地压管理详解（三）：采场支护、充填体与崩落围岩、主动管理和被动管理——黑金刚播报
发布时间：
2025-09-02
引言
在采矿工程中，地压管理是一项至关重要的任务，它直接关系到矿山生产的安全性和效率。随着采矿活动的深入，地压问题愈发突出，如何有效地管理和控制地压，确保矿山的安全稳定开采，是采矿工程师们必须面对和解决的难题。前面讲了两章的地压管理，这一章是最后一个章节。本文将对采场支护、充填体对地压的管理、崩落围岩地压管理以及被动和主动管理地压的区别进行详细说明和探讨。
一、采场支护
采场支护是指在采场回采过程中，由于暴露面积过大，矿岩的自承能力不能满足维持采空区的稳定性时，采用辅助的支护方式来满足空间稳定性的要求。采场支护是地压管理的重要手段之一，其目的在于防止采空区围岩失稳，确保采矿活动的安全进行。
1. 木材支护
木材支护是采场支护中最早使用的一种方法，具有成本低、易于加工和安装等优点。木材支护主要包括横撑支柱、单根支柱、木垛支护和方框支架等形式。
横撑支柱：利用木头横撑在采空区的两帮壁上面，形成支撑结构，以抵御围岩的压力。
单根支柱：将单根木头或木柱支撑在采空区的顶底板之间，起到支撑作用。
木垛支护：将多根木头按照一定规律排列，形成木垛结构，以增强支护效果。
方框支架：利用木材搭建方框支架，形成稳定的支护体系。
然而，随着矿产资源的不断开发和利用，木材资源的短缺问题日益严重，加之木材支护的强度和耐久性有限，其应用范围逐渐受到限制。
2. 锚杆和锚索支护
锚杆和锚索支护是采场支护中一种重要的支护形式，具有支护效果好、施工速度快、成本较低等优点。锚杆和锚索支护通过打入金属锚杆或长矛索，将采场围岩与支护结构紧密连接在一起，形成一个整体稳定的支护体系。
锚杆支护：利用锚杆将围岩与支护结构连接起来，提高围岩的稳定性。锚杆的类型包括金属锚杆、树脂锚杆等，其长度和直径可根据具体工程需求进行选择。
锚索支护：利用锚索将采场围岩与深部稳定岩层连接起来，形成稳定的支护结构。锚索通常用于深部开采或围岩条件较差的采场。
锚杆和锚索支护的支护效果取决于锚杆或锚索的材质、长度、直径以及施工工艺等因素。在实际应用中，需要根据具体工程条件进行选择和设计。
3. 金属支柱
金属支柱是采场支护中一种常用的支护形式，具有强度高、耐久性好、可重复利用等优点。金属支柱通常采用钢材或合金材料制成，具有较大的承载能力和抗变形能力。
单根金属支柱：将单根金属支柱支撑在采空区的顶底板之间，起到支撑作用。单根金属支柱的支护效果取决于其材质、尺寸以及施工工艺等因素。
综合支架：将多根金属支柱按照一定规律排列，形成综合支架结构，以增强支护效果。综合支架通常用于大跨度或高应力采场的支护。
金属支柱的支护效果稳定可靠，但成本相对较高。在实际应用中，需要根据具体工程条件进行选择和设计，以充分发挥其支护效果。
4. 混凝土或喷射混凝土支护
混凝土或喷射混凝土支护是采场支护中一种重要的支护形式，具有支护效果好、耐久性好、施工速度快等优点。混凝土或喷射混凝土支护通过及时喷射混凝土或浇筑混凝土，形成稳定的支护结构，以抵御围岩的压力。
喷射混凝土支护：利用喷射混凝土设备将混凝土喷射到开挖后的岩层表面，形成一层坚固的支护层。喷射混凝土支护适用于开挖后的岩层表面较为平整且无明显裂隙的情况。
混凝土支护：在开挖后的岩层表面浇筑混凝土，形成稳定的支护结构。混凝土支护适用于开挖后的岩层表面不平整或存在裂隙的情况。
混凝土或喷射混凝土支护的支护效果取决于混凝土的材质、强度、施工工艺以及岩层条件等因素。在实际应用中，需要根据具体工程条件进行选择和设计，以充分发挥其支护效果。
二、充填体对地压的管理
充填体对地压的管理是一种有效的地压管理方法，其原理是利用充填料填充采空区，以限制围岩和矿柱的变形，减缓岩石移动的危害，降低地表下沉的程度。充填方法包括水砂充填、胶结充填和膏体充填等。
1. 充填原理
充填方法的基本原理是利用充填料填充采空区，从而减小采空区周围的岩石移动。当充填料被填充到采空区后，采空区周围的岩石会受到充填料的支撑和限制，其移动和变形会受到明显的抑制。这样，充填体就能够起到限制围岩和矿柱变形的作用，进而减缓岩石移动带来的危害，并有效地降低地表下沉的程度。
2. 充填方法的分类
水砂充填：水砂充填是最早使用的充填方法之一。它利用水和砂的混合物作为充填料，通过管道或溜槽将其输送到采空区进行填充。水砂充填的优点是成本低、操作简单，但其缺点是充填密度较低，支撑效果有限。
胶结充填：胶结充填是在水砂充填的基础上，加入适量的胶凝材料（如水泥）以提高充填体的强度和稳定性。胶结充填的优点是充填体强度高、支撑效果好，但其成本相对较高。在实际应用中，需要根据具体工程条件进行经济和技术比较，以确定最合适的充填方法。
膏体充填：膏体充填是一种新型的充填方法，它利用高浓度的膏状物料作为充填料。膏体充填的优点是充填密度高、支撑效果好、对地表的影响小。同时，膏体充填还能够实现充填和开采的同步进行，提高采矿效率。然而，膏体充填的设备和工艺相对复杂，成本也较高。
