第３４卷第５期 ２０１２年１０月 甘肃冶金 Ｖｏ１．３４ Ｎｏ．５ Ｏｃｔ．，２０１２ ＣＡＮＳＵ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＹ 文章编号：１６７２－４４６１（２０１２）０５－００９２－０２ 矿山地压监测与防治 王志远 （西北矿冶研究院，甘肃白银７３０９００） 摘要：本文论述了矿山地压监测与防治研究的现状，介绍了常用的一些监测评价方法，总结了地压的主要防治原 则和方法，提出了自己在实践中的见解。 关键词：地压；预测；防治 中图分类号： 文献标识码：Ｂ Ｍｏｎｉｔｏｒ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｇｒｏｕｎｄ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｉｎ Ｍｉｉｎｇ ｎＷＡＮＧ Ｚｈｉ．ｙｕａｎ （Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍｉｎｅｒａｌ ａｎｄ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ。Ｂａｉｙｉｎ ７３０９００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｓｔａｔｕｓ ｉｎ ｔｈｅ ｍｏｎｉｔｏｒ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｇｒｏｕｎｄ ｐｒｅｓｅｕｒｅ ｉｎ ｍｉｎｉｎｇ ｂｏｔｈ ｉｎ ｄｏｍｅｓｔｉｃ ａｎｄ ａｂｒｏａｄ，ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｃｏｍｍｏｎｌｙ ｕｓｅｄ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｍｏｎｉｔｏｒ ａｎｄ ｅｖａｌｕａｔｅ，ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｎｄ ｍｅｔｈ— ｄｓ ｏｆ ｏｇｒｏｕｎｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ｏｗｎ ｖｉｅｗｓ ｉｎ ｐｒａｃｔｉｃｅ． Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ：ｇｒｏｕｎｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ；ｍｏｎｉｔｏｒ；ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ １ 引言 地压是一个工程术语，源于地下工程承受的地 层压力，是一门应用性的边缘学科。岩体开挖后，破 引起地压的原因主要有近现代构造活动、岩石 自重、已形成构造引起的岩层应变。广义的可能还 要加上星球运动和星际引力，当然这也是引起近现 代构造运动的动力来源的一部分。岩体内地应力较 坏了原岩应力平衡状态，岩体中应力重新分布，使围 岩变形、移动和破坏的力，叫地压。在矿山建设过程 中首要的是安全稳定，否则会造成人员伤亡和财产 损失。当前随着矿山工程规模的不断扩大，矿山地 压活动的特征几乎涵盖了岩石工程活动中围岩体的 地压特征和表现，引起工程技术人员重视的是岩石 高，岩体内储存着很大的应变能，当该部分能量超过 了岩石自身的强度时就会表现为形变和破坏的失稳 现象。 目前，已有许多岩地压理论研究，其中主要的包 括强度理论、能量理论、冲击倾向理论、刚度理论和 失稳理论。我国岩石力学工作者还运用分叉理论、 耗散结构理论、混沌理论等研究了岩石变形的局部 化问题以及岩石力学系统的稳定性问题，推动了我 国地压及其岩石失稳理论的发展。谢和平用分形几 破裂过程和失稳现象。岩石在模拟自然条件下的变 性破坏过程见图１。 Ｉ口 停稠量职 峰值强虚 ／ 麓定酸 辍阶段 曩避性砬ｌ Ｅ 何学的方法研究地压活动的机制及其预测预报。唐 春安等研究开发出具有中国自主版权的岩石破裂过 蠡 。