江西下垄钨矿左拔矿区地压活动与地压控制研究

何维全，游 勋，李 春，幸世荣，黄海浪

（1.江西下垄钨业有限公司，江西 大余 341516；2.江西理工大学资源与环境工程学院，江西 赣州 341000；3.赣州有色冶金研究所，江西 赣州 341000）

左拨矿区自1958年建成投产以来，目前为下垄钨业有限公司主要的生产坑口，年生产能力20万t，占公司年产量的80％以上。历经50多年的开采，井下遗留了大量的采空区。由于受矿区地质构造及开采工程因素等的影响，采空区地压活动迹象明显，且随着开采深度的增大，其地压也相继加剧，并更具复杂。部分中段出现了巷道龟裂、片帮和支柱折断，矿柱、采场夹墙开裂和垮塌等地压活动迹象。如果不及时地控制地压活动会造成诸多影响，如影响矿区生产的正常进行、对生产的安全带来隐患、增加回采作业难度、影响下部及周边资源的回收利用、增大了生产作业成本和地压处理投入等，导致采空区暴露面积继续扩大，并且随着暴露时间的增长，地压活动将不断加剧，极可能因采空区大范围冒落而诱发地质灾害，给井下生产造成灾难性后果，对工业设施及居民的生命财产构成严重威胁。据统计左拔矿区保有可采储量尚能服务15年，而且深边部找矿潜力大［1］。为了确保矿区安全、持续和稳定发展，近几年来，针对性地开展地压控制的技术研究，选择合理的技术方法与措施，使地压活动得到了有效控制。实践证明，所提出的开采地压控制方案技术上可行、安全上可靠、经济上合理。

1 矿床地质与工程概况

1.1 矿床地质概况

左拔钨矿床位于西华山-张天堂钨锡带之中南部，西华山-漂塘矿田的北部，矿区面积9.43km2，矿化面积约6km2。矿区出露地层除局部为第四系全新统（Q4）外，均为中、下寒武统变余（长石）石英细砂岩、绢云母板岩和碳质板岩。区内断裂构造发育，主要分为近南北向、近东西向、北东向和北北东向4组，其中东西向构造和北北东向构造是主要的控矿构造，由东西向构造派生的南北向张扭性裂隙、由东西向构造派生并经北东向构造承袭和改造的东西向压扭性裂隙以及由北北东向构造派生的北东东向压扭性裂隙是主要的容矿构造［1］。矿床属外接触带石英脉型矿床，矿体以含矿石英脉形式赋存于浅变质砂岩，板岩中。由于该区容矿裂隙多成组成带分布，所以矿脉也多成带成组出现。根据其自然分布，从北往南可划分近乎平行的大竹山、老棚下、大坳和高陂坑等4个脉带，共22个脉组。矿体形态复杂，膨胀缩小、尖灭再现、尖灭侧现、分支复合、分支尖灭现象普遍。矿体产状比较稳定，规模较大，具有地表脉幅小、品位低、工业意义小，深部脉幅大、品位高、工业意义大的垂直分带规律。

1.2 矿山工程概况

左拨矿区采用平窿、盲竖井及盲斜井联合开拓。286中段以上采用平窿开拓，286以下中段采用盲竖井及盲斜井联合开拓，采矿方法为浅孔留矿法。北组已开拓440、388、337、286、236、186、136、86共8个中段，南组已开拓500、450、400、337、286、236、186、136共8个中段，337以上已基本结束，生产中段主要是286以下中段。经过50多年的开采活动，开采深度达400m，采空区个数为182个，采空区总体积达103.91万m3（南组40.52万m3，北组63.39万m3，286m中段以上84.18万m3），对286段以下进行了充填，充填空区30个，充填量约10万m3。

