井下多层开采地压控制管理的分析与研究

刘刚峰

（潼关中金黄金矿业有限责任公司，陕西 渭南 714303）

在对现有矿产资源进行调查研究后发现，针对局部复层矿脉进行多层开采时，矿井面临的地压问题也越来越棘手，为了实现有效利用资源并增强工人的安全防范，需要就地压控制进行综合管理。矿产开挖的地质条件各有差异，但是在进行深挖后，岩层和巷道会承受巨大的压力，造成巷道局部变形的情况发生，不能正常进行开采作业，这就造成开采效率降低，给企业经营成本创造了许多不可控因素[1]。本文将对金矿井下的多层开采地压控制管理进行简要分析。

1 多层开采现状分析

一些矿井位于地质条件比较恶劣的地区，岩层断裂破碎，且有夹层。在进行矿产开采时，巷道容易受到开采爆破的影响出现坍塌问题。在爆破中沉降的岩石碎块给岩层壁造成很大冲击，形成破坏力，很多岩层内壁不能承受瞬间的压力造成裂痕，因此，开采工作造成安全隐患。随着地下开采分层，且在不断下采中，不同分层中的矿顶承压增加，这种安全威胁让工人无法进行后续工作，也给采矿机械设备带来损毁风险[2]。在开采中，人们对地压的控制管理认识不足、管控不到位，由于各种事故或者基于保护工人安全的考虑，停止已爆破岩层的开采，造成矿产资源浪费的现象时有发生，在后续开采中将会遇到较大的开采难度，因为稳定的地质结构被破坏了。这种不当开采不仅造成资源浪费，也让企业浪费了大量的经营成本，这些损失的成本也无法产生利润，如果不改进针对地压的管控技术，将给企业经营造成负面影响。

2 地压失控原因分析

2.1 开采深度影响

金矿矿产开采深入到岩层越深，岩石层受到的压力就越大，但是相关研究表明，深度越深，井巷岩壁应力越小，这种应力是井巷壁在受到外压后内部为了恢复原形而产生的作用力[3]。矿壁承压能力降低，地压就会上升。虽然应力值降低，但是外壁承压范围却在增大。不同的矿层中，由于所处深度不同，因此井巷壁承受的地压值也不同。随着深度增加，应力集中值降低是由于地压过强，岩壁内部结构已经产生破坏，甚至发生碎裂现象。

2.2 力学传递效应

在多层开采中，每个岩层的受力值不同，地压会逐层往下传递，如果不采取控制措施，在底层的开采就面临着失控的风险，位于底层的人员面临的安全风险很大，底层的巷道可能会侧倾或变形。在井巷工程逐层向下推进时会发生需要返修的情况，井巷越深，返修概率越高。

2.3 矿物造成压力冲击

多层开采进行到底部时，矿物的应力会增加，在矿物内部产生的结构压力会对井巷造成局部压力冲击，这种压力也属于地压，开挖越深入到底层，这种矿物压力越高，产生的地压也就越大。

2.4 围岩承力范围低

由于一些金矿矿产开采环节针对巷道围岩考虑不周，围岩承力范围较低，在进入深层开采时，围岩耐受力很差，能起到的支撑作用很小，因此，巷道稳定性较差，如果进行后续开采，不得不反复进行维修，这造成了采掘成本升高[4]。在很多金矿矿产开采中，人们会增加一些支撑物的建设，以此增强巷道的承受力，但是这种方法并不能改善围岩的承载力差的现实。围岩的稳定性没有在支撑物的作用下获得提升。

2.5 井巷承力差

多层开采随着矿产开采深度的下降，井巷承受的地压增大，如果井巷工程建设不好，就会难以承受增强的地压，岩体在运动中会对井巷造成冲击，在冲击下，一些井巷抵抗不了地压，形状就会发生变化，在变化中可能会发生破裂，给矿产开采造成安全危机。

2.6 开采工程设计不合理

开采工程设计不合理也会造成地压失控，有些企业为了增强工作效率，减少了工程量，在地下完成矿石开采后，形成的采空区，造成局部区域压力值增加，地压极具增加，让井巷局部承受很大压力冲击，最终造成安全隐患。

