浅析有色金属矿山深井采矿地压控制技术

浅析有色金属矿山深井采矿地压控制技术

陈浩

玉溪矿业有限公司大红山铜矿云南玉溪653405

摘要：本文通过吸取和借鉴国内外矿山开采的最新理沦，在先进计算技术手段和成功实践经验的基础上，对矿山深井采场地压研究方法和控制技术进行了分析，并通过对有关地压控制途径进行完善，取得了较好的技术和经济效果。

关键词：深井采矿;金属矿山;地压控制

前言

地压活动是一种由应力、岩性、地质构造等控制的自然现象，是在岩体中回采矿石破坏原岩应力平衡的必然结果。由于地压活动的影响，在采矿过程中常常引起围岩变形，对巷道、采场等的维护和控制，带来诸多不利的影响，目前矿山地压问题已成为制约许多矿山安全、高效生产和充分回收有用矿产资源的重大问题，由此对矿山地压控制理论的研究既具有工程意义和实际价值，也极具复杂性和艰巨性。

1.矿山深井采矿地压控制概述

根据现代岩石力学的基本理论，地压控制的核心和关键是采用一切手段保持和提高围岩的强度，充分利用围岩的自身的强度来保持开采系统的稳定性。任何采矿活动都是通过对地层的开挖来完成的，采矿开挖破坏了地层的原始平衡状态。地压显现就是地层失去平衡引起的，是地层为了达到新的一轮平衡的一种自我凋节的行为。这是地层或采矿系统自组织功能的一种反映。地压控制必须完全、充分认识和利用这种自组织功能，允许适度的地压显现存在。

但是不能完全等待地层通过“自组织”达到新的平衡，那样就可能在达到新的平衡的过程中将原有的采矿系统也破坏了。而是要在适当的时候，采取适当的方式，帮助地层达到新的平衡状态。这就是地压控制所要完成的工作。为了有效地完成开采过程中的地压控制工作，就必须首先对开采过程中的地压活动规律有充分的了解和认识。利用数值模拟、物理模拟等手段，在方案设计阶段即可模拟显示开采全过程，对开采过程中的地压活动规律进行预测，从而为地压控制提供相应的依据。同时，通过开采过程中的现场监测，实时掌握开采地压显现情况，就为及时采取相应的措施控制有害的地压活动，防止开采系统的失稳破坏提供了保证[1]。

2.有色金属矿山深井采矿地压控制技术分析

地压控制的关键是采用一切手段保持和提高围岩的强度，充分利用围岩的自身的强度来保持开采系统的稳定性。

2.1地压控制数值分析技术

随着计算机技术的发生，地压控制从过去的物理模型模拟分析逐渐发展到计算机模拟分析上来。以三维有限元分析方法为例，3程序是完全基于Window平台开发的应用程序，主要模拟岩土工程结构在三维应力、应变条件下的力学行为。其程序有如下主要功能:

1）能计算三维采矿工程问题；

2）能模拟分步开挖，并可考虑多种开挖因素影响；

3）可考虑不同材料的本构关系（线弹性、弹塑性）和屈服准则；

4）可以采用多种荷载输入方式、既可以在端点处以点荷载形式施加，也可以在补线上以线荷载或面上以面荷载形式施加；

5）具有强大的前处理和后处理功能。将快速建摸、网格的自动生成，分析结果的可视化及可操作性有机结合起来，实现了有限元分析的高度自动化。分析结果既可以是各种形式的等值线图、色谱图等图形输出，也可输出各单元的应力、位移等数值。

2.2数值分析技术

随着数值分析计算技术的发展，计算模型由线弹性平面问题发展到现今的三维非线性和大变形等模型，计算单元由常应变三角形单元发展到三维的任意曲面单元等。不同的单元可以是不同性质的材料，而且还可以引进一些特殊的单元来处理各向异性材料、软弱夹层和裂隙等问题。同时，还可以通过相当细密的剖分单元来满足各种复杂孔洞的边界条件。因此，数值分析方法出现后很快就在岩体力学和矿山工程分析中得到应用，并在模拟地压活动规律，解决地压问题中发挥着越来越重要的作用[2]。

2.3合理的回采工艺

一方面应合理安排深部回采顺序。由于回采顺序对采场内的采动应力调整极为敏感，不合理的回采将会导致大的地压活动。当矿体稳定性差时，巷道和炮孔极易发生变形和破坏，造成悬顶或巷道垮冒问题：根据岩体稳定理论以及数值模拟得出的结论，先回采应力集中区矿体，后回采应力下降区矿体，有利于地应力有序释放，整个采矿活动也能在较低应力环境下进行。

