礦山地壓的分析與控制

趙紅良

（涼山礦業股份有限公司，四川 涼山 615146）

1 礦山地壓的分析

地壓活動的產生主要是因巖體中應力平衡因受到破壞和干擾后應力重新分布而產生，礦山地壓有常見的正壓和側壓，同時還有因“拉、壓、剪、扭”等力以及各種力之間相互結合、相互疊加作用，造成巷道及支護的變形、扭曲和垮塌等現象。地壓活動是一個復雜而漸變的過程，它受巖石結構、斷層構造、巖石的物力性質等因素的影響，礦山地壓會對礦山安全管理，成本管理、工程建設、資源回收等各個方面造成嚴重影響，是一項復雜而艱巨的任務，礦山項目必須采取減少或避免地壓危害的措施，保證企業安全生產、資源回收和環境保護等工作的順利進行，保證項目建設的“安全、工期和成本”關鍵要素控制，最終實現礦山企業得以持續和穩定發展[1]。

2 地壓帶來的主要影響

地壓活動給礦山安全生產和項目建設帶來的影響是多方面的，主要是對生產建設、環境保護、資源回收、安全管理、成本管理等方面。例如井巷建設工程建設過程中遇到大的斷層和破碎帶，因地壓活動的影響，造成根本無法正常施工，項目被迫停工和進行設計變更，嚴重的必須重新進行選址和更改施工工藝；主要運輸巷道被破壞，需重新打繞道才能滿足正常的安全生產需要；采場底部結構工程受到破壞后造成，礦石無法正常回采和無法運出，造成資源浪費；已形成的巷道和底部結構工程因被破壞造成對周邊圍巖的破壞，給重新選定位置和施工都帶來較大的困難；采礦過程中采場頂板和圍巖的垮落造成采礦和工程建設不受人為控制，出現嚴重的貧化、損失，同時垮通地表出現陷落和崩落，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生都與地壓息息相關，主要是因地壓活動出現片幫、冒頂、垮塌和頂板圍巖冒落等造成人員傷亡和設備財產損失；采空區大面積垮塌形成較大沖擊波造成對礦山周圍其他構筑物和安全生產實施設備的破壞；上部大量圍巖垮塌造成對下部礦石的覆蓋和破壞，因采充失調，造成大面積采空區暴露和垮塌，造成整個礦山上部圍巖和山體滑坡，對礦體和環境造成嚴重破壞，從而增加了環境治理和工程建設難度和成本。

3 做好地壓控制采取的措施

3.1 做好前期基礎工作

在項目開工建設前通過開展地質勘察、水文地質勘察工作，摸清礦區存在的主要構造、斷層、破碎帶和含水層；通過取樣分析和開展巖石力學實驗，掌握礦石和圍巖的物力力學性質，為工程建設過正中如何做好地壓管理工作提供充分的依據和指導。

3.2 做好項目施工設計

根據前期地質工作收集和掌握的資質資料和基礎數據，做好項目施工設計，有利于做好現場地壓管理工作[2,3]。

（1）主體工程設計在位置選擇上應遵循的原則，有利于實現礦山與選廠合理對接，便于礦石運搬和儲存，做到運輸成本最小又避免因選礦流程出現故障制約礦山生產；不能對主礦體造成破壞和受后期采礦活動地壓的影響造成對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，避免施工不利對周邊和周邊已有工程造成破壞破壞，嚴格按照設計規范相關要求進行設計；選擇在巖石結構較為穩固的巖層中，避免遇到大的斷層和破碎帶，避免設計在溝谷和斷層中，豎井和斜井更為關鍵，可采取事先鉆探的方式探明選定位置的工程地質和水文地質情況等，切記盲目施工造成項目失敗或工期嚴重滯后、安全管理風險增大、成本嚴重超概等問題；運輸巷道和采切工程布置也應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構較為穩固的一側，避免距礦體太近，最終因采空區或采礦造成的地壓活動致使運輸巷道垮塌，造成崩落的礦石無法采出和運搬。

（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”的效應和巖石之間相互自然支撐的作用，可大大減少支護量，可有效節約成本和提高掘進作業效率。

