摘要: 摘要:随着浅部矿产资源持续枯竭,采矿工程逐步向深部地层延伸,深部复杂地质环境使采场地压呈现显著的非线性变化特征,围岩变形破坏问题愈发突出。深部开采具备高地应力、复杂构造、岩体破碎的基本特点,采场地压活动规律与浅部开采存在明显差异,传统围岩控制技术难以...
  • DOI:

    10.13738/j.cnki.acc.qklw60536

  • 专辑:

    科学Ⅰ辑;信息科技

  • 专题:

    信息、科学;综合科技

  • 分类号:

    G90;N92

摘要:随着浅部矿产资源持续枯竭,采矿工程逐步向深部地层延伸,深部复杂地质环境使采场地压呈现显著的非线性变化特征,围岩变形破坏问题愈发突出。深部开采具备高地应力、复杂构造、岩体破碎的基本特点,采场地压活动规律与浅部开采存在明显差异,传统围岩控制技术难以适配深部采矿安全作业需求。本文系统分析深部采矿采场地压显现基本规律,总结当前围岩控制工作存在的普遍问题,探究科学适配的深部围岩控制技术体系与实施策略,为提升深部采矿工程稳定性、保障矿山安全生产提供理论参考。

关键词:深部采矿;采场地压;地压规律;围岩变形;控制技术

引言

矿产资源开发深度不断增加,深部采矿已然成为矿山资源开采的主要发展趋势。深部地层地应力环境复杂,岩体结构特性与浅部岩体存在较大区别,开采扰动引发的地压显现更加剧烈,围岩变形、片帮、垮落等隐患频发,严重制约矿山安全高效生产。采场地压是影响深部采矿巷道与采场稳定性的核心因素,掌握其活动规律、优化围岩控制技术是深部矿山管理的核心工作。深入研究深部地压演化机制与围岩防控技术,对完善深部采矿技术体系、提升矿山安全管控水平具有重要现实意义。

一、深部采矿采场地压基本特征与演化规律

(一)深部采场地压基本特征

深部采矿区别于常规浅部开采,整体处于高地应力地质环境中,地压显现具备持续性、突发性、非线性的显著特征。深部原始地应力水平较高,采矿开挖作业会彻底打破原有岩体应力平衡状态,引发大范围应力重分布。岩体长期处于高应力挤压状态,内部储能充足,受开采扰动后极易出现能量突然释放,造成围岩剧烈变形与结构性破坏。同时深部岩体结构破碎性强、整体性差,地压显现无固定规律,隐蔽性风险较多,整体稳定性管控难度大幅提升。

(二)采场应力重分布变化规律

深部采矿开挖会持续改变地层原始应力场分布状态,引发采场周边应力集中与应力转移现象。采空区周边岩体应力会逐步向深部围岩转移,形成大范围应力集中区域,随着开采工作面持续推进,应力集中范围与集中程度会持续变化,呈现动态演化特征。相邻采场、巷道之间会产生应力叠加效应,进一步加剧局部应力集中程度,导致围岩受力状态持续恶化,为围岩变形、垮落、冲击地压等灾害埋下潜在隐患。

(三)深部围岩变形破坏规律

深部围岩变形破坏呈现阶段性发展特征,主要分为初始变形、持续流变、失稳破坏三个阶段。开挖初期围岩快速释放应力,产生短期快速变形,后续在地压持续作用下进入缓慢流变变形阶段,变形过程持续时间长、不可逆性强。当围岩变形累积超过岩体承载极限与支护承载能力后,会出现结构性失稳破坏,表现为巷道收缩、岩壁片帮、顶板垮落等现象。深部围岩破坏多为突发性整体破坏,破坏范围广、影响程度深,防控难度远高于浅部开采。

二、深部采矿围岩控制现存主要问题

(一)对地压演化规律认知不够全面

部分矿山对深部地压特殊性认知不足,仍沿用浅部地压认知经验开展深部开采管理,忽视深部高地应力、应力叠加、岩体流变等核心特征。对地压动态演化过程、应力转移路径、围岩变形时序规律研究不够深入,无法精准预判开采扰动引发的地压异常变化。对地压显现的隐蔽性、突发性风险研判不足,导致围岩防控工作缺乏前瞻性与针对性,难以提前规避深部地压引发的各类围岩失稳问题。