2 地压活动现状

如上所述，经过50多年的开采活动，矿床上部主矿体已被采空，开采深度达400m，在井下留下大量的未做充分处理采空区，部分空区已与地表相通，地压活动频繁。主要表现为：（1）地面塌陷。地表已发生不同程度的凹陷，造成地表植被损毁、山体位移，原有生态环境遭到破坏。（2）巷道开裂、片帮、垮塌、顶板下沉甚至冒落。500中段以上老民采区大多数巷道已垮塌，同时，500中段100线穿南距矿带上盘50m范围巷道、101至103线运输道顶板、两帮围岩有片裂冒落现象（101至103线部分运输道用金属进行了支护）；南组337中段103～101线V205巷道顶板及两帮围岩出现片落、顶板有下沉迹象，103线穿南假巷墙体、底板出现裂缝；286中段103线～101线V207、V206巷道顶板及两帮围岩出现片落，并有向下中段延伸迹象。

3 地压活动影响因素分析

经过对采空区反复调查并认真分析，诱发其地压活动的主要因素总结如下［2-4］：

（1）矿区断层、节理裂隙发育。矿脉系含矿热液充填构造裂隙而成，矿脉成组成带密集分布，围岩节理裂隙发育。节理裂隙产状陡、裂面平直、光滑，部分节理裂隙充填胶结较差。另外，还有些断层破碎带宽度较大，破碎带岩土松软。大量现场实例说明断层、节理、裂隙等地质弱面是地压活动极为频繁的区域，也是灾害性地压活动的诱发点。

（2）采空区形态大小、结构参数及支护形式等。左拔矿区采空区大小形态不一且相互贯通形成大型空区群。这些空区群顶板面积大，暴露时间过长，仅凭部分顶（底）、间柱所形成的框架式结构加以支撑，还有相当一部分矿柱已被采完或被民采破坏，致使这些采空区稳定性很差，随时有冒落的危险和出现地压活动迹象。

（3）地表水入渗。大量地表水涌入井下，加剧了岩体风化及侵蚀，削弱了岩石的物理力学性能，从而间接地诱发了地压活动。

（4）开采深度。目前左拔矿区已进入深部开采，随着开采深度的增加，地压也随之增大。

钨矿山地压活动的普遍规律认为，500m以内开采深度，岩移是地压显现的主要形式，其剧烈程度与采掘深度关系密切。随着矿床矿化深度的延伸，其开采深度将进一步下降，深部中段开采所形成的采空区也必然会使围岩的移动范围加大。经计算确定，按照预计矿体最终开采深度所形成的采空区，其围岩的移动范围将加大到东西宽1800m，南北长2500m，矿山前期形成的一些地表工业设施和居民区有许多都将位于围岩移动带范围之内，井下空区如不及时处理，暴露面积继续扩大、暴露时间越来越长，地压活动将不断加剧。极可能造成空区大范围冒落，所留矿柱变形破坏，采场维护困难，井巷工程受剪、压作用破坏，矿柱及残留矿体回采困难或无法回采，造成矿产资源的损失。

4 地压监控方法措施与实施方案

为了对矿区地表塌陷区及采空区进行综合治理，减轻或消除对当地生态环境的破坏，避免各种地质灾害的发生，更多更好的回收矿产资源。鉴于左拔矿区的主运输中段为286 m中段，深部中段已经开拓至+86m标高（最终开采标高为-14m），为了确保矿区深部矿体开采的安全性和生产的正常性，保证矿区防水隔离层的稳定，及地表移动带范围不至于进一步扩大，必须使286中段的所有采空区能够保持稳定。为此，制定了技术措施并以实施显得十分必要：

4.1 改进采矿方法

286m中段以下全部采用浅孔留矿法，286m中段底板留5m隔离层，从源头减小地压危害，减缓地压向下中段延伸。

4.2 确定合理的矿床开采顺序

确定合理的矿床开采顺序对控制地压活动极为重要［3］。为了改善因回采顺序引起的应力集中状况，减少岩移危害，利于采场的回采安全，扭转顺序不合理的局面，根据现场调查情况，对矿区开采顺序作如下调整［5］。

