基于条带开采技术的矿山开采稳定性控制方法

引言

随着矿山开采规模的不断扩大与开采深度的持续增加，矿山开采稳定性问题日益突出，成为制约矿业可持续发展的关键因素。传统开采方式引发的采空区塌陷、巷道变形、顶板垮落等事故频发，不仅威胁矿工生命安全，还造成巨大的经济损失与生态破坏。

一、条带开采技术原理与特点

1.1 条带开采技术概述

条带开采技术是一种将开采区域划分为采出条带与保留条带的特殊开采方法。在开采过程中，通过保留部分条带作为支撑体，利用其承载能力维持上覆岩层的稳定，从而有效控制围岩运动和地表沉陷。这种技术特别适用于对地表变形要求严格的区域，如地面存在重要建筑物、交通设施或生态保护区的矿山。

1.2 条带开采技术的力学原理

在条带开采过程中，上覆岩层移动遵循特定规律。随着采出条带的形成，上覆岩层逐渐失去支撑，开始产生弯曲、下沉和断裂。其运动过程可分为冒落带、裂隙带和弯曲下沉带三个部分，关键层的存在对岩层移动起到控制作用，决定着上覆岩层的整体移动形态。而条带煤柱的承载机理则与煤柱自身的强度、尺寸密切相关。煤柱在应力作用下，其内部应力分布呈现复杂状态，当煤柱尺寸过小时，会因强度不足导致失稳。

1.3 条带开采技术的特点

条带开采技术优势显著，在控制地表沉陷方面，通过合理设计采留条带尺寸，可将地表下沉量控制在极小范围，极大减少对地面环境的破坏。在生态保护上，能有效避免大规模开采引发的水土流失与植被破坏。资源回收方面，相较于全采全垮法，其对资源的回收利用更为合理。但该技术也存在局限性，由于需保留部分条带，开采效率相对较低，且开采成本因支护与参数优化等环节而增加。条带参数的精准确定依赖复杂的地质分析与力学计算，参数设计不当易引发煤柱失稳等问题，这些都制约着条带开采技术的广泛应用。

二、影响矿山开采稳定性的因素分析

2.1 地质因素

地质方面对煤矿生产有着最基础的影响，矿层赋存情况直接反映矿层开釆难度和开采稳定程度，矿体厚度较大则会加大采空区长度，上覆岩层压力加大，容易造成顶板垮落，倾角较陡会改变岩层的应力传递方向，两侧帮容易受力不均匀，产生片帮；岩石力学性质也直接影响开釆稳定程度，顶底板岩石抗压强度、弹性模量大小与顶板承载能力息息相关，若顶底板岩石力学性质较为软弱，则在受到采动影响的过程中容易出现破碎变形情况，例如泥质岩顶板容易出现软化，砂岩顶板的裂隙容易进一步延伸，会对矿井生产带来不利影响；而地层构造又是影响矿层安全生产的因素，如果断层会截断岩层，使得岩层断裂、岩层应力集中，断层附近的岩层破碎，容易产生垮塌事故。

2.2 开采因素

爆破参数、采煤工作方式等和采煤的相关参数的设定对矿产稳定的影响也很大，其在开采的过程中，如果条带参数的设定不合理，则严重影响其支撑性，采出条带的宽度太大或者所留下来的条带宽度太窄，均会导致煤柱的应力超出了其极限，发生煤柱稳定性不好的现象，产生较大的大面积垮落。采煤工作的方式不同对于围岩应力的重分布也各不相同，其采用的前进工作法会随着工作面往前挖，逐渐向未开采处不断推移，应力重分布在逐渐向深部转移。后退工作法会在采空区的后面形成一个卸压区，如果采煤工作的开采顺序不够明确，会对采空区进行叠加，很容易出现造成失稳现象。采煤工艺的选择和执行也会对稳定性造成一定的影响。

2.3 其他因素

矿山稳定性受地下水与时间的双重影响，地下水长期作用于岩体，使岩体强度降低，抗变形能力下降，石灰岩遇水则溶，岩体整体性被破坏；由于矿山的开采，采空区随着时间的推移，围岩长期受采动影响，不断变化调整，使岩体裂隙发育，岩体逐渐损坏，其强度与稳定性都会随时间而下降。长期露空的采空区，其顶板可能在长时间的蠕变下突然垮落，开采越深的地应力越高，其稳定性就越差，各种因素综合作用对矿山开采稳定性不利。

三、基于条带开采技术的矿山开采稳定性控制方法

3.1 条带参数优化设计

需要对条带参数进行精确的设计，来确保矿山的稳定性。一般情况下都是利用理论计算方式来对煤柱应力及强度进行分析，得出应该采取的合理条带宽度及保留条带宽度。为了更好地确定优化设计方案，可以将各种不同的参数组合进行对比分析，寻找最优组合的设计方案，从而保证煤柱的稳定性以及充分提高资源的回收利用率。另外现场监测结果的反馈调整也是必须要进行的重要内容，主要是在进行采场布置时，在采场内设置相应的应力传感器以及位移监测仪，根据对其进行监测分析，从而掌握煤柱的应力以及围岩变形情况。当发现实际值与计算值之间存在差异后，要及时调整条带参数。

3.2 采场支护技术

采场支护技术是维护开采空间稳定的关键手段。传统支护方法如木材支护、金属支架支护，虽成本较低但支护强度有限，适用于地质条件较好、开采规模较小的区域。新型支护技术则展现出更强的适应性，锚杆锚索支护通过将锚杆、锚索深入稳定岩层，利用锚固力将不稳定岩体与稳定岩体连接，形成整体承载结构，有效控制顶板下沉与侧帮片帮。

3.3 地压监测与预警系统

地压监测与预警系统为矿山安全生产提供实时保障。监测参数涵盖采场应力、位移、围岩松动圈等关键指标，通过应力计、位移计、声波探测仪等设备进行数据采集。应力计可实时监测煤柱及围岩应力变化，位移计用于追踪顶板下沉与巷道变形情况，声波探测仪则能检测围岩松动范围。基于这些数据，建立科学的预警指标体系，根据不同地质条件与开采阶段，设定应力超限、位移突变等预警阈值。一旦监测数据触发阈值，系统立即发出声光报警，并通过短信、网络等方式通知相关人员。

3.4 采空区处理技术

采空区处理技术是消除潜在安全隐患的重要措施。充填法通过将矸石、膏体等材料充入采空区，有效支撑上覆岩层，减少地表沉陷。其中，矸石充填成本较低，适用于矸石产量大的矿山。膏体充填则具有流动性好、密实度高的特点，能更好地控制顶板变形。崩落法通过有计划地崩落围岩，使其自然填充采空区，释放采空区周边应力，降低大面积垮落风险，但需注意控制崩落范围，避免对周边环境造成破坏。

结语

在条带开采技术应用中，稳定性控制是保障矿山安全与可持续发展的核心。本文通过对条带参数优化、支护技术革新、地压监测预警及采空区处理等方法的研究，构建了系统的稳定性控制体系。这些方法可有效提升矿山安全性与资源利用率。进一步结合智能化技术深化研究，为矿山开采稳定性控制提供更科学、高效的解决方案。

参考文献

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