能源・地矿 ＬｏＷ ＣＡＲＢｏＮ ＷｏＲＬＤ ２０１５，５ 浅析深部开采地压控制 周 平（铜陵有色冬瓜山铜矿生产部，安徽铜陵２４４０００） 【摘 要】冲击地压是一种十分复杂的矿井动力的现象，通常是岩体力学以及对矿山防治的一个难点。随着对铜矿的开采深度不断的增加，明 显的有很大部分的矿井都出现了冲击地压的现象，这给铜矿的安全生产带来了很大的威胁，因此，十分有必要对冲击地压进行一个十分深入的 研究。本文对于铜矿深部开采地压控制当中的几个关键问题进行了系统的分析，对深部地压特征以及防治的对策进行了简述和研究，在最后指 出了此领域当中人们比较注重的力学问题。 【关键词】深部开采；深井地压；冲击地压 【中图分类号】ＴＤ３２７ 【文献标识码】Ａ 【文章编号】２０９５—２０６６（２０１５）１５—００９８—０２ 质断裂的现象，就好像是一个开采的边界，如果朝向断层面进 在我国的铜矿总储存量当中．有大约３，４的储存量都深 埋在６００ｍ之下的．伴随着对铜矿资源不断的进行开发．矿井 行回采的话，那么冲击导致的危险就有很大程度的增加；局部 就要越来越多的进行深部开采。所以，从长远的角度看来，对 的倾角以及厚度发生突然的变化。实际上，是部分地质构造几 关键技术进行相关的研究．这是我国继续开采深部铜矿资源 种的地带．就会导致冲击地压的现象发生。 冲击地压现象的出现并不是偶然的。而是受到上述因素 具有战略性意义的重点课题 １冲击地压的因素分析 在进行深部铜矿开采的时候．导致冲击地压现象的因素 有很多，比如说：①铜矿的开采深度。开采的深度越大，在采掘 板岩石的性质以及特征 很大的集中应力以及很多的弹性能 的影响．同时加上由于地质方面的因素，共同导致，因此，冲击 地压的现象，通常发生在一定的范围之内。可能造成 中击地压 现象发生的空间范围主要有：临近采空区的地方、铜矿采掘的 铜矿采掘工作面朝前压力的影响区域、地质断层或者 的空间范围内，由于岩体所形成的应力就会随之变大 ．②顸底 工作面、是造成冲击地压的关键因素．上述的这些要求，就对顶底板的 岩层有很高的要求，确保岩层十分坚硬，由于铜的强度很高、 是大型地质构造的临近地带、同时开采两个铜矿工作面应力 叠加的地方等等。 ２支撑压力的变化规律 ２．１开采深度与支撑压力之间的关系 根据深度开采支撑压力变化的规律有限元模拟的结果进 含水量比较低且有很高的变质程度，具有很强的冲击倾向。⑧ 地质构造的影响。地质构造比如说：地质的折曲倾角以及断裂 甚至是厚度发生变化的话，也会导致冲击地压的现象发生；地 行分析．能够得知：集中应力系数（Ｋ）随着开采深度的递增而 ？ 。 。 表２各区域土壤中萱金属Ｍ的含量特征 国家土壤背导 备区域 平均值 中值 最大值 最小值 对照区平均值 西省背景《 标准差 分异秉 格才可以排放。 值 （ｍｇ／ｋｇ） （ｍｇ／ｋｇ） （ｍｇ／ｋｇ） （ｒａｇ／ｋｇ） 整个矿区 Ｉ ８ ９２ Ｉ９ ９５ ４ｔ ６４ ４．０１ ９ ９０ ５２ 参考文献 ［１］侩磊，钱建平，唐专武．我国铀矿废渣石污染特点及治理方法【儿中 国矿业．２Ｏ１３，２２（１）：６１～６４． 『２１周永海，杨亚新，张叶．某铀矿山退役治理后辐射环境状况调查与 正在采矿医 古矿未采区 ２１．６５ ６ ６７ ２２ ６．２９ ４Ｉ ６４ ｌ８．帕 ４ ８ ４．０ｌ ｌ２ ８７ ２６钟 ２０ ８ ３９． ２．６ｏ ３８．９８ 分析ｌ Ｊ１．东华理工大学学报，２０１３，３６（Ｓ１）：８４－８７． 『３１朱业安．铀矿区土壤重金属污染与铀富集植物累积特征研究［Ｄ］．江 西．东华理工大学，２０１３：ｌ～４９． 远离矿区 １０ＩＩ ８ ７４ ３２ ８３ ２０∞ ３８ ８ ６ ２ｌ ２６ ４０ ４ ５６ ４５１０ ４ ０９ ｌ２ ４８ 尾矿坝下游 ３２ ７６ ［４】黄德娟，朱业安，刘庆成，等．某铀矿山环境土壤重金属污染评价【Ｊ］． 金属矿山，２Ｏｌ３（１）：１４６～１４０． 『５１张晶，胡宝群，冯继光．某铀矿山尾矿坝周边水土的重金属迁移规 家背号值的样品有１０３个。 （２）整个矿区土壤样品Ｎｉ含量的平均值是１８．