(二)传统围岩支护技术适配性不足

传统单一锚杆、喷射混凝土等浅部常规支护技术,承载能力与适配性有限,无法适配深部高地应力、大变形的围岩环境。传统支护模式多侧重静态被动支护,难以适应深部围岩持续流变变形与动态应力变化特征,支护结构易出现受力过载、破损失效等问题。部分支护方案设计固化,未结合采场地压动态规律开展差异化设计,支护强度、支护形式与现场围岩受力状态不匹配,支护效果难以保障。

(三)围岩动态管控体系不够完善

现阶段多数深部矿山缺少系统化地压监测与围岩管控体系,地压监测覆盖范围有限,无法实现采场地压动态变化的全方位实时感知。监测数据利用程度较低,未能依托地压变化规律及时调整开采方案与支护策略。围岩管控多采用事后补强整改模式,前置预防、动态调控能力薄弱,缺少开采、监测、支护、优化一体化的闭环管控机制,整体防控精细化、系统化水平不足。

三、深部采矿地压防控与围岩控制关键技术策略

(一)深化地压规律研判与开采方案优化

立足深部采矿地质特征,全面开展采场地压勘测与分析工作,精准掌握区域地应力分布、应力转移规律与围岩变形特性,建立完善的深部地压演化认知体系。基于地压规律优化采矿开采布局,科学规划采场尺寸、开采顺序与工作面推进方向,规避应力集中叠加区域。通过优化开采工艺降低开采扰动强度,减缓应力重分布速率,从源头弱化地压显现强度,减少围岩受力失衡问题,为围岩稳定控制奠定基础。

(二)采用复合型动态围岩支护技术

摒弃传统单一被动支护模式,构建适配深部高地压环境的复合型、动态化支护体系,结合锚杆、锚索、金属网、喷射混凝土等多种支护结构,形成多层次协同承载支护体系,提升整体支护承载能力与变形适配能力。采用让压支护技术适配围岩流变变形特征,允许围岩适度释放应力,避免支护结构瞬时过载失效。针对顶板、巷帮等不同围岩部位的受力差异,实施差异化支护方案,精准匹配各区域围岩稳定控制需求,提升支护整体效果。

(三)构建地压监测与动态管控体系

搭建全方位、立体化深部采场地压动态监测系统,实现采场应力、围岩变形、支护受力等参数的实时监测与动态分析,精准捕捉地压异常变化趋势。依托监测数据动态研判围岩稳定状态,及时优化支护方案与开采进度,实现地压风险前置防控。建立开采扰动、地压变化、围岩响应、支护优化的闭环管控机制,常态化开展围岩稳定性复盘优化,持续完善深部地压防控与围岩控制体系。

(四)实施卸荷减压辅助防控技术

针对深部高应力集中区域,采用科学卸荷技术弱化地压集聚效应,从根本上降低围岩承载压力。通过定向卸压、岩体松解等技术手段,引导集中应力向深部稳定岩体转移,缓解表层围岩应力挤压状态,减少围岩剧烈变形与突发性破坏风险。将卸荷减压技术与支护技术有机结合,先卸压、后支护,实现主动卸荷与被动支护协同发力,全方位提升深部采场与巷道围岩整体稳定性。

结束语

深部采矿地压活动规律复杂、围岩失稳风险突出,高地应力、应力动态演化、岩体流变变形是区别于浅部开采的核心特征,也是制约深部矿山安全生产的关键因素。当前深部矿山存在地压认知不足、传统支护适配性差、动态管控不完善等问题,难以有效抵御深部地压灾害。通过深化地压规律研判、优化开采布局、采用复合动态支护技术、搭建全方位监测管控体系,可有效提升围岩控制效果,保障深部采场整体稳定,为深部矿产资源安全、高效、可持续开采提供坚实的技术支撑。

参考文献

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