江西贛州鎢礦山深部開采地壓活動分析及控制

鐘健民，張樹標(biāo)，葉光祥，苑 棟

（贛州有色冶金研究所，江西 贛州 341000）

由于國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展步伐不斷加快，對礦產(chǎn)資源的利用也越來越多。我國江西贛州素有“世界鎢都”、“稀土王國”之美譽(yù)，是重點(diǎn)有色金屬基地之一。然而，由于以往沒有采用科學(xué)的開采方法，已經(jīng)發(fā)生過多次大面積的地壓活動。如今，鎢礦的開采地逐漸由地面向下轉(zhuǎn)移，對鎢礦山逐漸進(jìn)行深部開采，發(fā)生地壓活動的可能性越來越大，這不僅關(guān)乎到人們的生產(chǎn)生活等諸多方面，對我國的國計(jì)民生也有著重要的影響。因此，對鎢礦山深部開采地壓活動進(jìn)行有效控制已經(jīng)成為鎢礦山開采過程中需要解決的重要問題。

1 江西贛州鎢礦山的基本情況

1.1 地質(zhì)情況

一般來說，地勢較為陡峭的山嶺地區(qū)較地勢平坦的地區(qū)更加容易出現(xiàn)鎢礦。江西鎢礦山的海拔較高，礦山的最高海拔通常在四百米到一千米之間，不同礦山的相對高差大概在二百米到六百米之間。而在鎢礦山形成的深部地區(qū)，斷層出現(xiàn)的較少，在上方則相對較多，且其發(fā)育良好。同時(shí)大多數(shù)斷層構(gòu)造均是隨著礦體的不斷延伸而逐漸收斂尖滅，而且多數(shù)鎢礦山深部地區(qū)的段巖體都會出現(xiàn)應(yīng)力增大的現(xiàn)象，從而使得微裂隙不斷增多。從水文方面來看，鎢礦山的水源通常是來自降雨而并非河流。因此，一般情況下，水文方面并不會對礦山的開采造成嚴(yán)重影響。但是，當(dāng)出現(xiàn)暴雨或者經(jīng)常性的雨水天氣時(shí)，由于過度開采而導(dǎo)致的地表陷落會使鎢礦山坑內(nèi)出現(xiàn)大量的積水，從而影響正常開采。

1.2 開采情況

我國江西鎢礦資源豐富，是重點(diǎn)有色金屬基地之一，因此在20世紀(jì)就已經(jīng)開始對其進(jìn)行了開采。在20世紀(jì)80年代，主要是由當(dāng)?shù)鼐用駥︽u礦進(jìn)行開采，然后再由開采公司將居民開采出的鎢礦進(jìn)行回收?，F(xiàn)如今，由于礦產(chǎn)資源的不斷消耗以及需求量的增加，對鎢礦的開采深度不斷加大，多數(shù)礦山需要進(jìn)行深部開采。對江西鎢礦山的開采主要有單采和合采兩種方式。單采通常采用普通留礦法和變異留礦法，在遇到緩傾礦體時(shí)，一般也會采用全面法；而在合采時(shí)，主要使用崩落法和分段空場法。

2 江西贛州鎢礦山深部開采地壓活動分析

地壓是指，在巖體挖開之后，由于有用礦物被采出，采空區(qū)周圍原有巖應(yīng)力的自然平衡狀態(tài)遭到破壞，巖體中應(yīng)力重新分布，使圍巖變形、移動和破壞。從引發(fā)地壓的主導(dǎo)因素來看，地壓活動可以從以下五方面進(jìn)行分析。