髫 量／／Ｊ 体 ／／ ・砖期 畦成、 破斑 嘞＼ ｌ蹙教褒阶 ～／ 、＼ ・Ｚ／Ｉ ｌ 残袅强 、 嘲疆豫｛９ｆ ｍ 罩 ：∞溶饕蔼唪 程分析ＲＦＰＡ数值计算工具，并开发了ＥＳＧ微震监 测系统，配置了可视化ＲＦＰＡ．Ｖｉｅｗ软件，为岩爆等 岩石破裂过程失稳研究提供了新的研究手段。近 期，在地压变形倾向预测方面杨莹春和诸静提出了 可拓评判法；Ｘ．Ｔ．Ｆｅｎｇ和Ｌ．Ｎ．Ｗａｎｇ提出了人工神 经网络方法；姜彤等提出了灰色系统最优归类模型 的应用；冯夏庭和赵洪波提出了岩爆分类的支持向 Ｏ 姓ｔ ＝７ 图１ 三轴压应力作用下岩石的变形破坏全过程 嚣 孵瓣 ｒｎ 第５期 王志远：矿山地压监测与防治 ９３ 量机方法；宫风强和李夕兵提出了距离判别分析 （ｄｉｓｔａｎｃｅ ｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ）方法的应用。这些方 法提供了新的思路和途径。 在监测方面，随着电子自动化技术的发展，具体 方法实现了安全高效的特点（图２）。 ２矿山地压预测、监测的方法 矿山地压活动的主要表现为冒顶、片帮、巷道变 ，鳓 ●－ｔＨ ｍｌ． 勇 “ －＿ 形（鼓底、鼓帮）、冲击地压（岩爆）。地压活动倾向 的预测可以为工程设计、岩石开挖、回采设计、矿柱 … （残矿）回收等提供依据，为采取合理的预防手段提 一供依据。 地压的研究主要集中于岩石应力场的测量研究 和岩石力学性质参数的测试研究。当前随着计算机 数值分析技术和三维空间模拟技术的进步，在传统 理论（古典自重理论、松散体理论、弹性体理论、弹 塑性体理论）基础上演变出许多方式方法，如三维 应力模拟、三维岩石形变模拟等。在此基础上岩体 构造应力也引起重视，环境变量（岩体性质、地下 ～ 譬 图２监测系统结构 地压监测是一个长期的资料搜集研究过程，考 虑矿山长、短期的监测布置，对开采区域实行重点监 测，以保障开采区域的安全，立足矿山的现有开采条 件；地压监测同时采用压力监测、位移监测、岩体声 水、地热等等）在地压活动中起到的作用也逐步被 纳人数据的统计分析中。 实际上冲击地压（岩爆）的预测预报也可引入 到一般地压活动的早期工程开始前对地压活动的预 测预报中，其研究中的无岩爆或弱岩爆阶段可视为 般地压活动。印度学者的研究成果在岩爆长期预 测方面基本可以代表目前的水平。南非学者的研究 一发射监ｉ见０等多种地压监测手段相结合，根据矿山的 地压规律、岩体类型及其物理力学性质等设定观测 网和点，选择合适的地压观测仪器的种类、规格型号 及其埋设方式。 ３ 矿山地压防治 矿山地压防治经历了以治为主到以防为主的思 维观念的转变，由被动向主动转变，实现了工程开始 前的测试、预测、制定方案到工程过程中的监测、方 成果在岩爆短期预报方面标志着当今的水平。长期 预报对工程设计阶段有指导意义。短期预测对工程 施工阶段有指导意义。岩爆至今仍是岩石力学世界 性难题之一，目前国内外还没有关于岩爆预测预报 公认的、成熟的理论和方法。我国一般岩爆按设计 和施工两阶段进行预测预报，早期主要研究煤矿冲 击地压，逐渐拓展到隧道开挖、地下大型硐室开挖领 域。准确预测的难度在于影响因素较多，每个影响 因素的测定比较复杂。目前运用的方法基本都是指 案完善，到工程结束后的跟踪监测，成果、效果评价 等一整套的完善体系。 矿山地压控制的理论方面目前比较全面的是新 奥法，新奥法是建立在岩体力学和岩体工程地质力 学的基础理论上的，新奥法不是巷道开挖或支护的 方法，而是巷道建设的思想原则，归纳总结起来有 ２２条，其核心思想是实现巷道作为支护体和围岩的 力学统一体，实现三维力学平衡。 矿山地压防治主要采取三方面的措施：（１）￣１Ｉ强 标指数法，即计算岩石的变形破坏指标指数进行预 测，不同的岩石应力条件下需要积累经验和数据进 行分析，理论结合实践总结出行之有效的预测手段。 目前较为经典的预测判别方法有１．Ｅ．Ｈｏｅｋ方法； ２．Ｔｕｒｃｈａｎｉｎｏｖ方法（Ｔ方法）；３．Ｋｉｄｙｂｉｎｓｋｉ方法等。 另外还有很多学者根据工作中遇到的情况总结 了许多行之有效的判别方法，如谷明成通过对秦岭 隧道的研究提出秦岭隧道判据方法，利用Ｒ 、ｗ 监ｉ见４。目前开发出比较多的仪器仪表可以对压力、 位移、岩层层间活动进行有效观测，并实现网络化传 输、自动记录、报警功能，降低了技术人员的劳动强 度和改善了工作环境。（２）ｉｎ强理论研究。