2.7 人工作业

在实施爆破后，工人暂停开采，零散的矿石不能及时转运到地面，在地下沉积，给巷道底部造成压力。如果在巷道上部中集中的矿石太多，就会造成地压升高，冲击围岩。

2.8 气候因素

有关研究表明，气候条件也会增加矿山开采中的地压，具体的影响因素有降雨或冰雪化冻，所以，地下水与地压具有某种关联性，在岩层中发生地下水渗漏后就会造成围岩软化，或者增大岩层压力，给开采造成不良影响。

3 控制地压的管理措施简析

3.1 选好井巷挖掘方位

在井巷开挖前就要对矿层进行实地勘探，要做好综合研究，选择最好的方位进行井巷施工。巷道的朝向，以及多层巷道的布局，还有巷道的高度都需要斟酌，这些都是与地压相关的因素，好的前期设计能帮助巷道减少壁体承受的压力。应该对本地的岩石受力情况进行研究分析，在岩层能够承受的力学范围内进行井巷施工建设。

3.2 采用合理开采技术

根据矿体所在地区的岩石特性，采用更符合本地地质条件的开采方法，如果发现矿道已经改变形状，可以使用更为精细的开采方式，在开采工作进行前，需做好开采准备工作，如果选择爆破法开采，采取不耦合爆破和光面爆破技术，并对冲击波进行人为控制，尽量减少它对岩石结构造成的损害，保护井巷的完整性，确保开采安全进行。

3.3 控制已采区域

在控制地压的过程中，需要处置好巷道上面已经采空的区域，这体现了多层开采的特性，要防止采空区上部的巷道壁坍塌，需要及时对采空区进行处理，避免巷道壁发生局部变形，这样可以避免采空区域的岩层产生形状改变。一般人们会采用的具体措施是：在已采区域进行替代物回填，这种方式力图通过恢复原状让内部结构的作用力保持稳定。有些采场矿藏量较少，在控制已采区域时，经常让其自然坍塌，这是一种节省开采成本的有效方法，但是矿藏量丰富的地区，还是会在已采区域进行回填，或者对采空区进行加固措施，在加固时，回填物要进行胶化处理，这样可以减少回填物空隙，增强它们的稳定性和力学结构。

3.4 开采过程增加控制

在开采过程中就要加强对地压的控制，这对安全生产很重要。在回采少量遗留的边角矿及原生矿柱时，要在分析周围受力结构的情况后进行，这样才能保证地压在可控范围内。开采过程要严格控制好地下水，在已采区域可能会发生地下水聚集，要及时将水抽走，防止地下水造成地压升高，位于矿层之上的地面水也要及时处理，因为可能会发生地面水渗透到矿层的现象。分层开采顺序要前期把控好，在实际作业中，进行前进式开采，同时开采中层以上的矿层，这样可以减少地压造成的开采安全压力。在巷道中可以钻凿排气孔，这样可以释放巷道中的应力。采场中原始的矿柱可以酌情保留，要尽量避免对岩体的力学结构造成太大改变。为了对地压进行综合管理，需要在巷道中放置力学监控设备，这样可以实时对地压进行测量，防止出现突发的不可控现象。

3.5 边开采边卸压

要采取措施在开采时进行同步卸压，要及时调整井巷的断面受力形状，采用各种人为的办法进行力学调整，让井巷的受力保持均衡，这样才能减小坍塌的风险。可以在井巷内增加支撑物；或者在相关区域挖洞以承受上部已采区域的坍塌，来帮助开采井巷减小地压。

3.6 建立地压监测监控系统，加强对地压活动的监测

按照矿区采空区分布和稳定性情况，在采空区四周亦或巷道中安装应力位移监测设备,装配钻孔应力计或是位移收敛计,实施监控采场地压的实际状况,使传感设备嵌入巷道围岩尽可能靠近采空区的方向，确保测点数据信息可以代表空区围岩的主要应力状况和位数值,对于以后的采掘工作,应该把应力监测仪器装配在已形成空区的支承顶板围岩矿柱之上，以确保监测仪器数据能够精准反应围岩的应力形态。

4 结语

综上所述，地压是在矿产资源开采过程中存在的不稳定因素，地压与各种因素有关，人们在进行矿产开采时应该将这些因素进行综合考量，采取有效的措施加以防范。要采取各种方法加固巷道，或者减小巷道壁受到的地压，为企业的安全生产提供科学支持。虽然地压是不稳定因素，但是依然可以采取人为的办法进行管理控制，最重要的是方法要得当。