井下多層開采地壓控制管理的分析與研究

劉剛峰

（潼關中金黃金礦業有限責任公司，陜西 渭南 714303）

在對現有礦產資源進行調查研究后發現，針對局部復層礦脈進行多層開采時，礦井面臨的地壓問題也越來越棘手，為了實現有效利用資源并增強工人的安全防范，需要就地壓控制進行綜合管理。礦產開挖的地質條件各有差異，但是在進行深挖后，巖層和巷道會承受巨大的壓力，造成巷道局部變形的情況發生，不能正常進行開采作業，這就造成開采效率降低，給企業經營成本創造了許多不可控因素[1]。本文將對金礦井下的多層開采地壓控制管理進行簡要分析。

1 多層開采現狀分析

一些礦井位于地質條件比較惡劣的地區，巖層斷裂破碎，且有夾層。在進行礦產開采時，巷道容易受到開采爆破的影響出現坍塌問題。在爆破中沉降的巖石碎塊給巖層壁造成很大沖擊，形成破壞力，很多巖層內壁不能承受瞬間的壓力造成裂痕，因此，開采工作造成安全隱患。隨著地下開采分層，且在不斷下采中，不同分層中的礦頂承壓增加，這種安全威脅讓工人無法進行后續工作，也給采礦機械設備帶來損毀風險[2]。在開采中，人們對地壓的控制管理認識不足、管控不到位，由于各種事故或者基于保護工人安全的考慮，停止已爆破巖層的開采，造成礦產資源浪費的現象時有發生，在后續開采中將會遇到較大的開采難度，因為穩定的地質結構被破壞了。這種不當開采不僅造成資源浪費，也讓企業浪費了大量的經營成本，這些損失的成本也無法產生利潤，如果不改進針對地壓的管控技術，將給企業經營造成負面影響。

2 地壓失控原因分析

2.1 開采深度影響

金礦礦產開采深入到巖層越深，巖石層受到的壓力就越大，但是相關研究表明，深度越深，井巷巖壁應力越小，這種應力是井巷壁在受到外壓后內部為了恢復原形而產生的作用力[3]。礦壁承壓能力降低，地壓就會上升。雖然應力值降低，但是外壁承壓范圍卻在增大。不同的礦層中，由于所處深度不同，因此井巷壁承受的地壓值也不同。隨著深度增加，應力集中值降低是由于地壓過強，巖壁內部結構已經產生破壞，甚至發生碎裂現象。

2.2 力學傳遞效應

在多層開采中，每個巖層的受力值不同，地壓會逐層往下傳遞，如果不采取控制措施，在底層的開采就面臨著失控的風險，位于底層的人員面臨的安全風險很大，底層的巷道可能會側傾或變形。在井巷工程逐層向下推進時會發生需要返修的情況，井巷越深，返修概率越高。

2.3 礦物造成壓力沖擊

多層開采進行到底部時，礦物的應力會增加，在礦物內部產生的結構壓力會對井巷造成局部壓力沖擊，這種壓力也屬于地壓，開挖越深入到底層，這種礦物壓力越高，產生的地壓也就越大。

2.4 圍巖承力范圍低

由于一些金礦礦產開采環節針對巷道圍巖考慮不周，圍巖承力范圍較低，在進入深層開采時，圍巖耐受力很差，能起到的支撐作用很小，因此，巷道穩定性較差，如果進行后續開采，不得不反復進行維修，這造成了采掘成本升高[4]。在很多金礦礦產開采中，人們會增加一些支撐物的建設，以此增強巷道的承受力，但是這種方法并不能改善圍巖的承載力差的現實。圍巖的穩定性沒有在支撐物的作用下獲得提升。

2.5 井巷承力差

多層開采隨著礦產開采深度的下降，井巷承受的地壓增大，如果井巷工程建設不好，就會難以承受增強的地壓，巖體在運動中會對井巷造成沖擊，在沖擊下，一些井巷抵抗不了地壓，形狀就會發生變化，在變化中可能會發生破裂，給礦產開采造成安全危機。

2.6 開采工程設計不合理

開采工程設計不合理也會造成地壓失控，有些企業為了增強工作效率，減少了工程量，在地下完成礦石開采后，形成的采空區，造成局部區域壓力值增加，地壓極具增加，讓井巷局部承受很大壓力沖擊，最終造成安全隱患。