９２ｍｇ／ｋｇ， 超过江西省土壤背景值的样品有８１个．超出国家土壤背景值 的样品有３７个 、 律研究『Ｊ１．能源研究与管理，２０１１（１）：２７～２９． ［６］Ｇｉｉｌｓｅｒ Ｆ，Ｅｒｄｏｇａｎ Ｅ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｏｎ ｅｎｚｙｍｅ ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ ａｎｄ ｂａｓａｌ ｓｏｉｌ ｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｏａｄｓｉｄｅ ｓｏｉｌｓ『ｊ］．Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ．２００８，１４５（１）：１２７～１３３． （３）根据内梅罗综合污染指数评价法得出，整个矿区和正 区、远离矿区属于无污染 在采矿区属于轻度污染，尾矿坝下游属于中度污染，含矿未采 『７１徐玉裕，史坚，周侣艳，等．杭州地区农业土壤中重金属的分布特征 （４）铀矿区各区域土壤样品中Ｃｕ含量和Ｎｉ含量的平均 Ｊ］．环境科学，２００３，２４（３）：１０５－１１１． 值大小分剐是尾矿坝下游＞正在采矿区＞整个矿区＞含矿未采 Ｃｕ、Ｚｎ、Ｐｈ和Ｃｄ的污染特征『区 各区域土壤样品中Ｃｕ、Ｎｉ含量在尾矿坝下游最大，含矿未 间分布特征研究ｒＪ］．安徽农业科学，２０１４，４２（１２）：３７０９－３７１０． 及其环境意义ｌ Ｊ１．中国环境监测，２０１２，２８（４）：７４～８１． 【８】吴新民，李恋卿，潘根兴，等．南京市不同功能城区土壤中重金属 『９１魏长帅，刘平辉，张淑梅．华东某铀矿区稻米中Ｃｒ元素含量及其空 采取最小 正在采矿区土壤样品中Ｃｕ含量和Ｎｉ含量的平均值 『ｌＯ１何纪力，徐光炎．江西省土壤环境背景值研究［Ｍ］．北京：中国环境科 远大于远离矿区和含矿未采区土壤样品中重金属Ｃｕ和Ｎｉ的 平均值．表明采矿和运矿过程中产生的废水、废渣、废石的迁移 和风化剥蚀作用会对矿区周边的土壤重金属Ｃｕ产生污染 学出版社，２００６：１～３ｌ４． 『１ｌ１魏复盛，杨国治，蒋德珍，等．中国土壤元素背景值基本统计量及其 特征『Ｊ］．中国环境监；９１ｌ，１９９７，７（１）：１Ｎ６． （５）尾矿坝下游平均值均较高，表明尾矿坝中重金属Ｃｕ 和Ｎｉ通过雨水、地表水径流或渗透作用在尾矿坝下游地区土 收稿日期：２０１５—５—１２ 壤中富集 所以对尾矿坝中的废水要经过处理并严格检查合 ＬｏＷ ｃＡＲＢｏＮ Ｗ０ＲＬＤ ２ｏｌ５，５ 能源・地矿 不断的减少势头．铜矿壁前支撑压力的集中程度减少，支撑压 ５巷道地压 矿井向深部进行延伸，巷道的地压机会比较大、支护困难 力的峰值就会出现明显的上升、支撑压力分布的规律是：伴随 着开采深度的增加。应力集中的程度越来越少，但是区域的宽 度不断的提升。 的矛盾就变得非常的突出，巷道显现通常都是是以底鼓为主， 通过对深井巷道现场进行观测可知。巷道的底鼓现象拥有以 下的几个特点： ２．２内应力场范围与开采深度之间的关系 每一种不同的开采深度条件之下，支撑压力的集中系数 Ｋ会伴随着开采的深度Ｈ的不断增加而渐渐降低，这就表示 了伴随着Ｈ的递增，支撑压力的集中程度不断降低就是由于 在高应力作用之下围岩被变软、压裂，由此就会增大高应力区 （１）巷道具有比较大的底鼓量，出现的底鼓的巷道比例在 不断的增加。 ’ （２）铜矿岩体的蠕变非常明显，深度的逐渐的增加，巷道 的变形就会伴随着时间的变化而不断的发展。 （３）巷道底板岩体的破裂范围非常大。 （４）巷道底鼓对于外界的扰动非常敏感。例如：上述铜矿 域的范围．内应力场范围会伴随着开采的深度的增加而逐渐 变宽。依照某铜矿实际测量的铜矿层，深孔基点的变形量还有 变形的速度．可以知道此工作面当中应力场的范围在１５ｍ 之 上，与浅部的内应力场相比起来。范围相比有了显著的提升， 如图ｌ ｇ＇／／ｍ 图１ Ｋ 一Ｈ曲线 ２．３支撑压力顺着底板传递的规律 在深部开采的过程当中，由于岩体力学的性质和浅部相 比较起来有着一定的差距．