非煤矿山岩层控制与边坡稳定

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1、第十一章非煤矿山岩层控制与边坡稳定金属矿床开采与煤矿开采相比，主要特点是：（1）矿体及围岩坚硬：（2）矿床赋存条件不稳定，矿体厚度、倾角及形状变化大，这就要求有多种采矿方法；（3）在矿床中经常有断层、褶皱、穿入矿体中的岩脉、断层破碎带等地质构造，给采矿和探矿工作带来很大困难[1]。这些特点就使金属矿山的岩层控制与煤矿相比具有自身的规律。在金属矿山中通常将矿压称为地压，本章统称为矿压。第一节金属矿的采场矿压金属矿回采过程中，矿压活动与采矿方法密切相关。采用房柱采矿法时，一般表现为顶柱、间柱塌落，进而导致上盘岩石崩落，造成大规

2、模矿压活动；崩落采矿法主要表现在出矿水平巷道（耙巷、近路）的破坏。一、开采水平矿床时顶板中应力分布的弹性力学解开采具有稳定围岩及矿石的水平或倾斜矿体时，根据矿体厚度及规模，广泛采用全面法、房柱法。此时，通过限制回采空间暴露面积来维护回采空间的稳定性，凭借岩体自身强度支撑采场空间结构，并根据岩体、结构的具体情况，可配合锚杆、金属网、锚索等辅助支护，提高顶板围岩稳定性。通过合理确定采场的结构参数，使顶板中不出现拉应力，或使出现的拉应力低于顶板岩体的抗拉强度。同时，亦应使顶板与矿柱衔接处压应力、剪应力低于其抗压、抗剪强度。顶板中

3、出现拉应力与跨度及高度关系表示于表11－1。表11－1矩形采场顶板中拉应力集中系数Kt1/41/21481200.20.30.40.50.6二、倾斜、急倾斜矿体开采的矿压活动图11-1是有限元计算得出的倾斜矿床围岩及矿柱中的应力分布，从图中看出：（1）在回采空间（矿房）下盘上角和上盘下角发生应力集中；（2）在阶段矿柱中，应力集中发生在上盘存在拉应力区（图11－2a），阶段高度适中上盘的拉应力区消失；（3）距回采空间附近上、下盘围岩中应力低，为应力降低区；阶段矿柱附近为应力升高区（支承压力区）。在目前广泛采用的阶段高度条件下

4、（40m~60m），分布于回采空间周围岩体中应力值远低于构成上、下盘岩石强度，因此应是稳定的，但从湘赣地区和辽宁地区矿山所发生的矿压活动看出，采空区周围岩体破坏，主要属于构造控制破坏类型。我国金属矿山当前在有利于采用房式采矿法的围岩条件下，所出现的矿压活动几乎都归因于采空区周围岩体受构造控制破坏。图11-1倾斜矿床的围岩及矿柱中的应力分布图11-2已采空间上盘拉应力区与阶段高度关系(a)阶段高度大时，上、下盘应力分布图（虚线范围内为拉应力区）(b)阶段高度小时，上下盘应力分布图三、崩落采矿法的矿压活动由于崩落采矿法矿石随回

5、采放出，上覆岩层崩落补充原矿石所占据的位置充满采空区，因此崩落采矿法矿压活动有其自身特点。（一）有底柱崩落采矿法底柱出矿巷道所承受压力有底柱崩落采矿法的矿石是通过底柱放矿巷道放出。在回采过程中，往往由于底柱承压过大，耙道遭到破坏而影响回采工作正常进行。所以这种采矿方法的矿压控制主要表现在维持底柱出矿巷道（耙道）的稳定性上。在回采期间，回采工作不同阶段底柱所承受压力是不同的，一般可分为三个阶段：第一阶段：采场进行切割拉底后（未进行崩矿），此时电耙巷道上部是实体。虽然此时也有压力作用于下部，但因未采动矿石本身对周围岩体有一定的

6、承载能力，故此时底部所承受压力比较小；第二阶段：采场崩矿之后，受矿巷道上部堆积着崩下的松散矿石，它对围岩的承载能力甚微。因此，此时底柱不仅要承受崩下矿石自重造成的压力，还要承受上覆崩落岩石传递给底柱的压力，比第一阶段承受压力明显增大。第三阶段：随放矿进行，作用在底柱上的压力降低。这是因为随放矿进行，漏斗上部矿石发生二次松散，在每个放矿漏斗上部形成一个椭球状松动空间。处于松动椭球体内部矿石不再承受上部传递下来的荷载，于其上部形成免压拱。拱上部松散矿石荷载被传递给附近漏斗上部矿石，从而在放矿过程中，处于放矿的漏斗中心压力降低，

7、出现降压带。降压带发生在松散椭球体范围内，距放矿漏斗轴线越近，压力值降低越大。（二）无底柱分段崩落法进路周围岩体中应力分布无底柱分段崩落法较有底柱崩落法结构简单，整个回采过程—凿岩、崩矿、出矿都在同一条回采巷道（进路）中完成。为了维护回采巷道（进路）的稳定性必须了解进路周围岩体中应力分布，以及回采顺序对它的影响，以便采取相应维护措施。从图11-3看出，在进路两侧矿柱中形成应力升高区，而在巷道顶板上方形成应力降低区。图11-3进路周围岩体中应力分布图第二节边坡稳定分析与控制一、露天矿边坡工程特点露天矿边坡是开采矿石后遗留下来

8、的开采边界，从经济开采角度讲，露天矿边坡的角度越大（越陡）开采效益越好，可以少剥离岩石，降低开采成本。但过大的边坡角必然导致边坡滑坡等破坏的风险增大。见图11-4所示，露天矿边坡是指由露天采场四周的台阶等构成的倾向采场的岩体。露天矿边坡分为工作帮边坡和非工作帮边坡。工作帮边坡是指正在进行采矿或剥岩作业的