2.7 人工作業

在實施爆破后，工人暫停開采，零散的礦石不能及時轉運到地面，在地下沉積，給巷道底部造成壓力。如果在巷道上部中集中的礦石太多，就會造成地壓升高，沖擊圍巖。

2.8 氣候因素

有關研究表明，氣候條件也會增加礦山開采中的地壓，具體的影響因素有降雨或冰雪化凍，所以，地下水與地壓具有某種關聯性，在巖層中發生地下水滲漏后就會造成圍巖軟化，或者增大巖層壓力，給開采造成不良影響。

3 控制地壓的管理措施簡析

3.1 選好井巷挖掘方位

在井巷開挖前就要對礦層進行實地勘探，要做好綜合研究，選擇最好的方位進行井巷施工。巷道的朝向，以及多層巷道的布局，還有巷道的高度都需要斟酌，這些都是與地壓相關的因素，好的前期設計能幫助巷道減少壁體承受的壓力。應該對本地的巖石受力情況進行研究分析，在巖層能夠承受的力學范圍內進行井巷施工建設。

3.2 采用合理開采技術

根據礦體所在地區的巖石特性，采用更符合本地地質條件的開采方法，如果發現礦道已經改變形狀，可以使用更為精細的開采方式，在開采工作進行前，需做好開采準備工作，如果選擇爆破法開采，采取不耦合爆破和光面爆破技術，并對沖擊波進行人為控制，盡量減少它對巖石結構造成的損害，保護井巷的完整性，確保開采安全進行。

3.3 控制已采區域

在控制地壓的過程中，需要處置好巷道上面已經采空的區域，這體現了多層開采的特性，要防止采空區上部的巷道壁坍塌，需要及時對采空區進行處理，避免巷道壁發生局部變形，這樣可以避免采空區域的巖層產生形狀改變。一般人們會采用的具體措施是：在已采區域進行替代物回填，這種方式力圖通過恢復原狀讓內部結構的作用力保持穩定。有些采場礦藏量較少，在控制已采區域時，經常讓其自然坍塌，這是一種節省開采成本的有效方法，但是礦藏量豐富的地區，還是會在已采區域進行回填，或者對采空區進行加固措施，在加固時，回填物要進行膠化處理，這樣可以減少回填物空隙，增強它們的穩定性和力學結構。

3.4 開采過程增加控制

在開采過程中就要加強對地壓的控制，這對安全生產很重要。在回采少量遺留的邊角礦及原生礦柱時，要在分析周圍受力結構的情況后進行，這樣才能保證地壓在可控范圍內。開采過程要嚴格控制好地下水，在已采區域可能會發生地下水聚集，要及時將水抽走，防止地下水造成地壓升高，位于礦層之上的地面水也要及時處理，因為可能會發生地面水滲透到礦層的現象。分層開采順序要前期把控好，在實際作業中，進行前進式開采，同時開采中層以上的礦層，這樣可以減少地壓造成的開采安全壓力。在巷道中可以鉆鑿排氣孔，這樣可以釋放巷道中的應力。采場中原始的礦柱可以酌情保留，要盡量避免對巖體的力學結構造成太大改變。為了對地壓進行綜合管理，需要在巷道中放置力學監控設備，這樣可以實時對地壓進行測量，防止出現突發的不可控現象。

3.5 邊開采邊卸壓

要采取措施在開采時進行同步卸壓，要及時調整井巷的斷面受力形狀，采用各種人為的辦法進行力學調整，讓井巷的受力保持均衡，這樣才能減小坍塌的風險。可以在井巷內增加支撐物；或者在相關區域挖洞以承受上部已采區域的坍塌，來幫助開采井巷減小地壓。

3.6 建立地壓監測監控系統，加強對地壓活動的監測

按照礦區采空區分布和穩定性情況，在采空區四周亦或巷道中安裝應力位移監測設備,裝配鉆孔應力計或是位移收斂計,實施監控采場地壓的實際狀況,使傳感設備嵌入巷道圍巖盡可能靠近采空區的方向，確保測點數據信息可以代表空區圍巖的主要應力狀況和位數值,對于以后的采掘工作,應該把應力監測儀器裝配在已形成空區的支承頂板圍巖礦柱之上，以確保監測儀器數據能夠精準反應圍巖的應力形態。

4 結語

綜上所述，地壓是在礦產資源開采過程中存在的不穩定因素，地壓與各種因素有關，人們在進行礦產開采時應該將這些因素進行綜合考量，采取有效的措施加以防范。要采取各種方法加固巷道，或者減小巷道壁受到的地壓，為企業的安全生產提供科學支持。雖然地壓是不穩定因素，但是依然可以采取人為的辦法進行管理控制，最重要的是方法要得當。