2.1 脈帶局部構(gòu)造發(fā)育引發(fā)的地壓

通常情況下，造成地壓活動的主要因素之一是巖體的地質(zhì)構(gòu)造，尤其是斷裂與層間弱面構(gòu)造。這是由于斷裂構(gòu)造會使巖應(yīng)力發(fā)生轉(zhuǎn)移，從而使得局部的巖體應(yīng)力集中，同時(shí)其本身切割巖體，巖體不再完整，進(jìn)而使巖體的承載能力下降。對以往的地壓活動進(jìn)行分析可知，地壓活動最容易發(fā)生在斷層發(fā)育地帶。另外，斷裂構(gòu)造在使減弱巖體強(qiáng)度的同時(shí)，還能使巖體沿著這些弱面形成分區(qū)，分塊滑移和錯(cuò)動。這種由于局部構(gòu)造發(fā)育而形成的地壓活動，很可能引發(fā)大范圍的地壓活動。

2.2 區(qū)域性構(gòu)造帶引發(fā)的地壓活動

鎢礦床圍巖中含有砂巖、板巖、千層巖等。其中，砂巖巖層主要是鑲嵌結(jié)構(gòu)，巖層層面相互之間緊密結(jié)合，膠結(jié)致密。而板巖、千枚巖通一般是以夾層的形式產(chǎn)于砂巖中，相較于砂巖，更容易被水侵蝕和風(fēng)化，同時(shí)，通常會在區(qū)域地質(zhì)活動等因素的影響下發(fā)展成區(qū)域性大構(gòu)造，并容易在礦床內(nèi)形成大而多斷裂，從而將礦區(qū)切割分成幾塊，使礦巖不再完整。區(qū)域性構(gòu)造會使巖體發(fā)生巖移，從而產(chǎn)生具有區(qū)域性、突發(fā)性的地壓活動。

2.3 民采及采空區(qū)引發(fā)的地壓活動

江西贛州鎢礦山在開采之初主要是民采，由于當(dāng)時(shí)水平以及設(shè)備的限制，開采范圍大多集中在距地表200m以內(nèi)，且以坑道式采礦為主。從而使上部空區(qū)缺乏規(guī)律性，且使圍巖和植被也遭到了嚴(yán)重破壞，進(jìn)而使地表水容易下滲，坑內(nèi)涌水增加，極大地增加了地壓活動的可能性。而近地表圍巖的破壞會在底部形成應(yīng)力集中，若不能及時(shí)妥當(dāng)?shù)奶幚?，在下部有采空區(qū)時(shí)，則極有可能引發(fā)區(qū)域性的地壓活動。除此之外，在采空區(qū)形成過程中，巖應(yīng)力會重新進(jìn)行分布，圍巖容易發(fā)生變形、移動和破壞，從而發(fā)生規(guī)模性巖移地壓活動。

2.4 地下水、大爆破等因素引發(fā)的地壓活動

對以前的地壓活動進(jìn)行分析可知，礦區(qū)地壓活動與水有著密切的關(guān)聯(lián)。隨著鎢礦開采地的下移，其主要生產(chǎn)作業(yè)區(qū)逐漸下降到了區(qū)內(nèi)侵蝕基準(zhǔn)面以下，再加上礦區(qū)地表的陷落，坑內(nèi)的涌水越來越多。而地下水會降低巖體的抗載能力、巖層間的摩擦阻力以及支護(hù)物體的強(qiáng)度，同時(shí)沖刷巖層間的巖質(zhì)物和碎石，從而使巖體發(fā)生坍塌和巖移。除了地下水之外，爆破也會引發(fā)地壓。爆破時(shí)會產(chǎn)生地震效應(yīng)，使巖體遭到破壞，巖應(yīng)力更加集中，同時(shí)還會促使應(yīng)力集中部位和不穩(wěn)巖體的區(qū)域發(fā)生巖移，從而引發(fā)地壓活動。

2.5 缺乏合理開采引發(fā)的地壓活動

在對礦山的開采過程中，如果沒有進(jìn)行合理有序的開采，那么就會使巖應(yīng)力更加集中，從而更加容易引發(fā)地壓活動。對于江西贛州鎢礦來說，其沒有進(jìn)行合理開采主要體現(xiàn)在以下幾方面：一是在開采初期主要進(jìn)行民采；二是在20世紀(jì)90年代，鎢產(chǎn)品市場低迷，人們開始采富丟貧；三是在后期的開采過程中，其在設(shè)計(jì)施工等生產(chǎn)管理方面不夠合理。除此之外，鎢礦床都是脈狀礦體，分支復(fù)合現(xiàn)象比較頻繁，同時(shí)，由于巖體構(gòu)造裂隙等因素的影響，增加了井下工程結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。這些都會使井下巖體的承載能力降低，從而對采取的穩(wěn)定性造成影響，進(jìn)而引發(fā)地壓活動。

