深井矿山地压活动调查与分析研究

某矿山已进入深井开采的范畴，为了更好地了解掌握该矿山的地压规律，做好安全防范措施，以井筒保安矿柱及其周边区域为重点进行了地压现象统计分析，调查地点涉及到−270，−320，−370，−420，−470，−520，−570 m 等浅部区域的各中(分)段水平，以及−870，−970 m 等深部区域的各中段水平。针对研究范围内的采场、巷道等工程所发生的变形、垮落和破坏情况进行了调查统计，并对各种低压现象进行了初步原因分析，各种地压现象分述如下。

(1)T-270 中段，18B 线穿脉口附近。现场情况：巷道顶板冒落，两帮塌落严重，并且冒落长度约 2 m，底鼓长度大于 10 m。初步原因分析：处于破碎带，岩石破碎，帮底矽卡岩遇水膨胀鼓起，采矿扰动，应力集中，综合作用导致。

(2)T-270 中段，6 线~8 线下盘运输巷。现场情况：巷道顶板下沉，两帮收敛严重，巷道净空面积大幅缩小，轻微底鼓，巷道断面缩小至 1.8 m×1.7m。初步原因分析：地压作用造成。

(3)T-314 水平，II023 采老铲运机联道。现场情况：巷道围岩为矽卡岩，顶板垮落，两帮塌落，钢丝网撕裂，出现大面积垮塌。初步原因分析：矽卡岩岩性差，f 系数较小，加上地压作用等各方面因素综合作用造成巷道破坏。

(4)T-320 中段，18B 线穿脉，T-314~T320 漏斗口。现场情况：该处围岩岩性为矽卡岩，巷道侧帮轻微垮落，垮落范围约为 1 m。初步原因分析：矽卡岩岩性差，高风化，较破碎，易发生垮落，以及地压综合作用造成。

(5)T-320 中段，下盘运输巷 4 线~6 线附近。现场情况：顶板冒落，两帮垮落，巷道变形大，两帮混凝土支护结构发生较大位移，最大位移处达到60 cm，拱顶钢架受挤压变形，巷道锚杆暴露，甚至脱落，完全失去支护效果，沿线约 60 m 巷道发生类似垮落。初步原因分析：下盘运输巷围岩为矽卡岩，矽卡岩高风化，强度低，极易垮落，另外此处地压作用大，致使两帮挡土墙发生大位移变形。

(6)T-320 中段，2A 线至 1 线。现场情况：围岩为矽化闪长岩，出现较大范围的坍塌，钢丝网脱落，沿线有多处塌落，垮落总长度约 70 m，其中坍塌比较严重的地方长度约 7 m。初步原因分析：巷道两帮底部喷浆支护不到位，地下水掏造成支护结构与巷道壁分离，从而垮塌。

(7)T-410 中段，下盘铲运机联络巷，14B 线附近。现场情况：围岩为矽卡岩，巷道顶板冒落，整张钢丝网塌落，塌落范围约 10 m。初步原因分析：开挖扰动，并且巷道围岩 f 系数较小。

(8)T-470 中段，上盘回风巷 10 线至 14A 线。现场情况：围岩为矽卡岩，巷道顶板冒落，两帮收敛变形大，支护结构发生较大位移破坏，长度约 80m。初步原因分析：巷道长期未进行维护，岩体结构比较破碎，结构面较发育，离矿体距离较近，受采矿扰动影响很大，地压作用大，综合作用导致。

(9)T-510 中段，12 线至 14 线下盘运输巷附近。现场情况：该段岩石属于矽化的岩浆岩，出现多处钢丝网撕裂现象，在局部小范围内零星分布。初步原因分析：由于爆破震动和支护时间过长综合作用造成。

(10)T-570 中段，16 线上盘附近。现场情况：出现局部小规模巷道片帮坍塌，坍塌长度约 3 m，素喷混凝土部分脱落，塌落岩石呈破碎粉状。初步原因分析：此地段岩浆岩侵入矿体，形成夹石;岩浆岩矽化、高岭土化，造成岩石整体性变差，强度减弱。这两方面的原因综合作用导致素喷混凝土支护失效，并发生一定程度的垮落破坏。

(11)T-870 中段副井车场，离副井 30 m 附近。现场情况：巷道围岩为矽卡岩，顶板垮落最大处高度约 7 m，巷道破坏长度约 8 m，目前采用锚杆挂网的方式进行支护，巷道掘进过程中有岩爆发生停工 2 星期后进行下一步施工。初步原因分析：该处已属于深部开采，地压偏大，极易出现岩爆现象。

(12)T-870 中段，下盘运输巷控制点 GISK23点附近。现场情况：该处围岩岩性为石英二长闪长玢岩，巷道顶板冒落，两帮垮塌严重，目前采用挂网加锚杆的方式进行支护,锚杆端部完全与岩石面分离，基本失去锚固作用，破坏范围约 6 m。初步原因分析：围岩稳定性差，易垮落，及地压原因综合作用造成。