另一方面应布置合理的采场结构参数。合理的采场参数可以避免因局部应力集中而发生破坏，并能减少采场的支护量及给回采出矿带来的不便。

2.4做好采空区充填处理

采空区充填是采用胶结或块石充填方法，把块石砂浆或块石充人剩余采空区，在空区内形成充填体，以作为岩层的一种介质，吸收或转移地应力，限制采空区围岩移动，改善矿山整体结构受力状态，达到采场结构稳定，保障生产作业安全。充填体具有一定的可塑性，一旦围岩变形，充填体便随之被压缩，岩体中积蓄的能量也随之得到释放。因此，采用充填方法处理采空区，可以有效控制有害地压发生。为了从源头上扼制地压活动的产生条件，保障矿山安全生产，应加快井下空区治理力度，减少井下空区规模，消除空区存在所产生的冒顶、冲击地压危害，降低空区周边岩体的应力集中程度，减少岩体内部破坏，最大程度保护岩体的稳定。

2.5做好采场巷道维护

支护和加固是最直接的控制地压的方法。主要支护形式有：

1）超前支护形式：对于矿岩极其破碎且受地压影响严重区域，掘巷道必须采取超前支护，以提高围岩的稳定性，并为临时支护与永久支护的实施提供必要的时间及安全条件。如：超前锚杆与钢支架联合、超前喷注混凝土拱法等。

2）临时支护形式：临时支护是在巷道进行系统支护前为防止围岩破坏、保护施工安全而采用的临时维护措施，对控制巷道的掘进垮冒极为重要。其使用原则是：围岩自稳时间短，不能安全系统地进行永久支护；快速掘进，永久支护不能同步快速实施：

3）联合支护形式：联合支护主要是锚喷与钢支架联合，也是目前采用得较多的支护形式。对于矿山部分破碎矿段，其节理裂隙较多，地下水沿节理裂隙渗出巷道表面，导致管缝锚杆容易腐蚀失效而发生金属网或锚杆脱落。这时若采用管缝锚杆与玻璃钢锚杆联合支护，既可发挥管缝锚杆支护起效快，保证施工安全的优势；也可充分利用玻璃钢锚杆耐腐蚀、抗疲劳、支护时效长的优点[3]。

2.6减小爆破扰动

研究表明，采动地压是导致矿山地压显现最主要的因素之一，而采场中的爆破动载又会对采动地压产生较大影响，因此控制爆破的次数与强度是减轻爆破动载危害的重要手段。矿山采用分段爆破、光面爆破等控制爆破技术，并对爆破参数进行优化，使爆破参数能够适应各自的矿岩条件，可以最大程度利用爆破能量并降低爆破震动危害。

3.矿山深井采矿地压控制技术展望

1）深化对原岩应力场、岩体工程地质、矿山结构、开采方法与工艺、支护与安全措施等矿山地压主控因素的研究，尤其是它们之间的耦合、交互、关联作用。

2）同类矿床的地质工程力学特征研究以及按开采方法分类的地压信息反馈，研究交叉边缘问题的矿山岩体力学特点，决定机理研究方式、分析方法与途径、规律与控制技术方向，建立地压控制专家系统。

3）完善综合监测体系与实现预警信息化。建立健全以主动监测为主，辅以被动监测的综合体系，发展相应的地压监测技术与方法，提高数据处理能力与分析技术，更准确地找出地压活动规律。预警信息化主要发展远程实时预警监测系统，实现远距离采集和加工巷道围岩变形和应力变化、围岩位移、破坏和支护状态等信息。

4）利用先进的数值分析方法研究地压控制。在研究金属矿山地压控制时，绝不能忽略了边界条件、原始资料的合理与准确，否则就研究意义不大或者毫无意义。

4.结语

对有色金属矿山深井地压控制的优化，不仅能够在保证开采系统稳定和生产安全的前提下，最大限度地减少支护工作量，减少支护和开拓成本，最大限度地提高采矿强度和生产效率，而且能够大幅度提高企业的经济效益、社会效益和环境效益。为控制开采系统有害的变形和破坏，保持开采系统的稳定性和生产的安全，就必须要掌握开采过程中巷道和采场围岩的应力、应变分布规律，开采结构系统的变形和破坏情况，并采取合理的措施，因此相关工作者今后还需对相关控制技术进行优化研究，为国内的矿产开采提供的完善技术支持。

参考文献

[1]付春杰,刘程城.有色金属矿山深井采矿技术研究[J].技术与市场.2016(05).

[2]王宁,韩志型.有色金属矿山深井采矿技术研究[J].采矿技术.2013(02).

[3]付俊,唐绍辉,徐必根.深井金属矿山工作环境温度预测研究[J].采矿技术.2013(04).