无底柱分段崩落法的地压控制研究

李文斌

摘要：无底柱分段崩落法是一种高效、安全的矿山生产方式，实现开采过程的地压控制，能确保矿山可采的安全性和效率性。本文在分析无底柱分段崩落采矿法工艺优势的基础上，就地压产生的原因和危害展开分析，并指出无底柱分段崩落采矿时的地压控制要点，期望能进一步提升无底柱分段崩落采矿时的地压控制质量，继而为采矿工作开展创造安全、稳定的环境。

关键词：无底柱分段崩落;采矿;地压控制

Abstract： Sublevel caving without pillar is an efficient and safe mine production method. It realizes ground pressure control during the mining process and can ensure the mining safety and efficiency of the mine. Based on the analysis of the advantages of sublevel caving without pillar， this paper analyzes the causes and hazards of ground pressure， and points out the main points of ground pressure control， and hopes to further improve the quality of the ground pressure control， which in turn creates a safe and stable environment for the mining work.

Key words： sublevel caving without pillar;mining;ground pressure control

0  引言

采礦业是我国市场经济的重要组成，其通过矿产资源的开采和应用，为工业生产提供了多种基础原料，有效地保证了矿产加工企业的生产效率和经济效益。在采矿过程中，无底柱分段崩落采矿法的机械化程度较高，采矿过程高效且成本低廉，故而在多种矿产品开采中均有使用。然在实际采矿过程中，受矿区地质构造等因素的影响，无底柱分段崩落法采矿容易出现地压失稳问题，有必要进行地压稳定控制。

1  无底柱分段崩落采矿法的技术优势

现阶段，无底柱分段崩落法在采矿行业中的应用逐渐深入。作为一种高效率、高安全性的采矿方法，无底柱分段崩落法在金属矿山及解析恶化程度较高的矿山开采场应用较多。从采矿过程来看，其具体优势表现在以下层面：

其一，相比于传统的采矿工艺，无底柱分段崩落采矿法的上施工结构较为简便，整个采矿工艺具有较高的机动性、灵活性、适应性较强。其二，该方法实现了大规模的机械化采矿，采矿强度大，生产效率高。其三，无底柱分段崩落采矿法大大减少了采矿过程中的人员投入，经济效益较高，而且减少了矿井复杂环境对矿工的伤害，具有极高的安全性[1]。目前，无底柱分段崩落采矿法已经应用于多种金属矿的开采，在实际开采过程中，结合矿井具体环境，可就无底柱分段崩落采矿法的设计参数和结构进行调整，这能有效提升矿山开采的质量和安全。

2  无底柱分段崩落法采矿地压产生的原因和危害

2.1 无底柱分段崩落法采矿地压产生的原因

未经开采前，矿山区域的力学环境相对平衡;而在矿山开采过程中，外力作用会打破原有的力学平衡条件，该过程中，地质承载能力会重新分布，最终形成地压。从本质上讲，这种地质内部环境的变化是由于地质和力学反应综合影响而引起的[2]。在采矿法实际应用中，应关注地质因素、生产工艺等诸多因素，以此来实现矿区地质构造、地应力的有机统一。

2.1.1 围岩软弱因素

在未开采之前，矿山区域地质地层环境较为完整，其力学环境相对平衡，而在采矿过程中，矿产资源的开采和运出，使得地质地层的整体性遭到了破坏，这会使得围岩的承载能力和稳定性急剧下降，并在较短时间内容产生破坏变形。同时，有的矿山区域的围岩本来就比较软弱，譬如，当矿物质处于粉矿体中，或者围岩中含有易泥化崩解的泥化闪长岩时，围岩的抗压能力往往较低，抗压强度多处于11.32～29.91MPa之间，而且这种地质环境节理、裂隙发育，影响了整体的稳定性。此外，针对完整性较好的围岩，在长期的高应力作用下，长期性的加压也会使得地压增大，造成软岩蠕变。