4.2.1 中段平面的回采

前进式回采，在同一中段各组脉带的开采中，选取矿脉密集、品位高，处于地压活动中心部位的矿脉为开采起点线，回采工作面向东西两翼推进，采场实行“三强”（强采、强放、强充填）回采。比如，南组矿带以103～105线、北组矿带西部以8～10线、东部以3～5线开始进行回采为宜，然后分别向东西两端推进。

4.2.2 中段间的回采

上、下中段间应协调回采。当同时回采一条矿脉时，上中段的回采应超前下段的水平距离不小于100m，以利安全生产和对岩移下沉量的限制。

4.2.3 脉间回采

脉距大于4m的回采。回采顺序是上盘先于下盘，下盘采场的回采宜错开上盘采场回采引起的岩移峰值区，一般要求同向水平距离不小于50m。

脉距小于4m的回采。回采顺序是平行上采或合采，回采中适时留矿柱，放矿后及时充填空区或根据需要边放边充。

4.2.4 南北脉组的回采

北组先于南组，为尽量缩短生产作业线，要求北组超前南组1～2个中段。

4.3 预留部分永久保安矿柱

采场间柱、顶柱和采场内点柱的留设有利于采场两帮的稳定性。但间柱、顶柱点柱的稳定性并非与其长度和宽度大小成正比，在同样的原岩应力条件和环境条件下，短的矩形点柱往往比长的条带状间柱有着更长的稳定时间和更大的直立高度，能支撑更大和矿石压力。研究结果表明：当点柱长宽比为1.5～2时，矿柱为最稳定［6］。因此，在点柱的留取方面将采用短的矩形矿柱，且矿柱长宽比为1.5～2。矩形点柱的布置形式在各矿块不尽相同，主要有下列几种［5-6］：

（1）规则网格状矩形矿柱。矿房矿柱呈房柱间隔成行布置，为房、柱组合，在设计时标明留取地点，若同时上采的两采场对应处也要留取，以增加采场隔墙的稳定，减少二次贫化及防止发生岩移。

（2）不规则布置矩形矿柱。针对矿山具体情况不同，在回采矿房时根据具体情况，在采场可能出现片帮地段，选准应力点位置留矿柱，矿柱呈不规则的跳跃式布置，以增强局部不稳固围岩的稳定［6］。

（3）留取间柱和顶柱。这种间柱形状与条带矿柱相同，其柱横连顶柱与底板，但矿柱长宽比在1.5～2之间，同一中段各矿块间柱尽可能布置在同一条带上。顶柱留3～5m。间柱和顶柱留取目的是为了防止地压活动，便于废石充填。

采场结构及点柱留设见图1。

图1 采场结构及点柱留设

4.4 合理处理采空区

采空区的合理处理，可以有效地控制采场地压，减缓岩层移动和地表下沉程度，是控制地压治理最好、最有效、最简捷的方法［7］。为此，制定了放矿、充填顺序和计划，并切实按制定的采空区放矿、充填顺序和计划组织实施，进一步完善井下充填系统，加大了充填力度，从根本上预防地压灾害。

4.4.1 对337以上中段采空区治理

根据采空区结构的稳定性，采用不同的充填方式。

（1）框架式结构不稳定地段的采空区。上部中段框架式结构不稳定地段的采空区，由于地压等因素的影响，支撑采空区的矿柱已经处在很不稳定状态，采空区附近巷道已经遭到破坏，采用废石充填将无法实现，设计采用强制揭顶进行充填。

强制揭顶是对支撑采空区的矿柱（包括顶、底、间柱）按爆破设计要求分别施工相应的爆破硐室，再进行中孔或中深孔施工，然后组织实施爆破。强制揭顶要求每处理一个采空区，顶、底、间柱必须同时实行爆破。爆破之后，顶、底、间柱矿渣即充填进入采空区，同时，上部中段部分矿渣也进入采空区。

（2）框架式结构稳定地段的采空区。上部中段框架式结构比较稳定地段的采空区，设计采用削壁充填、废石充填的方式进行处理。由于这部分采空区的框架式结构比较稳定，充填的目的是进一步确保其结构的稳定，以免采空区遗留时间过长和地压因素的影响而对其结构产生破坏。