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

（4）提高工程布置的系統性和整體性，根據主礦體的整體形態和礦山采取的生產工藝在做好礦山整體提升運輸、通風排水等系統的同時，針對整體性比較好的礦塊，應根據主礦體的產狀和厚度合理布置一條和上下盤兩條主裝礦運輸巷道，避免有意將礦塊化小，設計多個采場，設計多條裝礦巷道和其他采切工程，出現各種因“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，井巷之間地壓相互破壞和牽制，造成生產組織難度加大，風路嚴重紊亂，大量出現串風現象，給企業造成較大的安全管理風險和成本控制難度。

（5）合理確定礦體的回采順序，針對存在多條礦體的礦山要根據礦體的整體形態和產狀，應盡量遵循后退式回采，避免因采礦活動造成對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 做好現場施工管理

做好現場施工管理是礦山現場安全生產以及工程建設管理的重要環節。

（1）充分認識地壓產生的原理，在施工過程中減少爆破對圍巖破壞和震動。在井巷掘進過程中盡量采取“多打眼少裝藥”的方式，做好爆破設計，采用不耦合裝藥的方式對周邊眼實施光面爆破。嚴格控制因引入乙方施工隊伍的合作模式，加之井下作業環境的特殊性，施工隊伍為保證利潤最大化和縮短作業時間，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則，對圍巖造成嚴重破壞和震動。

（2）創新掘進方式。通過引進反井鉆機、盾構機等先進設備，巷道掘進采取切割的方式，減少對圍巖的破壞，實現在地壓活動充分顯現之前進行支護和處理。

（3）合理的選擇支護類型，支護的主要目的是克服地壓活動造成的破壞的行為。在實際工程建設過程最大困難就是無法確定地壓來源方向，更無法知道壓力數值，同時在實際施工過程中遇到的地質情況也是多樣復雜的，如何做到“合理”難度較大，普遍存在憑經驗采用保守方法進行支護，造成支護出現支護不足和過度支護的現象，支護不足造成巷道變形、垮塌；過度支護造成成本浪費。

（4）嚴把支護質量。介于地壓的復雜性以及井下作業環境的影響，往往出現支護質量無法保證，舉例說明如下：采用鋼筋混泥土支護出現的鋼筋搭接不規范，沒有按照鋼筋混泥土支護規范和標準進行，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支護的薄弱環節，在地壓活動作用下出現開裂和斷裂的現象；鋼筋保護層厚度過大和不夠，造成過大沒有發揮鋼筋的塑性材料的功效，不夠出現露頭和銹蝕以及銹蝕后膨脹而導致混泥土脫殼和掉落；震搗不充分出現蜂窩麻面和養護時間不夠和方式不合理，出現拆模時候出現脫落和強度不夠；接茬縫隙較大，造成支護整體性差等情況。

（5）支護的最佳時間，最佳時間是在地壓活動未大量顯現之前進行。因此在實際施工工程中需支護的地段必須快速進行，不能讓揭穿的位置長時間暴露和待地壓活動充分釋放時才進行，將增加支護的難度和強度。

（6）嚴格暴露時間和暴露面積。嚴格按照形成的報告數據和規范要求，對在不穩固的巖層、斷層以及含水帶中施工，嚴格采取“短掘短支”和“超前支護”的原則進行，對在涌水較大的和水文地質不清的地段施工，要采取打探水和放水孔的方式進行處理。也可采取超前注漿和冷凍的方式進行，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，因垮塌出現不礦體規則自然崩落造成貧化損失嚴重，地表陷落和垮落造成植被破壞和山體滑坡形成自然災害等。

4 結語

隨著國家的發展和時代的進步，對礦山行業提出了更高的要求。國家充分結合礦山行業安全管理風險高、投資風險大、資源環境破壞和影響面廣等特點先后出臺和完善了新安全生產法和新環境保護法，不斷規范了礦山項目建設的行政審批和監督管理，徹底改變和打破了礦山行業粗放、落后的傳統觀念和作業習慣。為有力貫徹和落實國家相關政策和法規以及做好礦山企業日常安全環保管理、項目建設和生產經營工作，有效將國家在礦山企業方面的發展理念、管理制度轉化成有力行動和實際效果，有力保證企業長期穩定發展，做好人才管理是關鍵。