加大投入 Ｋ 等系数综合判断；徐林生和王兰生根据二郎 山公路隧道施工中记录的２００多次岩爆资料，提出 、健全岩石测试数据的搜集整理和分析。（３）引起足够 重视，提前开展工作，建立健全管理制度。 在线路选择中应该尽量避开高地应力集中地 区。当难以避开高地应力集中地区时，要尽量使隧 道轴线与最大主应力方向平行布置，以减小应力集 （下转第１４１页） 了改进的０ｒｅ／Ｒ 判据法；还有我国学者如侯发亮、陶 振宇等根据不同的角度总结了各具特色的判别方 法，在实际工作中都取得了明显的效果。 第５期 张学良，等：铁矿浮选中硫酸添加控制技术 １４１ ＰＬＣ的模拟量模块中进行转换，转换成的数字量与 触摸屏中设定量进行比较。产生一个差值，这个差 硫 值通过ＰＩＤ调整，调整完后通过数模转换模块转换 酸 成模拟量输出到电动调节阀，进行流量调节。形成 储 罐 了一个完整的闭环控制系统。 路 ３ 铁矿浮选中硫酸添加控制技术的 应用 图２ 系统连接示意图 在选矿浮选工艺中，加药机是用来添加各种选 ４ 结语 矿药剂的设备。其性能的好坏直接影响选矿工艺指 标。浮选工艺中，药台一般在其它设备的高处，药剂 由于应用了ＰＩＤ调节技术，使得铁矿浮选中硫 的添加是从高位流到各添加处。采用了药剂自流方 酸添加控制的添加精度高，液体无跑冒滴漏，安全性 式，中间连接管路较长，且管路在高空布置，下面既 能好，无需硫酸低位槽，无需恒定液位，管路连接少。 有选矿设备也有作业人员作业。所以对其安全性要 因而得到了各个选矿企业的广泛应用。并且让整套 求很高。 系统的误差小于２％，为选矿企业节省了大量的成 利用ＰＩＤ控制调节技术添加硫酸，其具体的安 本开支，深受企业的青睐。 装流程为：硫酸储罐与电磁流量计接口处安装一球 在今后自动化设备的发展中，集成度高、生产工 阀，。为了检修方便及设备出故障时能及时关闭硫酸。 艺过程的闭环控制以及自动化水平的不断提升，必将 为了满足流量计测量须满管的要求，球阀后端的管 成为自动化设备的主要发展方向，而应用ＰＩＤ调节技 路向上弯曲成ｕ形状，这样便保证管路内的流量是 术在如今的企业生产过程中已经得到了广泛的认可， 满管。在Ｕ形管的上升处安装电磁流量计，流量计 成为生产过程中闭环控制的重要方式之一，相信在今 后端安装电动调节阀。调节阀出口直接连接硫酸输 后的发展过程中，其控制技术会不断的提升，也会有 送管路，这样所有的连接处均为密封连接，有效防止 越来越多的控制方式会被应用于现代化的企业中。 了硫酸外泄。保证了控制及输送的安全。所有管路 均用不锈钢３１６Ｌ材质，流量计及电动调节法用法兰 收稿日期：２０１２－０７－３０ 连接。具体连接示意图如图２所示。 作者简介：张学良（１９６６一），男，电气助理工程师。现从事自动化仪 器、仪表的研制工作。 （上接第９３页） 中系数。根据应力特征选择巷道或竖井等工程断面 性的矿山工程设计和选择有效支护处理方式，降低 形状，使断面有利于减少应力集中。 地压活动危害。 在施工过程防治措施主要有以下几方面：（１）改 善围岩物理力学性能。（２）改善围岩应力条件。（３）￣１３ 参考文献： 固围岩。对不同烈度的岩爆采用不同的加固处理措 ［１］刘佑荣，唐辉明．岩体力学［Ｍ］．武汉：中国地质大学 施。如喷浆、锚网、喷锚网、锚索、混凝土、钢筋混凝 出版社，１９９９． 土、回填再开挖等。 ［２］ 田允明．实用矿山地压【Ｍ］．长沙：中南工业大学出版 社，１９８７． ４ 结语 ［３］ 张镜剑，傅冰骏．岩爆及其判据和防治［Ｊ］．岩石力学 地层岩石压力普遍存在于地下硐室或坑道开挖 与工程学报，２００８．１０． ［４］徐林生，王兰生，李天斌．国内外岩爆研究现状综述 过程，发生和发展形式多种多样，且互相可以转化， ［Ｊ］．长江科学院院报，１９９９．４． 应当建立长期地压观测管理机制，不同地段、标高、 ［５］李迪，陈忠，邓彤．岩爆预测的距离判别模型及应 岩石坚持数据测试，结合岩石性质和环境地质条件 用［Ｊ］．中国矿山工程，２０１１．６． 进行预测预报。预测方法可以灵活运用，笔者认为 采用多数据指标分析、多方法监测对照更有利于进 收稿日期：２０１２－０５－２２ 行判断，防护方法应及时跟踪进行效果评价。 作者简介：王志远（１９７０－），男，河南长葛人，地质高级工程师，１９９４ 准确预测地压活动倾向，可以有效地进行针对 年毕业于中国地质大学地质系。主要从事矿产勘探开发工作。 瓣