削壁充填是在采空区上盘的围岩中施工爆破硐室，对围岩实施爆破，将围岩爆破之后充填进入采空区，以达到充填采空区的目的。削壁充填、废石充填对某些采空区需同时采用。

（3）对局部地段进行加固处理（如337中段103线穿南，337中段103～101线V205巷道和286中段103线V207巷道等地段），保证岩体的稳定。

（4）在部分采场已与地表相通位置建立防洪工程，防止地表洪水大量汇入井下采空区，为矿山生产提供必要的安全保障。

4.4.2 286中段采空区的治理

由于337中段部分地段框架式结构比较稳定，加之局部地段进行加固处理，边部还有些矿块虽不能进行机采，但适用于残矿回收。因此采用浅孔留矿采矿法中削壁充填法进行残矿回收，将掘进废石和采场多余废石充填286中段采空区，以达到对286中段进行充填的目的。

4.4.3 286中段以下采空区的治理

对于下部中段的空区而言，由于其距地表较远，只要采取适当措施，保证矿柱不被破坏，保持空区稳定，将不会对地表塌陷区产生影响。为了保证正常采矿工作、使空区治理与矿山生产有机结合，矿块设计时要求每个采场有采空区充填内容，并完善充填巷道口，规定每15～20m间掘进一充填口，并增大矿柱尺寸，以增加矿柱的承载能力；采空区采用废石充填，充填料经矿区的提升系统运至各充填井进行充填，做到掘进废石全部充填采空区，废石不出窿，要求重点采场充填率必须达到70％，其他采场充填率必须达到60％。

4.5 注重地表重点地段的稳定性观测

左拔矿区矿体下部采空区稳定与否直接关系到上部隔离层的安全以及下部回采的生产安全，同时决定着上部空区的稳定性。地表重点地段的稳定性则直接关系到矿区人员的安全，对该矿区岩体的稳定有着直接的影响。因此对这些区域的稳定性实施有效的监测预报是至关重要的。为此，不断完善以矿区岩移与采空区稳定性为主的地压观测系统，采用岩体声发射监测系统对地表重要区段、井下重要位置的岩体活动情况全方位实时监测，并对337、286中段103线等主要地压活动区域，增设位移测量点、增加木滑尺措施，做到木滑尺天天观察、位移测量点定时测量（一个月测量一次），做好地压观测日报工作，及时汇报异常情况。对采区进行动态分析，提供有关参数和优化方案，以便及时采取有效措施进行处理，避免地质灾害的发生。

5 结语

通过对井下深部矿体采矿方法的改进，调整矿区开采顺序，预留永久保安矿柱、点柱和对采空区的处理，使地压活动得到了有效控制，保证了矿区的安全生产，同时，企业还多回收了矿产资源，做到掘进废石不出窿，这样不仅节省了废石出窿费，还节省了资源补偿费用和废石堆放征地费等，给企业带来了巨大的经济效益、社会效益与环境效益。这一研究成果，给其他矿山在地压控制方面有很好的借鉴和指导意义，对于类似矿山具有良好的推广应用前景。

［1］饶盛红，吴开兴，江 辉，等.左拔钨矿床深边部找矿潜力分析.［J］.江西有色金属，2009，23（1）：4-7.

［2］江春林.江西钨矿山深部开采地压活动分析及控制［J］.中国钨业，2003，（3）：44-47.

［3］甘宗安.钨矿山地压工程研究［J］.中国钨业，1999，14（5）：79-83.

［4］蔡美峰，何满潮，刘东燕.岩石力学与工程［M］.北京：科学出版社，2002.

［5］何维全，吴贤振，赖长顺，等.下垄钨矿左拔矿区围岩破碎及矿脉密集采场回采技术研究［J］.中国钨业，2010，25（6）：12-14.

［6］李成生，胡菊南.矩形矿柱及其岩石力学评价［J］.有色金属，1989，（4）：10-13.

［7］解世俊.金属矿床地下开采［M］.北京：冶金工业出版社，1979.