礦山地壓的分析與控制

趙紅良

（涼山礦業(yè)股份有限公司，四川 涼山 615146）

1 礦山地壓的分析

地壓活動(dòng)的產(chǎn)生主要是因巖體中應(yīng)力平衡因受到破壞和干擾后應(yīng)力重新分布而產(chǎn)生，礦山地壓有常見的正壓和側(cè)壓，同時(shí)還有因“拉、壓、剪、扭”等力以及各種力之間相互結(jié)合、相互疊加作用，造成巷道及支護(hù)的變形、扭曲和垮塌等現(xiàn)象。地壓活動(dòng)是一個(gè)復(fù)雜而漸變的過程，它受巖石結(jié)構(gòu)、斷層構(gòu)造、巖石的物力性質(zhì)等因素的影響，礦山地壓會(huì)對(duì)礦山安全管理，成本管理、工程建設(shè)、資源回收等各個(gè)方面造成嚴(yán)重影響，是一項(xiàng)復(fù)雜而艱巨的任務(wù)，礦山項(xiàng)目必須采取減少或避免地壓危害的措施，保證企業(yè)安全生產(chǎn)、資源回收和環(huán)境保護(hù)等工作的順利進(jìn)行，保證項(xiàng)目建設(shè)的“安全、工期和成本”關(guān)鍵要素控制，最終實(shí)現(xiàn)礦山企業(yè)得以持續(xù)和穩(wěn)定發(fā)展[1]。

2 地壓帶來的主要影響

地壓活動(dòng)給礦山安全生產(chǎn)和項(xiàng)目建設(shè)帶來的影響是多方面的，主要是對(duì)生產(chǎn)建設(shè)、環(huán)境保護(hù)、資源回收、安全管理、成本管理等方面。例如井巷建設(shè)工程建設(shè)過程中遇到大的斷層和破碎帶，因地壓活動(dòng)的影響，造成根本無法正常施工，項(xiàng)目被迫停工和進(jìn)行設(shè)計(jì)變更，嚴(yán)重的必須重新進(jìn)行選址和更改施工工藝；主要運(yùn)輸巷道被破壞，需重新打繞道才能滿足正常的安全生產(chǎn)需要；采場(chǎng)底部結(jié)構(gòu)工程受到破壞后造成，礦石無法正常回采和無法運(yùn)出，造成資源浪費(fèi)；已形成的巷道和底部結(jié)構(gòu)工程因被破壞造成對(duì)周邊圍巖的破壞，給重新選定位置和施工都帶來較大的困難；采礦過程中采場(chǎng)頂板和圍巖的垮落造成采礦和工程建設(shè)不受人為控制，出現(xiàn)嚴(yán)重的貧化、損失，同時(shí)垮通地表出現(xiàn)陷落和崩落，致使大面積植被被破壞和水土資源流失等情況。

礦山很多安全事故的發(fā)生都與地壓息息相關(guān)，主要是因地壓活動(dòng)出現(xiàn)片幫、冒頂、垮塌和頂板圍巖冒落等造成人員傷亡和設(shè)備財(cái)產(chǎn)損失；采空區(qū)大面積垮塌形成較大沖擊波造成對(duì)礦山周圍其他構(gòu)筑物和安全生產(chǎn)實(shí)施設(shè)備的破壞；上部大量圍巖垮塌造成對(duì)下部礦石的覆蓋和破壞，因采充失調(diào)，造成大面積采空區(qū)暴露和垮塌，造成整個(gè)礦山上部圍巖和山體滑坡，對(duì)礦體和環(huán)境造成嚴(yán)重破壞，從而增加了環(huán)境治理和工程建設(shè)難度和成本。

3 做好地壓控制采取的措施

3.1 做好前期基礎(chǔ)工作

在項(xiàng)目開工建設(shè)前通過開展地質(zhì)勘察、水文地質(zhì)勘察工作，摸清礦區(qū)存在的主要構(gòu)造、斷層、破碎帶和含水層；通過取樣分析和開展巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)，掌握礦石和圍巖的物力力學(xué)性質(zhì)，為工程建設(shè)過正中如何做好地壓管理工作提供充分的依據(jù)和指導(dǎo)。

3.2 做好項(xiàng)目施工設(shè)計(jì)

根據(jù)前期地質(zhì)工作收集和掌握的資質(zhì)資料和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，做好項(xiàng)目施工設(shè)計(jì)，有利于做好現(xiàn)場(chǎng)地壓管理工作[2,3]。

