地质条件对矿山压力的影响及其控制方法.pdf
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1、第 4 期地质条件对矿山压力的影响及其控制方法郭猛,陈刚(黑龙江科技大学(矿业工程学院),黑龙江 哈尔滨150022)冶 金 与 材 料Metallurgy and materials第 44 卷 第 4 期2024 年 4 月Vol.44 No.4Apr.2024摘要:随着现代矿山开采规模不断扩大和复杂化,矿山压力管理成为影响矿山安全与生产的关键问题。地质条件对围岩稳定性和矿山压力的影响备受瞩目,如何有效应对和控制地质条件带来的挑战成为当前矿山工程领域所面临的重要任务。优化矿山布局、加强巷道预支护、合理设计支护措施等成为控制地质条件影响的重要手段。未来研究将进一步深化多尺度多场耦合研究、智能
2、化监测与预警系统及绿色环保压力管理等方面,为提高矿山压力管理水平、推动矿山行业可持续发展提供更科学的理论支撑和实践指导。关键词:地质条件;矿山压力影响;控制方法;稳定性;可持续发展作者简介:郭猛(1996),男,贵州印江土家族苗族自治县人,主要研究方向:矿山压力与岩层控制。矿山是勘探资源、促进经济发展的重要领域,然而地质条件对矿山压力的影响往往导致安全隐患。如何有效控制地质条件对矿山的影响,提高开采效率和安全性成为当前矿山工程领域的重点任务。优化矿山布局、加强巷道预支护、合理设计支护措施等方法被广泛应用于矿山开采中。未来研究方向应更加多元化,包括智能监测系统、绿色环保技术等,以推动矿山产业迈向
3、更加安全、高效、可持续的发展道路。1矿山压力概述及意义1.1矿山压力概述矿山压力是指在矿山开采、挖掘或爆破过程中,由于岩石应力的重新分布导致的围岩变形和产生的内力。主要表现为围岩的收缩、变形、破裂以及矿体的下沉、顶板的垮落等现象。矿山压力是矿山开采中一个重要的工程问题,对矿山的安全生产、经济效益和环境保护都有着深远的影响。在矿山开采过程中,由于岩石质量、地应力、断裂带、地下水等因素的变化,围绕矿井的岩体会发生不可避免的变形和重新分配应力的过程,从而形成矿山压力。这种压力会对矿井支护结构、巷道稳定性、矿石回收率以及矿山环境等方面产生重要影响。矿山压力可以通过多种指标来描述,如压力密度、压力强度、
4、压力变形等。通常情况下,矿山压力随着开采深度的增加而增大,对矿山的稳定性和支护措施提出更高的要求。另外,矿山压力还与地质条件、岩石性质、开采方法等因素密切相关咱1暂。1.2矿山压力的重要性和意义矿山压力对于矿山的安全生产、经济效益和环境保护都起着至关重要的作用。首先,矿山压力容易引起支护结构的损坏、巷道的塌方以及孔洞顶板的垮塌等问题,给矿工的生命安全带来严重的威胁。通过对矿山压力进行准确地控制,可以降低事故的发生概率,保护矿工的人身安全。同时,合理控制矿山压力有助于提高矿石的回收率和矿山的经济效益。其次,过高的矿山压力会导致矿石的片帮率增加,影响回收率。通过合理的压力控制和支护设计,可以减少矿
5、石的溢漏损失,提高开采效益。此外,矿山压力的控制还能够减少环境污染和资源浪费。再次,矿山压力极易导致矿石的坍塌和漏失,进而造成浪费和环境污染。通过合理控制矿山压力,可以减少矿石的浪费,降低对周边环境的破坏,实现矿山开采与环境保护的平衡。最后,了解和掌握矿山压力变化的规律,对预防和应对自然灾害具有重要作用。地震活动和地下水位变化等自然因素会对矿山压力产生影响,因此,研究矿山压力变化与自然灾害之间的关系,可以为灾害的预警和防范提供科学依据,减少灾害对矿山和周边地区的危害咱2暂。2地质条件对矿山压力的影响2.1岩层结构对压力分布的影响地质条件是影响矿山压力的重要因素之一,其中岩层结构对矿山压力的分布
6、和变化起着至关重要的作用。岩层结构指不同岩层之间的分布、接触关系、厚度、岩性等特征,这些差异会直接影响围岩的稳定性、预应力状态和变形变化规律,进而影响矿山压力的产生和分布。岩层结构的不均匀性和变化性会影响矿山压力的分布。在矿山中存在不同类型的岩层,如硬软交替的岩石层、断裂带、褶皱等,这些不同性质岩层之间的相互作用会导致矿山压力的不均匀分布。例如,当硬岩和软岩夹杂分布时,在采空区域内由于硬软岩的抵抗差异,容易出现局部应力集中现象,增加了围岩破坏和塌方的风险。岩层结构的倾角和走向会影响矿山压力的传递路径。在地质构造的作用下,不同倾角和走向的岩169冶金与材料第 44 卷层相互叠加,会改变围岩受力状
7、态,使得矿山压力沿特定方向传播并积累。例如,在倾斜的地层中,由于重力和倾斜作用,压力会更容易向下移动并集中,增加矿山深部的承压程度,从而引发支护结构破坏和巷道失稳。此外,岩层结构还会影响围岩的变形和破裂特征,进而影响矿山压力的演化过程。不同岩层的强度、变形模量和收缩性质不同,围岩在受到压力作用时会表现出不同的应力应变关系,可能出现弯曲、折断或剪切等变形现象。这些变形行为会影响围岩的内部应力分布和形变规律,在一定程度上决定了矿山压力的大小和分布形式咱3暂。2.2断裂带对压力集中的影响断裂带是地质中常见的一种构造形态,对矿山压力的影响具有重要性。断裂带可能会在矿山压力传递过程中引起压力的集中和局部
8、扰动,进而影响矿山围岩稳定性和支护结构的安全性。断裂带本身的几何形态和物理性质会对矿山压力产生影响。断裂带通常是在地质过程中形成的裂隙带状结构,由于断裂带内部的裂隙、岩体破碎和应力特征不同,使得断裂带成为矿山压力传递中的特殊通道。一旦矿山压力传递到断裂带,会因为裂隙集中、裂缝扩展等特点而造成压力的聚集和非均匀分布,增加了岩体的变形和破坏风险。断裂带的发育演化过程也会对压力的传递和分布产生影响。随着矿山开采的深入,断裂带的活化和变形可能会加剧,导致矿山压力信号被断裂带传播和放大,从而影响周围围岩的稳定性。当断裂带受到应力作用时,可能发生位移滑动、胶结破裂等现象,进一步增加了矿山围岩的不稳定性。2
9、.3地下水对围岩稳定性的影响地下水是矿山开采中普遍存在的一种重要因素,对围岩稳定性和矿山压力有着显著的影响。地下水与岩石之间的相互作用会导致岩石的物理性质和力学特性发生变化,进而影响围岩的稳定性和矿山压力的产生。地下水的存在会改变岩石的饱和度和孔隙水压力,进而影响围岩的强度和刚度。当地下水对围岩进行渗流时,孔隙水的入侵会降低岩石的内部摩擦角、粘聚力和抗剪强度,使岩石表面颗粒之间的结合变弱。此外,孔隙水所产生的渗流压力和孔隙水与矿石颗粒之间的有效应力也会对矿山压力的分布和演变产生影响。地下水的渗流还会引起围岩的膨胀和收缩现象,进而影响矿山压力的产生和传递。当围岩中含有可吸水性较强的岩石,地下水的
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