的破坏。为了便于 分析各种不同性质的地压，按其表现形式，将地压分为以下四类：（1）变形地压。在大范围内岩体因变形、位移收到支护体的抑 制而产生地压。变形地压的特点表现为围岩和支护体的相互作 用，变形地压的大小既取决于围岩的应力状态，又决定于支护体 的类型和支护时间。变形地压按岩体变形形态的特征又可细分 为：弹性变形压力、塑性变形压力和流变压力。（2）散体地压（亦称松动地压）。由于开挖，在一定范围内，滑 移或塌陷的岩体以重力的形式直接作用与支护体上的压力称为 散体地压或松动地压。这种压力直接表现为载荷。在开挖巷道中， 通常是顶压大，侧压小，底压更小，甚至没有。（3）冲击底压。冲击底压又称岩爆，它是在围岩积累了大量的 弹性变形能力之后，突然释放出来所产生的压力。因此，冲击地 压是一种类似爆炸的地压现象。冲击地压产生的原因是围岩应力 超过其弹性极限，在岩体内积聚的弹性变形能突然猛烈的释放造 成的。冲击地压多发生在深部坚硬、完整的岩体中。（4）膨胀地压。在泥质或炭质页岩中的巷道，常发生顶板下沉、 底板鼓起、两帮突出等现象，并造成支护体破坏。岩体这种吸水 后大变形的破坏现象称为膨胀现象，由于产生的压力称为膨胀压 力。（三）地压控制对矿山安全生产的指导作用 矿床开采过程中，地压显现往往给采矿工作带来巨大灾难，它不 仅危害生产安全，而且会使矿山局部停产，甚至毁灭整个矿山。 由于地压理论的发展，更新了某些传统的地压旧概念，纠正了过 去对地压认识的片面性。例如，人们利用支架支承地压就存在片 面性，认为支架越坚固、强度越高，就越能保证井巷的安全，其 实作用在支架上的压力并非常量，而且随支架的本身的性能及支 架的架设时间等而变化，在许多情况下，采用承载能力较低的可 缩性支架。更能保证井巷的安全。又如，以往常常视井巷围岩为 载荷，只单纯地利用人工支护结构去支承围岩压力。实际上，围 岩本身也具有较大的承载能力，充分利用围岩的承载能力；可以 节省大量的支架材料。二、井巷地压及其维护 （一）井巷地压特征 由于巷道开挖后该变了岩体的初始应力状态，围岩产生应力重新 分布。设巷道开挖前岩体中某一点的原岩应力为O0,开挖后该 点的次生应力变为，它们的比值K=8/o0称为应力集中系数， 它表示巷道开挖前后应力的变化情况。若K>1,说明巷道开挖后 次生应力增大了，反之，若K<1，说明巷道开挖后次生应力减小 了。巷道围岩应力变化的范围称为采动影响范围。试验分析和理 论研究证明，采动影响范围只限于巷道周围不大的区域以内。由 巷道中心至影响范围的边线距离称为采动影响半径R影,其大小 为R影=（35） D （D为巷道半径），习惯上将此范围内的岩体 称为围岩，将该范围以外的岩体称为原岩，如图 6-10.在此区域 内形成的新应力场称为次生应力场。在采动影响范围以外的岩体 仍可视为原岩应力状态，它们不受采动的影响。围岩的次生应力状态与巷道横断面积及尺寸有关。断面为曲线形 的巷道，相对来说围岩的应力变化比较均匀，而断面为折线形的 巷道，则会在角隅处出现较大的应力集中。巷道开挖后若及时支护，既可以阻止围岩变形的发展，又可以影 响围岩的应力分布状态。（二）井巷维护 井巷破坏的原因主要是围岩应力超过了岩体的强度，因此，井巷 维护的基本原则是提高围岩强度，降低围岩应力，改善围岩的应 力状态，以便充分利用围岩的自身抗力去支撑井巷地压 在井巷施工中，采用快速掘进，爆破掘进采用光面爆破和预裂爆 破，钻进机掘进以及特殊掘进中的注浆和化学加固等施工方法， 均可相对提高围岩强度：降低开掘过程对围岩的削弱程度。此外 还应：（1）选择合理的井巷位置。尽可能选在地质和水文地质条件较 好，没有软弱夹层的岩体中：尽量避免回采的影响；主要巷道应 布置在崩落带以外，并保持一定距离。（2）选择合理的井巷断面形状和尺寸。圆形与椭圆形井巷断面 的应力集中程度最低，当巷道面越高，巷道两侧的压力越大，巷 道两侧应采用园弧形断面；巷道断面越宽，巷道顶部的压力越大， 巷道两侧应采用圆弧形断面，以减少应力集中。（3）选择合理的支护类型。对于以变形地压为主的巷道，应选择 可缩性大的柔件支架，如锚喷支护、可缩性钢支架及在钢性支架 的棚梁和棚腿的接触面、砌碹巷道的肩部加八可缩性材料如橡胶 等。对于以松动地压为主的巷道，则可选用有足够强度的刚性支 架来支撑松动岩石的重量，如石料砌碹、钢木支架、钢筋混凝土 支架等。（4）确定合理的支护时间。（5）改善巷道围岩应力状态，减小巷道周边应力集中。巷道断 面的最大尺寸应沿着最大来压方向布置；最大来压方向的巷道周 边应尽量选用曲线形状。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