（1）主體工程設(shè)計(jì)在位置選擇上應(yīng)遵循的原則，有利于實(shí)現(xiàn)礦山與選廠合理對(duì)接，便于礦石運(yùn)搬和儲(chǔ)存，做到運(yùn)輸成本最小又避免因選礦流程出現(xiàn)故障制約礦山生產(chǎn)；不能對(duì)主礦體造成破壞和受后期采礦活動(dòng)地壓的影響造成對(duì)主體工程拉裂和破壞；位置的選擇要充分考慮與周邊工程的安全距離，避免施工不利對(duì)周邊和周邊已有工程造成破壞破壞，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)規(guī)范相關(guān)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)；選擇在巖石結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)固的巖層中，避免遇到大的斷層和破碎帶，避免設(shè)計(jì)在溝谷和斷層中，豎井和斜井更為關(guān)鍵，可采取事先鉆探的方式探明選定位置的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)情況等，切記盲目施工造成項(xiàng)目失敗或工期嚴(yán)重滯后、安全管理風(fēng)險(xiǎn)增大、成本嚴(yán)重超概等問題；運(yùn)輸巷道和采切工程布置也應(yīng)按照在安全間距足夠的前提下，盡量選擇在礦體的下盤和巖石結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)固的一側(cè)，避免距礦體太近，最終因采空區(qū)或采礦造成的地壓活動(dòng)致使運(yùn)輸巷道垮塌，造成崩落的礦石無法采出和運(yùn)搬。

（2）合理選擇的巷道斷面類型，斷面選擇盡量以弧形斷面為宜，因弧形斷面可充分利用“拱”的效應(yīng)和巖石之間相互自然支撐的作用，可大大減少支護(hù)量，可有效節(jié)約成本和提高掘進(jìn)作業(yè)效率。

（3）合理確定巷道的的斷面規(guī)格，合理的斷面規(guī)格不僅有利于節(jié)約成本，最主要的是減少大量開挖對(duì)圍巖造成的破壞。

（4）提高工程布置的系統(tǒng)性和整體性，根據(jù)主礦體的整體形態(tài)和礦山采取的生產(chǎn)工藝在做好礦山整體提升運(yùn)輸、通風(fēng)排水等系統(tǒng)的同時(shí)，針對(duì)整體性比較好的礦塊，應(yīng)根據(jù)主礦體的產(chǎn)狀和厚度合理布置一條和上下盤兩條主裝礦運(yùn)輸巷道，避免有意將礦塊化小，設(shè)計(jì)多個(gè)采場(chǎng)，設(shè)計(jì)多條裝礦巷道和其他采切工程，出現(xiàn)各種因“拉、壓、剪、扭”力的相互組合和疊加造成工程之間地壓作用充分顯現(xiàn)，井巷之間地壓相互破壞和牽制，造成生產(chǎn)組織難度加大，風(fēng)路嚴(yán)重紊亂，大量出現(xiàn)串風(fēng)現(xiàn)象，給企業(yè)造成較大的安全管理風(fēng)險(xiǎn)和成本控制難度。

（5）合理確定礦體的回采順序，針對(duì)存在多條礦體的礦山要根據(jù)礦體的整體形態(tài)和產(chǎn)狀，應(yīng)盡量遵循后退式回采，避免因采礦活動(dòng)造成對(duì)工程和其他礦體的破壞，拉裂其他礦體，巷道垮塌堵塞其他礦體的采出通道。

3.3 做好現(xiàn)場(chǎng)施工管理

做好現(xiàn)場(chǎng)施工管理是礦山現(xiàn)場(chǎng)安全生產(chǎn)以及工程建設(shè)管理的重要環(huán)節(jié)。

（1）充分認(rèn)識(shí)地壓產(chǎn)生的原理，在施工過程中減少爆破對(duì)圍巖破壞和震動(dòng)。在井巷掘進(jìn)過程中盡量采取“多打眼少裝藥”的方式，做好爆破設(shè)計(jì)，采用不耦合裝藥的方式對(duì)周邊眼實(shí)施光面爆破。嚴(yán)格控制因引入乙方施工隊(duì)伍的合作模式，加之井下作業(yè)環(huán)境的特殊性，施工隊(duì)伍為保證利潤最大化和縮短作業(yè)時(shí)間，普遍采用“少打眼多裝藥”的方式，造成爆破后巷道斷面極不規(guī)則，對(duì)圍巖造成嚴(yán)重破壞和震動(dòng)。

（2）創(chuàng)新掘進(jìn)方式。通過引進(jìn)反井鉆機(jī)、盾構(gòu)機(jī)等先進(jìn)設(shè)備，巷道掘進(jìn)采取切割的方式，減少對(duì)圍巖的破壞，實(shí)現(xiàn)在地壓活動(dòng)充分顯現(xiàn)之前進(jìn)行支護(hù)和處理。