2.1.2 高应力状态因素

金属矿石质量较重，如铁技术矿石而言，其重度约为37.5kN/m3，自重应力相对较较大[3]。同时金属矿石埋藏于较深地层，当遇到矿岩与断层等复杂地岩环境交叉时，容易影响矿区的水平应力。采矿过程中，机械作业过程会给矿层施加较高的作用力，而持续化的作业使得矿层用于稳压的时间较短，从而造成了地压失控及围岩变形等问题。

2.1.3 采矿顺序不够合理

矿山开采顺序对于矿区地压具有较大影响;尤其是当采用回采工艺进行施工时，一旦回采顺序不合理，就会造成采动应力在矿层中间的叠加，影响矿层的稳定性及安全性。具体而言，在部分金属矿无底柱分段崩落法采矿时，前期矿体回采过程中，采矿进路受采动影响的时间较短，而在后续开采过程中，自回采开始后就受到前一段采矿进路回采的持续影响，且这一影响会持续到本分层矿体回采完毕。在后续回采中，部分采矿进路会因为采动应力的持续叠加而形成地压失稳现象，造成进路损坏，影响采矿的效率与安全。

2.1.4 采矿支护缺乏合理设计

铁矿开采过程中，为确保地压的稳定性，确保采矿安全高效，应合理地设计采矿参数，进行矿坑支护管理。然而在实践中，较多金属矿区会采用锚网喷支护手段，在锚杆选择时，其会采用Q235普通螺纹钢，这使得杆体的强度较低，当遇到矿体松散破碎、节理发育的金属矿区时，锚杆的稳固性就会不断降低，致使锚网喷支护失效。结合采矿发展实际可知，当支护设计不合理时，容易出现支护结构大变形、局部破坏等问题，这些问题极大地影响了采矿的安全性。

2.2 无底柱分段崩落法采矿地压的危害

矿山开采过程中，岩石或岩层活动变化会产生一定的气压，此即为地压。地压的存在使得采矿行业具有较高危险性。在实际生产中，一旦采矿过程地压条件失控，就会对采矿进度和所有采矿人员的生命安全带来严重影响。具体而言，无底柱分段崩落法采矿地压的危害主要表现如下：其一，地压会使得矿山围岩受力变形，而且其会对破坏矿区支护设施、巷道冒顶、片帮等结构，致使矿井结构失稳;抗压较大，影响较为严重时，还会导致采空区塌陷等问题。其二，当矿山的深部岩石发生突然爆裂时，采空区会出现较為严重的地质问题，如地陷、地裂等。现阶段，引发地压的原因较为多样，其最终存在形态也具有较大差异，除分散体地压、变形地压外，无底柱分段崩落法采矿还容易形成膨胀地压、冲击地压等。

3  无底柱分段崩落法采矿地压控制策略

新时期，我国矿产资源的开采规模不断扩大，要要进一步提升采矿的安全性，在实际开采中，还应注重地压的有效控制。在地压控制管理中，系统性、全面性的进行矿山地质环境勘测，在考虑其特殊性的基础上，进行地压成因和影响分析，然后找出地压主控因素，科学性、系统性的设计控压方法，可有效地实现采矿区地压预防和预警。

3.1 注重采矿区的动态监控

要实现矿区地压的有效控制，还需确保监测过程融入采矿实践的各个环节，实现矿区地压的动态、实时监测。从矿区地压产生机理来看，有的矿区本来地压较高，而部分矿区产生地压是因为受到无底柱分段崩落法设备作用影响。基于这两种状况，我国在采矿区监测中，构建了主动和被动监测相结合的综合监测网络，并依据该网络来获取看矿区地压，为矿区的支护和安全管理进行预警[4]。