3 江西贛州鎢礦山深部開采地壓活動的控制

3.1 掌握地壓活動規(guī)律，合理安排生產(chǎn)作業(yè)

一般而言，區(qū)域性的地壓活動主要分為初始來壓階段、破壞階段、巖層移動階段和相對穩(wěn)定階段。對于地壓活動較為頻繁的地段來說，在初始來壓階段和相對穩(wěn)定階段進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)較為安全。同時(shí)，雨季雨水較多，會增加坑內(nèi)的涌水，從而容易使巖體發(fā)生坍塌和巖移，因此，雨季應(yīng)減少在地壓活動頻繁的地段進(jìn)行開采，以免引發(fā)地壓活動。除此之外，在開采過程中，要善于根據(jù)地壓活動的特點(diǎn)，靈活設(shè)計(jì)回采作業(yè)，如采場留頂、底柱和間柱等。

3.2 及時(shí)處理采空區(qū)

對采空區(qū)進(jìn)行處理通常是要改善巖應(yīng)力的集中度，使巖應(yīng)力的分布狀態(tài)更加均勻，從而使地壓得到控制，保障礦山能夠安全持續(xù)的生產(chǎn)。采空區(qū)的處理方法一般有三種：崩落圍巖、充填及封閉。在具體操作過程中，要根據(jù)空區(qū)圍巖破壞、變形的特點(diǎn)進(jìn)行選擇，不僅要避免發(fā)生地壓活動，還要保證礦山生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。但是從實(shí)際情況來看，在對鎢礦山采空區(qū)進(jìn)行處理時(shí)，通常會采取兩種方法。

3.3 加強(qiáng)技術(shù)力量和科技投入，建立地壓檢測系統(tǒng)

就目前來看，礦山技術(shù)管理水平仍舊較低，對礦山的開采會造成非常不利的影響。因此，各礦山應(yīng)加強(qiáng)對技術(shù)的管理，努力提高礦山技術(shù)和管理水平，保障礦山能夠順利開采。各礦山可以借鑒國外的有利技術(shù)，并加大對相關(guān)技術(shù)進(jìn)行科研的力度。除此之外，可以建立合理的地壓檢測系統(tǒng)，便于及時(shí)掌握鎢礦山的地壓活動，從而可以快速采取相應(yīng)措施，防止發(fā)生地壓災(zāi)害。

3.4 合理安排采掘順序，控制巖移

合理的開采順序有助于控制地壓活動，提高采礦結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，減少礦石的損失。在對礦山進(jìn)行采掘時(shí)，不同的開采順序會使巖體應(yīng)力發(fā)生不同的變化。因此，可以根據(jù)區(qū)域地壓活動的特征進(jìn)行開采。在對新的區(qū)域進(jìn)行開采時(shí)，應(yīng)注意開采區(qū)周圍的應(yīng)力分布狀態(tài)，避免因應(yīng)力過于集中而導(dǎo)致巖體變形、移動，甚至破壞。

4 結(jié)語

江西贛州鎢礦山深部開采地壓活動是具有一定的復(fù)雜性的，其引發(fā)因素包括脈帶局部構(gòu)造發(fā)育、區(qū)域性構(gòu)造帶、民采及采空區(qū)和地下水、大爆破等，具有多樣性。但是，地壓活動并不是不可以控制的，只要善于總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，多進(jìn)行分析，還是可以避免發(fā)生的。因此，礦山相關(guān)工作人員要善于對礦山的地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，并對地壓活動進(jìn)行充分了解，從而及時(shí)控制地壓活動，避免發(fā)生地壓災(zāi)害。