(13)T-870 中段，下盘运输巷控制点 GISK17点附近。现场情况：该处围岩岩性为石英二长闪长玢岩，巷道顶板冒落，两帮垮塌严重，目前采用挂网加锚杆的方式进行支护，垮落长度约 5 m。初步原因分析：围岩稳定性差，易垮落，以及地压原因。

(14)J-970 中段。现场情况：J-970 中段东西走向的主运输巷在掘进过程中，每隔 100~200 m 的距离出现一次岩爆，然而与主巷相连的南北向巷道在掘进过程中，频繁出现岩爆现象。处理办法为，约停工一星期，任其地压释放，待应力重新分布达到平衡之后再进行后续施工;该处巷道现已采用素喷支护。初步原因分析：深部开采，地压大，离主井越近地压越大。

(15)J-970 中段，26 线穿脉附近。现场情况：顶板垮落，钢丝网脱落，巷道顶板破坏长度约 2 m。初步原因分析：巷道围岩 f 系数小，岩石较破碎

(16)J-970 中段，28 线主回风巷。现场情况：顶板冒落，两帮垮落，目前采取钢丝网加锚杆的方式对顶板进行支护，两帮未支护，破坏长度约 20 m。初步原因分析：结构面发育，岩石非常破碎。

2 地压活动规律及原因分析

2.1 地压活动规律分析

该矿山井下地压显现规律分析如下：

(1)浅部区域的地压活动主要受地质因素以及工程因素的影响，而深部区域除此之外，主要受采深的影响最大;

(2)巷道离采场越近，越容易受到开挖扰动的影响，从而造成巷道围岩顶板垮落，片帮塌落严重;

(3)随着该矿山开采深度的日益增加，地压活动现象越来越明显，并且深部区域明显比浅部区域地压活动更为频繁，例如：J-970 中段在掘进过程中，岩爆现象频繁发生。

2.2 地压活动原因分析

2.2.1 −570 m 以上浅部区域总体原因分析

(1)地质因素。影响地压活动的最关键性因素是地质构造，其中岩性和构造又是首当其冲。大型的连续性结构弱面，比如断层、破碎带等，其对地压的影响主要体现在以下两点，一是控制区域内大范围破坏作用，成为岩层移动或滑动的界面;二是对其发展起促进作用。另一个是风化作用的影响，例如，矽卡岩为中高风化岩石，其巷道地压活动较为突出。

(2)工程质量。巷道掘进开挖时，超挖、欠挖严重，造成巷道断面参差不齐，围岩暴露面积增加，地应力集中，更容易诱发地压活动，造成巷道破坏垮塌。巷道掘进后，支护不及时，支护形式不当，以及支护不到位而导致巷道继续破坏。

(3)采矿扰动。巷道离采场越近，越容易受到开挖扰动的影响，从而造成巷道围岩顶板垮落，片帮塌落严重。2.2.2 −570 m 以下深部区域总体原因分析−570 m 以下深部区域地压活动的原因除了包含浅部区域地压活动的几点原因之外，还包含深部构造应力的原因。随着该矿山逐渐步入深井开采的范畴，除重应力场外，构造应力已成为采区地压现象的主导。当采掘深度达到 500 m 以上时，构造应力日趋明显，且日发复杂，地压显现形式多样化。随着采掘深度的持续增加，采场应力集中与位移、地质构造面的受力情况以及不稳定岩体的滑移方式随之加剧。开挖后，应力重分布，局部弱面极易发生应力集中而发生小范围的垮塌冒落，矿岩整体性好、强度高的区域，会因应力集中而使得岩体内集聚高能量，从而发生岩爆，特别是深部开采时，岩爆较严重。

3 结论与建议

(1)改进井巷支护形式。根据巷道围岩特点选择合理支护方式，对于局部不合理支护形式进行改进，持续优化支护方式。及时对新掘进的井巷工程进行支护，减少巷道围岩暴露时间，定期对已支护工程进行日常的维护，保证其安全运行，选用柔性支护形式对巷道进行支护，抵抗不断升高的压力变化。

(2)及时处理局部的地压活动。该深井矿山的局部地压活动是由于构造带、开采欠合理和采空区未及时处理等原因造成的。应采用及时支护及加固的办法来处理构造应力带来的地压问题，比如巷道掘进开挖时穿过构造带，可采用浇筑混凝土进行支护。

(3)合理选择巷道位置。上下盘围岩均有矽卡岩，其岩性较差，若在矽卡岩中开挖工程，支护量大，费用高，工程安全稳定性难以得到保证，所以上下盘沿脉巷道应尽量避免开挖在矽卡岩中，可适当地布置在远离矿体的岩石中。

(4)建立地压监测系统。进行地压监测是了解地压活动规律最有效可行的途径。建立合理、可靠的地压监测系统，是及时掌握地压活动变化规律的重要手段，也是及时应对地压现象，防止地压灾害事故发生的可靠工具。该深井矿山鸡冠咀 J-970中段在开挖掘进的过程中频繁发生岩爆，说明矿区深部开采范围内原岩应力较高，有发生岩爆地质灾害的危险，建议矿山及早建立地压监测系统。