就主动监测而言，工作人员可以在该监测手段的支撑下，快速了解并掌握地质内部次生应力的应变转移规律，这对于矿区保护政策的改变和危险预警具有较大影响。而就被动监测而言，其虽然能为矿区地压管理提供地压监测的平均值，然而该测值并不能客观的反应某个区域的地压状况，故而在实践中，被动监测的数值通常用来作为参考，通过该参考值，判断地压主动监测结果是否准确。新时期，通过构建“以主动监测为主，以被动监测为辅”的监测体系，实现了矿区地压状况的有效监测，这为地压预警和控制策略的制定提供了有效依据，确保了矿区管理的安全性。

3.2 系统分析地压变化规律

无底柱分段崩落法采矿时，要实现地压的有效控制，工作人员还应总结不同地质条件下，地压变化的共性规律。譬如，在大理岩和闪长岩完整性较好的区域，矿石矿层的完整性较高，抗压能力较强;对于此类岩层，其稳定性较好，所以不需要过度的进行支护保护管理。

实际作业中，地压出现具有以下特征：其一，矿山开采容易形成一定的崩落区，在崩落区及其周围，应力条件较为集中，尤其是在崩落区上部和深部地层，其地压具有较为明显的上升特征。其二，在断层破碎地带，地压会有明显的增高趋向，这种变化为巷道变形的先导，当得不到有效控制时，还可能引发较大面积的地压危害活动。其三，进行矿井回采时，位于巷道顶板区域的危害，受拉伸作用力较为明显，而这种作用会使得巷道节理缝隙进一步扩大，引起围岩垮落或滑脱。

3.3 结合地压条件制定控制策略

系统性的分析地压形成原因，并对其进行分类，可为矿区地压控制提供切实可行的依据。随着我国采矿行业的不断发展，地质工作者对于矿山地质和力学特性的研究不断深入。就矿区检测而言，工作人员不断地拓展地压的监测领域和地域，并就各区域之间的机理联系进行分析，然后对已有分区的地压进行研究，通过地压主控因素或条件的分析，为掌握地压变化规律和地压提供了有利条件。现阶段，我国在矿山开采区域设置了主动和被动两种信息反馈机制，在重点关注地压主控因素的基础上，统计分析地压变化规律和动态形成机理。从控制策略来看，当前地压控制措施包括：

其一，在分析该区域地压变化规律的基础上，进行矿山开采次序的规范调整，这样能有效地减少地质空区压，同时通过对存在空压的区域进行泄压处理，有效地降低了地压对地面的影响。其二，地压检查在后期控制中发挥着重要作用，现阶段，人们在进行应力变形监测的基础上，加大了声学监测和微震动监测的应用，通过这些监测单元，构建了实时化、动态化的检测系统，为后期地压控制提供了有效依据。其三，应注重特殊支护形式的有效应用，同时构建井下无线通讯系统，加强信息沟通，实现地压爆发危害事件的应急处理，这样可有效地确保井下作业安全，提升采矿效率和质量。

4  结论

无底柱分段崩落法在当前金属矿产开采中具有广泛应用，其在机械化开采的基础上，有效地提升了采矿业的作业效率、经济性和安全性。然无底柱分段崩落法采矿时，受地压影响较为明显，对此矿业工作人员要系统性的设置地压监测系统，研究、思考地压形成原因，总结其发展规律，并严格落实矿区保护措施，可有效地减少地压对无底柱分段崩落法采矿的影响，确保采矿实践的高效性、安全性。

参考文献：

[1]惠安社，李明楼，路增祥，等.我国无底柱分段崩落法结构参数优化研究进展与方向[J].金属矿山，2020（3）：1-11.

[2]赵颖龙，陈玉明，李超，等.无底柱分段崩落法结构参数优化研究[J].化工矿物与加工，2019，48（7）：16-21.

[3]许朋涛，赏克强.无底柱分段崩落法阶段过穿的研究与应用[J].中国矿业，2019，28（S1）：163-164.

[4]孟庆彬，王从凯，韩立军，等.无底柱分段崩落法采场围岩稳定分析与采矿进路修复技术[J].采矿与安全工程学报，2019，36（2）：364-372.