指礦床開采引起的一種地層壓力現象,顯現為井巷變形或破壞。
地下采礦,最基本的生產過程就是破碎巖石和礦石;維護頂板和圍巖。開挖掘進井筒、巷道、硐室、采場(工作面),并加以支撐維護(支護)以防頂板和圍巖垮落。
開井送道,如果不加以支撐維護,井巷則發生變形或破壞。這種變形或破壞現象稱為地壓現象。采動影響區域內的巖體,稱為圍巖;區域外的巖體稱為原巖。原巖作用于圍巖上的壓力,稱為廣義地壓。
圍巖位移與所冒(落脫)離原巖的板(巖)塊作用于支架上的壓力,稱為狹義地壓。
礦山開采,既要采掘破碎出礦石,又要防止圍巖破碎,是巖石破碎與圍護的矛盾統一體。
由地壓造成的災害,對礦井來說,主要是冒頂片幫;對采空區處理不當而引起的大規模地壓活動來說,地壓災害表現為地表開裂、地面下沉、建筑物倒塌、切斷水源等;對露天礦,地壓災害顯現于邊坡滑落、巖礦坍塌。
對煤礦而言,礦山地壓顯現為:頂板(主要指煤層直接頂)下沉和垮落、底板隆起、煤壁片幫、支架變形破壞、煤與瓦斯突然噴出及礦壓沖擊等。還有頂板沿工作面煤壁切落的大冒頂。
金屬礦床地質賦存條件多變,采礦方法不盡相同,采場體積大,空區范圍廣,地壓顯現特征不一,主要有:空區坍塌、頂底礦柱或間柱垮落、采準坑道下沉、采場冒落、巖層錯動及沖擊地壓等。
防止沖擊地壓的措施
1.減低煤、巖層礦壓,防止應力集中
開采煤層時,首先開采無沖擊地壓或一般沖擊地壓的煤層,作為解放壓力層。回采時,要用全面陷落法管理頂板,不要留煤柱;對不易冒落的頂板要強制放頂,采用的方法是深孔爆破放頂或強力高壓注水放頂。
長壁式采煤的采區內,配合使用無煤柱開采或無煤柱護巷。
在同一煤層、同一區段內,相鄰的兩工作面要避免同時相向或同時相背回采,以免應力集中。
主要巷道及永久性硐室,要盡可能布置在巖層內或無沖擊地壓危險的煤層中。
2.改變煤巖的物理力學性質,釋放積聚的彈性能量
采用注水方法增加煤、巖層中的水分,減少其硬度,提高其塑性,使彈性能量逐漸釋放;在煤層內打大直徑鉆孔(150~300mm),以減弱煤層的支撐力,使頂板下沉,解釋能量;在工作面打長孔,進行松動爆破,釋放彈性能量。
防護沖擊能量的措施
1.做防護巷道,在有沖擊地壓的危險煤層內,加寬巷道到5m左右;
2.采用可塑性支架,提高支架可塑性、穩定性;
3.制訂專門工作制度,如機械化采煤的遠距離控制等。
地壓檢測的方法
地壓檢測方法有聲測法、裂隙法、簡易儀器法、光彈法及紅外法:
1.聲測法
利用聲學原理來判斷巖石的完整性和破壞程度的方法,其中有:
(1)聲撞擊法。即礦山常用的“敲幫問頂”法,工人利用手錘或撬棍敲擊巖石,以判斷巖體的完整性。它所根據的原理是巖石受到外來撞擊時由于振動而發聲。脫離母體的松石,其振動頻率較低,發出的聲音比較沙啞、低沉;整體巖石則發出清脆響亮的聲音,由此可檢查發現浮石。
(2)聲發射法。巖體內部發生破壞時,同時會發出聲響,通常稱為“地音”。注意監聽所發出的聲響,可以了解地壓情況。
監聽有以下兩種方法:
人工聽聲。響聲由疏到密,頻率逐漸增加并夾雜零星掉碴,這是大規模地壓顯現的前奏期響聲頻度劇增,且由清脆炮聲到悶雷聲,掉碴頻繁,這是劇烈的大規模地壓顯現即將發生的高潮期;響聲由密到疏,逐漸減小,這是地壓活動逐漸穩定的尾聲。
地音儀監聽。由主放大器、探頭和耳機組成。這是人工聽聲的儀器化,它的靈敏度高,能聽到用耳朵聽不到的聲音。利用地音儀還可判斷巖層破壞的發展趨勢和波及范圍,預報巖體崩落的可能性和時間,以便及時采取預防措施。
這種監聽需先布置一系列監聽鉆孔。孔深1.5~2m,將探頭放人孔中。孔內應注水、油,以使探頭與巖壁之間無孔隙,并將孔口封閉。當巖石破壞聲傳到探頭并沖擊探頭振動時,探頭內的換能器把振動信號換成電訊號,由電纜經放大器就可用耳機聽到響聲。
2.裂縫調查法
這是我國金屬礦山當前對地壓顯現進行現場觀察的一種主要方法。
巖體發生破壞時,必然在其中產生一些裂隙,觀察這些裂隙的變化情況,便可圈定大規模地壓顯現的范圍及判斷地壓發展的趨勢。
3.簡易直觀儀器觀察圍巖的相對移動
這些儀器有滑尺、滑尺移動量警報器等。
4.用光彈性應力計和應變計進行檢測
5.紅外線探測浮石
——摘自《安全科學技術百科全書》(中國勞動社會保障出版社,2003年6月出版)