指矿床开采引起的一种地层压力现象,显现为井巷变形或破坏。
地下采矿,最基本的生产过程就是破碎岩石和矿石;维护顶板和围岩。开挖掘进井筒、巷道、硐室、采场(工作面),并加以支撑维护(支护)以防顶板和围岩垮落。
开井送道,如果不加以支撑维护,井巷则发生变形或破坏。这种变形或破坏现象称为地压现象。采动影响区域内的岩体,称为围岩;区域外的岩体称为原岩。原岩作用于围岩上的压力,称为广义地压。
围岩位移与所冒(落脱)离原岩的板(岩)块作用于支架上的压力,称为狭义地压。
矿山开采,既要采掘破碎出矿石,又要防止围岩破碎,是岩石破碎与围护的矛盾统一体。
由地压造成的灾害,对矿井来说,主要是冒顶片帮;对采空区处理不当而引起的大规模地压活动来说,地压灾害表现为地表开裂、地面下沉、建筑物倒塌、切断水源等;对露天矿,地压灾害显现于边坡滑落、岩矿坍塌。
对煤矿而言,矿山地压显现为:顶板(主要指煤层直接顶)下沉和垮落、底板隆起、煤壁片帮、支架变形破坏、煤与瓦斯突然喷出及矿压冲击等。还有顶板沿工作面煤壁切落的大冒顶。
金属矿床地质赋存条件多变,采矿方法不尽相同,采场体积大,空区范围广,地压显现特征不一,主要有:空区坍塌、顶底矿柱或间柱垮落、采准坑道下沉、采场冒落、岩层错动及冲击地压等。
防止冲击地压的措施
1.减低煤、岩层矿压,防止应力集中
开采煤层时,首先开采无冲击地压或一般冲击地压的煤层,作为解放压力层。回采时,要用全面陷落法管理顶板,不要留煤柱;对不易冒落的顶板要强制放顶,采用的方法是深孔爆破放顶或强力高压注水放顶。
长壁式采煤的采区内,配合使用无煤柱开采或无煤柱护巷。
在同一煤层、同一区段内,相邻的两工作面要避免同时相向或同时相背回采,以免应力集中。
主要巷道及永久性硐室,要尽可能布置在岩层内或无冲击地压危险的煤层中。
2.改变煤岩的物理力学性质,释放积聚的弹性能量
采用注水方法增加煤、岩层中的水分,减少其硬度,提高其塑性,使弹性能量逐渐释放;在煤层内打大直径钻孔(150~300mm),以减弱煤层的支撑力,使顶板下沉,解释能量;在工作面打长孔,进行松动爆破,释放弹性能量。
防护冲击能量的措施
1.做防护巷道,在有冲击地压的危险煤层内,加宽巷道到5m左右;
2.采用可塑性支架,提高支架可塑性、稳定性;
3.制订专门工作制度,如机械化采煤的远距离控制等。
地压检测的方法
地压检测方法有声测法、裂隙法、简易仪器法、光弹法及红外法:
1.声测法
利用声学原理来判断岩石的完整性和破坏程度的方法,其中有:
(1)声撞击法。即矿山常用的“敲帮问顶”法,工人利用手锤或撬棍敲击岩石,以判断岩体的完整性。它所根据的原理是岩石受到外来撞击时由于振动而发声。脱离母体的松石,其振动频率较低,发出的声音比较沙哑、低沉;整体岩石则发出清脆响亮的声音,由此可检查发现浮石。
(2)声发射法。岩体内部发生破坏时,同时会发出声响,通常称为“地音”。注意监听所发出的声响,可以了解地压情况。
监听有以下两种方法:
人工听声。响声由疏到密,频率逐渐增加并夹杂零星掉碴,这是大规模地压显现的前奏期响声频度剧增,且由清脆炮声到闷雷声,掉碴频繁,这是剧烈的大规模地压显现即将发生的高潮期;响声由密到疏,逐渐减小,这是地压活动逐渐稳定的尾声。
地音仪监听。由主放大器、探头和耳机组成。这是人工听声的仪器化,它的灵敏度高,能听到用耳朵听不到的声音。利用地音仪还可判断岩层破坏的发展趋势和波及范围,预报岩体崩落的可能性和时间,以便及时采取预防措施。
这种监听需先布置一系列监听钻孔。孔深1.5~2m,将探头放人孔中。孔内应注水、油,以使探头与岩壁之间无孔隙,并将孔口封闭。当岩石破坏声传到探头并冲击探头振动时,探头内的换能器把振动信号换成电讯号,由电缆经放大器就可用耳机听到响声。
2.裂缝调查法
这是我国金属矿山当前对地压显现进行现场观察的一种主要方法。
岩体发生破坏时,必然在其中产生一些裂隙,观察这些裂隙的变化情况,便可圈定大规模地压显现的范围及判断地压发展的趋势。
3.简易直观仪器观察围岩的相对移动
这些仪器有滑尺、滑尺移动量警报器等。
4.用光弹性应力计和应变计进行检测
5.红外线探测浮石
——摘自《安全科学技术百科全书》(中国劳动社会保障出版社,2003年6月出版)