3. 充填体的作用
限制围岩变形：充填体通过填充采空区，对围岩的移动和变形起到明显的限制作用。这有助于保持采场的稳定性，防止围岩失稳和垮塌。
减缓岩石移动：充填体能够减缓岩石的移动速度，降低岩石移动带来的危害。这有助于保护地下工程和地面建筑的安全。
降低地表下沉：通过充填采空区，充填体能够有效地降低地表下沉的程度。这有助于保护地表环境和人类活动安全。
三、崩落围岩地压管理
崩落围岩地压管理是一种主动的地压管理方法，其原理是通过有计划地崩落围岩来释放地压，从而消除地压存在和产生的根源。崩落围岩地压管理包括自然崩落法和强制崩落法两种方法。
1. 自然崩落法
自然崩落法是利用矿岩自身的重力作用，使其沿着节理、裂隙等弱面自然崩落。这种方法适用于矿岩节理发育、裂隙较多且易于崩落的矿体。自然崩落法的优点是成本低、效率高，但其缺点是崩落范围和崩落时间难以控制，可能对地下工程和地面建筑造成破坏。
2. 强制崩落法
强制崩落法是通过爆破等手段，有计划地崩落围岩以释放地压。这种方法适用于矿岩节理不发育、裂隙较少或不易自然崩落的矿体。强制崩落法的优点是崩落范围和崩落时间可控，能够更好地满足采矿工程的需求。然而，强制崩落法需要消耗大量的爆破材料和能源，成本相对较高。同时，爆破产生的震动和冲击波可能对地下工程和地面建筑造成破坏，需要采取相应的减震和防护措施。
四、被动和主动管理地压的区别
在地压管理中，被动管理地压和主动管理地压是两种不同的策略。它们在地压管理的原理、方法和效果等方面存在明显的区别。
1. 被动管理地压
被动管理地压是通过增加支护结构或采取其他措施来抵御围岩的压力和变形。这种方法属于“防御性”的策略，即在围岩发生移动和变形后，通过增加支护结构来保持采场的稳定性。被动管理地压的方法包括采场支护、锚杆和锚索支护、金属支柱支护以及混凝土或喷射混凝土支护等。这些方法虽然能够有效地保持采场的稳定性，但无法从根本上消除地压存在和产生的根源。因此，在长期的采矿活动中，被动管理地压可能会导致支护结构的损坏和失效，进而影响采矿工程的安全和效率。
2. 主动管理地压
主动管理地压是通过有计划地改变采矿工程的布局和开采顺序等手段来主动管理地压。这种方法属于“进攻性”的策略，即在围岩发生移动和变形之前，通过改变采矿工程的布局和开采顺序等手段来消除地压存在和产生的根源。主动管理地压的方法包括充填体对地压的管理和崩落围岩地压管理等。这些方法能够从根本上消除地压存在和产生的根源，从而有效地控制地压的发展和提高采矿工程的安全性和效率。然而，主动管理地压需要更加精确的地质勘探和工程设计，以及对采矿活动的精确控制和管理。同时，在某些情况下，主动管理地压可能会对地下工程和地面建筑造成一定的破坏和影响，需要采取相应的减震和防护措施。
五、合理开采顺序与地压管理
合理开采顺序是地压管理的重要组成部分。通过确定合理的开采顺序，可以实现对地压的有效控制和管理。
1. 开采顺序的影响因素
确定合理的开采顺序需要考虑多个因素，包括矿体的赋存条件、地质构造、岩石力学性质、开采方法以及矿山生产的安全性和经济性等。不同的矿体和采矿条件需要采用不同的开采顺序来确保地压管理的有效性。
2. 合理的开采顺序原则
（1）从中央向两侧开采：对于走向长度较大的矿体，通常建议从中央向两侧进行开采。这是因为矿体中央部位的压力往往最大，从中央开始开采可以逐渐释放地压，降低后续开采过程中的地压风险。
（2）分段开采：在矿体内部分段开采时，应遵循从上至下的原则。这样可以避免下部矿体开采时受到上部未开采矿体的压力影响，确保开采过程的安全性和稳定性。
（3）有序回采：在确定回采单元时，应确保回采过程的有序性。避免多个回采单元同时开采或无序开采，以减少地压集中和岩石移动带来的危害。
（4）考虑地质构造：在开采过程中，应充分考虑地质构造的影响。对于断层、褶皱等地质构造复杂的区域，应谨慎选择开采顺序，以避免因地质构造变化而导致的地压突变。
3. 开采顺序的优化策略
（1）地质力学评估：在开采前，应对矿体进行地质力学评估，了解矿体的岩石力学性质和地压分布特点。根据评估结果，确定合理的开采顺序和支护方式。
（2）实时监测与调整：在开采过程中，应实时监测地压变化和岩石移动情况。一旦发现异常情况，应及时调整开采顺序和支护方式，以确保开采过程的安全性和稳定性。
（3）采用先进技术和设备：随着采矿技术的不断发展，越来越多的先进技术和设备被应用于采矿工程中。通过采用这些技术和设备，可以实现对地压的更精确控制和管理，提高开采效率和安全性。
结论
地压管理是采矿工程中一项至关重要的任务。通过采用采场支护、充填体对地压的管理、崩落围岩地压管理以及确定合理的开采顺序等策略等措施，可以有效地控制地压的发展和提高采矿工程的安全性和效率。同时，根据具体工程条件和需求选择合适的地压管理方法也是至关重要的。
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