在支撑压力的作用之下．底板岩体 的应力状态就会有所变化．传递出来应力的深度和范围不断 扩大。通过某铜矿底板岩巷的变形的统计资料。我国能够知 道。开采的深度如果达到８００ｍ以上的时候．在底板岩体当中 支持压力的传递深度就会达到８０ｍ以上。例如：上述铜矿水 平还有其下的巷道．受到采动影响之后．巷道受到的破损程度 就会明显的增加。依照统计：十水平（开采深度是８７６ｍ）巷道 的返修率大约５０％，十一水平巷道的返修率就达到了７Ｏ％左 右，但是到了十二水平，大部分都是需要返修的。 对于上面提到的问题，应该对深部开采支撑压力进行进 一步的研究工作．建设符合深部岩体力学性质的本构关系．对 高应力区域部分的规律进行掌控，并且圈定高应力区域的分 区，就此对矿山工程的施工与设计来进行指导。 ３地压动力的现象 由于开采深部的不断增加．铜矿的应力就越高、铜矿储存的 弹性势能就越大，地压动力现象的危险程度就会不断的增加。 我国部分矿井出现冲击地压的初始深度与世界上主要采 矿国家的冲击地压初始深度进行比较．并且结合这我国对于 现如今已经出现的冲击地压比较严重的矿井当中的冲击统计 和资料上来看。伴随着开采深度的不断增加．冲击地压出现的 频率与强度不断增加。 ４开采场的压力 因为开采场的巷道围岩强度非常低，等到进入深部之后 就会成为深部软岩，并且支撑压力作用的范围也是比较大的． 开采场地巷道自稳的时间非常短。并且来压很快，底鼓巷道的 比重增加。进行支护可以采取Ｕ型钢拱形支架．控制变形的能 力比较差，非常不利与对巷道的维护．回采期间的返修率也是 非常的高。 因此我们就能够知道，回采巷道不能单单依靠增加支架 的承载能力来对降低围岩的变形进行限制．应该从提升围岩 的自稳能力还有承载的能力下手．对可塑性标杆还有围岩注 浆泄压支护等等二次支护方式进行实验性研究。 的矿底板巷道受在受到到动压的影响之后，十水平下面的巷 道采动受到影响以后就应该进行返修。 上面所说的深井巷道底鼓的现象，是属于因为巷道围岩 的力学性质发生改变以后造成的，这是岩体的非稳定性状态 而导致的．是和实践相关蠕变的过程。因此深巷就应该对围岩 一次失稳之后和二次失稳的力学机制统一的进行研究。 ６在深部开采地压控制方面出现的力学问题 经过对深部开采地压和支护问题长时间的进行研究，积 累了很多的成果和经验．但是深井地压的问题还是相当严重 的。有许多具有挑战性的力学问题还应该进行解决，最近能够 进行研究的问题如下： （１）深部开采条件之下采场支撑压力分布的规律。 （２）每个地质的开采条件之下，地质动力现象和开采深度 有直接的关系。 （３）等到超出临界深度之后，巷道的围岩破裂失稳以后的 力学行为进行研究和分析。 ７结束语 在最近几年来我国的铜矿深度的开采工作也在不断的增 强．深部开采冲击地压是开采过程当中一个非常常见的自然 灾害。已经受到了国内外专家高度的重视。对于冲击地压这个 典型的开采灾害，应该由影响因素、产生条件、防范措施以及 预测技术等等方面来进行进一步的研究和分析，尽可能降低 或者是避免冲击地压的出现．为铜矿深度开采的工作创造出 一个安全和稳定的开采环境．加速我国铜矿开采的事业又好 又快的发展。此文当中就是结合了矿井生产实际．给冲击地压 进行了预测和预报，并且很好的破解了冲击地压的危害．给冲 击地压的防治以及预测预报提供了一个参考。 参考文献 ［１】周鹏．特厚铜矿层综放开采冲击地压防治技术和实践ｍ．铜矿炭科 学技术学院，２０１１（３９）３５—２９． ［２】聂百胜，何雪琴，潘大伟．铜矿冲击地压的监察方法初探明．山东铜 矿炭科技学报，２０１１（０５）：６０９～６７１． ［３】赵祥生，梁春生，刘成丹．钻削法在检测冲击地压当中的研究和应用 Ⅲ．山东铜矿炭科技学报，２０１０（９）：１０６一ｌ１２． 【４】李华敏，袁瑞普，李钢锋．综合指数法当中地质条件影响冲击危险指 数的探究『Ｊ］．铜矿矿安全学报，２０１１（１１）：１ｔ９～１２２． 【５】李怀珍，吴莉，席春雨．深度开采冲击地压发生机理以及防治技术 叨．铜矿矿安全学报，２０ｌ１（０２）：５５～５６． 收稿日期：２０１５—５—１２