（3）合理的選擇支護(hù)類型，支護(hù)的主要目的是克服地壓活動(dòng)造成的破壞的行為。在實(shí)際工程建設(shè)過程最大困難就是無法確定地壓來源方向，更無法知道壓力數(shù)值，同時(shí)在實(shí)際施工過程中遇到的地質(zhì)情況也是多樣復(fù)雜的，如何做到“合理”難度較大，普遍存在憑經(jīng)驗(yàn)采用保守方法進(jìn)行支護(hù)，造成支護(hù)出現(xiàn)支護(hù)不足和過度支護(hù)的現(xiàn)象，支護(hù)不足造成巷道變形、垮塌；過度支護(hù)造成成本浪費(fèi)。

（4）嚴(yán)把支護(hù)質(zhì)量。介于地壓的復(fù)雜性以及井下作業(yè)環(huán)境的影響，往往出現(xiàn)支護(hù)質(zhì)量無法保證，舉例說明如下：采用鋼筋混泥土支護(hù)出現(xiàn)的鋼筋搭接不規(guī)范，沒有按照鋼筋混泥土支護(hù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，造成鋼筋搭接長度不夠；搭接不合理，搭接位置常在同一條線，致使搭接位置成為整個(gè)支護(hù)的薄弱環(huán)節(jié)，在地壓活動(dòng)作用下出現(xiàn)開裂和斷裂的現(xiàn)象；鋼筋保護(hù)層厚度過大和不夠，造成過大沒有發(fā)揮鋼筋的塑性材料的功效，不夠出現(xiàn)露頭和銹蝕以及銹蝕后膨脹而導(dǎo)致混泥土脫殼和掉落；震搗不充分出現(xiàn)蜂窩麻面和養(yǎng)護(hù)時(shí)間不夠和方式不合理，出現(xiàn)拆模時(shí)候出現(xiàn)脫落和強(qiáng)度不夠；接茬縫隙較大，造成支護(hù)整體性差等情況。

（5）支護(hù)的最佳時(shí)間，最佳時(shí)間是在地壓活動(dòng)未大量顯現(xiàn)之前進(jìn)行。因此在實(shí)際施工工程中需支護(hù)的地段必須快速進(jìn)行，不能讓揭穿的位置長時(shí)間暴露和待地壓活動(dòng)充分釋放時(shí)才進(jìn)行，將增加支護(hù)的難度和強(qiáng)度。

（6）嚴(yán)格暴露時(shí)間和暴露面積。嚴(yán)格按照形成的報(bào)告數(shù)據(jù)和規(guī)范要求，對(duì)在不穩(wěn)固的巖層、斷層以及含水帶中施工，嚴(yán)格采取“短掘短支”和“超前支護(hù)”的原則進(jìn)行，對(duì)在涌水較大的和水文地質(zhì)不清的地段施工，要采取打探水和放水孔的方式進(jìn)行處理。也可采取超前注漿和冷凍的方式進(jìn)行，但成本較高，除主體工程以為，其他一般采切工程部采用。采礦過程中控制頂板跨度和暴露面積以及嚴(yán)格做好采充平衡，避免因超采和頂板暴露面積過大，因垮塌出現(xiàn)不礦體規(guī)則自然崩落造成貧化損失嚴(yán)重，地表陷落和垮落造成植被破壞和山體滑坡形成自然災(zāi)害等。

4 結(jié)語

隨著國家的發(fā)展和時(shí)代的進(jìn)步，對(duì)礦山行業(yè)提出了更高的要求。國家充分結(jié)合礦山行業(yè)安全管理風(fēng)險(xiǎn)高、投資風(fēng)險(xiǎn)大、資源環(huán)境破壞和影響面廣等特點(diǎn)先后出臺(tái)和完善了新安全生產(chǎn)法和新環(huán)境保護(hù)法，不斷規(guī)范了礦山項(xiàng)目建設(shè)的行政審批和監(jiān)督管理，徹底改變和打破了礦山行業(yè)粗放、落后的傳統(tǒng)觀念和作業(yè)習(xí)慣。為有力貫徹和落實(shí)國家相關(guān)政策和法規(guī)以及做好礦山企業(yè)日常安全環(huán)保管理、項(xiàng)目建設(shè)和生產(chǎn)經(jīng)營工作，有效將國家在礦山企業(yè)方面的發(fā)展理念、管理制度轉(zhuǎn)化成有力行動(dòng)和實(shí)際效果，有力保證企業(yè)長期穩(wěn)定發(fā)展，做好人才管理是關(guān)鍵。