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为保证正常回采,而采取的减少或避免地压危害的措施,或积极利用地压进行采矿,这种工作就是地压管理。为进行地压管理所采取的各种技术措施,称为地压管理方法。地压管理常用的方法有:预留矿柱、支护井巷围岩,充填采空区、崩落围岩降低围岩应力等。
(1)地压的概念:在未经开掘的地下岩体内,上部的岩石以自身的重量作用于下部岩石,下部岩石也以相等的反力作用于上部岩石,岩石处于一种应力平衡状态。开掘巷道后,巷道周围的岩石失去支撑,原有的平衡状态即被破坏,巷道围岩中应力重新分布,有的升高,有的降低。这种应力的不平衡,促使围岩产生变形以达到新的平衡。
围岩稳固时,围岩本身具有足够的强度,围岩受力情况的变化,仅引起围岩及其暴露面产生微小的变形,围岩及暴露面仍然保持原有状态。
围岩不稳固时,围岩受力情况的变化,将引起围岩及其暴露面产生较大的变形,当超过围岩的强度极限时,就产生裂缝而被破坏。对于水平巷道这种变形和破坏首先在顶板产生。如图5-4-1所示,在不稳固的岩石中开掘平巷,如不进行支护,顶板就逐渐向下弯曲,随后就出现一些逐渐扩大、增多的纵横交错的裂缝,接着,原来的整体顶板岩石破坏、冒落。同时上部又产生新的裂缝并逐渐扩大直至冒落,最后冒落成拱形,这样形成的拱称自然平衡拱。
自然平衡拱形成以后,拱上部的压力就由巷道两侧的岩石来支承。如果两帮岩石支承的压力没有超过岩石本身的强度,两帮岩石就不会被破坏,自然平衡拱保持稳定。如果支承的压力超过岩石的强度,则两帮就会达渐产生裂缝并塌落,使巷道宽度增大,引起顶板岩石又一次冒落,最后再次形成新的自然平衡拱。
当巷道围岩不稳固时,为防止围岩的变形和塌落,保持一定的巷道断面形状及尺寸,就必须进行支护。在巷道中架设的支架上就会受到因围岩变形、破坏乃至冒落等所产生的压力,我们把这种来自巷道围岩的作用力称为地压。
(2)井巷支架:矿井支架按支架材料分为木材支架、混凝土支架、装配式钢筋混凝土支架、石材支架、金属支架、喷射混凝土和杆柱等,其中以木材支架,混凝土支架、喷射混凝土和杆柱应用较多。
木材支架:矿井支架的木料以松木使用最多。木材具有一定的强度和可缩性、重量轻、容易加工和架设,但耐火性差、易腐朽、使用年限短,强度也小。一般用在地压小、服务年限短的井巷中。木材支架通常为梯形或矩形。棚子(或井框)的间距根据地压的大小来确定。地压较小时0.5~1.0m一架,称为间隔棚子(或井框)支架;地压较大时,所有支架紧密相接,称为密集棚子(或井框)支架。
混凝土支架:混凝土作支架材料具有强度大、整体性好、防火、防水、抗腐蚀、服务年限也很长等特点。所以广泛用于服务年限长、地压大、断面大的井巷中。混凝土支架常为整体浇灌混凝土支架。混凝土支架的基本形式为直壁拱形和圆形。圆形用于垂直巷道的支护;直壁拱形用于水平巷道支护,如常见的公路隧道。
喷射混凝土:喷射混疑土是将水泥,砂子、碎石按一定比例进行干料混合,送入专门的喷射机中,以压缩空气为动力,使干料在喷嘴处与水混合为湿抖,高速喷射到巷道表面,凝结硬化形成喷射混凝土以支护巷道。喷射混凝土的组织结构致密,能压入围岩的裂缝中胶结围岩,增加围岩整体性,能封闭岩面,防止围岩进一步风化。同时支架与围岩粘结成一整体共同承受地压,所以喷射混凝土支护质量好、强度高。此外喷射混凝土支护是采用机械化施工、速度快、效率高、不用模板、支护工艺简单等优点,是一种有发展前途的新型支护方法,已为国内外矿山广泛使用。喷射混凝土的一个主要缺点是回弹,既浪费支护材料又恶化了作业条件,目前正在加以改进施工工艺。
杆柱:杆柱又称锚杆。杆柱支护是在巷道围岩中钻孔并安设杆柱,以锚固岩层,加固巷道围岩来维护巷道。杆柱安装简便,安全可靠,不占巷道断面,成本较低,但不能防止旧岩的风化和杆柱间“浮石”的冒落。杆柱支护可以单独使用,也可以和喷射混凝土联合使用。联合使用时,称为喷锚支护。喷锚支护具有喷射混凝土和杆柱支护的优点,增加了支护效果,在地压较大的矿山,有代替混凝土支架的趋势,目前使用喷锚支护的矿山日益增多。
井巷支架的架设是劳动强度大,作业条件差、机械化程度较低的一个薄弱环节,在实际工作中应大力研制和改进井巷支护设备,提高井巷支护的机械化水平。特别应注意锚杆台车、混凝土喷射机等喷锚支护新设备的研制,努力提高机械化作业水平。 |
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