我國鎢礦開采的現狀與發(fā)展

一、臺階.盆地山礦江西鋯礦通常屬于急傾斜脈礦，通常為一組兩群。圍巖主要為變質砂巖，礦體內部結構發(fā)育，均通過iii級結構薄弱面相交。脈沖長度為300.2000m，脈沖幅度從0.1mm至1m，埋深300.1000m。由于礦脈的形狀和形狀的極其復雜，多年來礦脈一直被空白開采，形成極其復雜的地下孔室。目前，鋯礦主要集中在上部生產，采用平溝和溜井開采。隨著采礦業(yè)的發(fā)展，一些礦山開始轉向主孔以下的采礦，通常采用垂直井開采。采礦方法采用留下礦法或步驟礦房法。然而，自20世紀60年代以來，一些礦山發(fā)生了不同程度的地壓活動，主要表現如下。1.巷道片幫、冒頂、下沉、倒塌;圍巖沿斷層、巖脈開裂或沿結構面產生移動,如圖1之a、b、c所示.圖1之d、e、f是由于巷道變形致使支護折斷、破壞的情況.2.采場和采空區(qū)兩壁圍巖收斂,采場之間巖體發(fā)生位移、擠壓、錯動、垮塌;采場內部存窿礦石放不下來,或隨采而動,隨放而垮(圖2)3.由于采場或礦區(qū)性的大面積地壓活動,造成山體下陷,地表開裂或陷落成坑、臺階.盆地(圖3).例如盤古山礦,1967年9月24日曾發(fā)生一次大面積的地壓活動.在短暫的幾個小時內,使長達400～500米,寬200～250米,高400～500米的整個山體產生移動,地表斷裂下陷,錯距達1.8米(圖3b),波及面積達十幾萬平米.這次地壓活動造成大量的采空場和部分采場發(fā)生不同程度的破壞或坍塌,許多巷道下沉、破壞,有些井下生產被迫停工,嚴重地威脅鎢礦的生產.此外,隨著地壓的發(fā)生,往往還會帶來諸如沖擊氣浪,巨大的爆破聲和頻繁的巖石破裂聲響,現場粉塵彌漫,以及巖爆之跡象,等等.凡此種種,不一而足.在多起的地壓活動事例中,小者可從一個采礦場、一條連續(xù)性礦脈的連續(xù)性空場,或幾條連續(xù)性礦脈的連續(xù)性空場發(fā)生移動,崩塌;大者可以影響到山體發(fā)生大面積的移動和破壞.江西鎢礦的地壓問題,早已引起有關部門的重視.1964年起就組織了許多單位協作攻關,開展了地壓活動規(guī)律與采空區(qū)處理的研究課題.其中,江西有色冶金研究所、長沙礦冶研究所、江西冶金學院等,長期地進行了大量的現場觀測和實驗室的研究工作.大吉山礦地區(qū)研究課題已于1976年結束,鐵山壟礦“上部中段地壓活動規(guī)律及采空區(qū)處理”研究課題也于1981年進行了鑒定,盤古山與畫眉坳兩礦的地壓研究課題仍在進行,其他各礦亦相應地開展了大量的工作.二十年來,針對生產中的重大技術問題,開展了綜合性研究,特別是重點圍繞下列幾個方面進行研究:(1)巖石、巖體基本物理力學性測定和巖體應力量測.(2)上部中段地壓活動規(guī)律研究,包括:地質、空區(qū)、開采狀況、地壓情況的現場調查、分析研究;地壓活動的基本特征研究;地壓活動,特別是大面積活動的預測,預報研究.(3)地壓控制方法研究與采空區(qū)處理工程.(4)各種探測手段的試驗觀測研究.為了開展這些工作,首先課題組的成員會同礦山一道,廣泛、全面、深入地進行了現場調查,包括工程地質、開采、空區(qū)、地壓活動狀況的調查分析.而后對地壓控制方法進行了研究,結合現場經驗,制訂了各個鎢礦的上部中段空區(qū)處理方案,對采空區(qū)采取“崩”“充”“自然崩落”等方法進行處理.據不完全統(tǒng)計,截至1978年,先后處理了采空區(qū)共640多萬立米.此外,還對個別礦區(qū)的下部中段地壓也提出了處理方案.通過上述試驗研究工作,在有關單位的支持和配合下,各礦普遍建立了地壓研究專業(yè)機構和專業(yè)隊伍.先后開展了實驗室試驗,現場的巖體應力量測、宏觀觀測(如裂縫觀測,人工聽聲等)、圍巖移動觀測等測試方法的試驗觀測工作.應用了孔底應力解除法、孔壁應力解除法、光彈性應力計觀測法、聲波法、地震波法、地音儀法、位移計、應變計、水準測量、經緯儀測量、木滑尺等多種觀測手段.據不完全統(tǒng)計,各類測點(孔)達幾千個.經過長期觀測,積累了可貴的資料.根據上述研究工作,對鎢礦上部中段地壓活動的主要特征有了基本的認識,并結合現場的具體情況和實踐經驗,對一些礦山的地壓活動進行了預測和預報,避免了損失,保證了安全.同時也順利地進行了鐵山壟礦區(qū)地壓活動區(qū)內礦量的開采;扭轉了生產被動的局面.目前,研究工作的重點已逐步地轉入到礦區(qū)的下部中段.二、采空區(qū)地壓活動的變動過程1.鎢礦圍巖系堅硬的脆性巖石,由室內試驗得知,其物理力學性質主要受節(jié)理、裂隙所控制.上部中段地壓活動具有規(guī)模大、影響面廣、危害嚴重的特點.不穩(wěn)定巖體明顯地受Ⅱ、Ⅲ級結構弱面或連續(xù)性空區(qū)控制(表1),并沿這些弱面向自由空間移動和崩塌.根據現場巖體應力測量結果表明,上部中段的地應力是以巖體自重的垂直應力為主,但隨著采深增加,水平應力也有所增大,因此本區(qū)的地應力屬中等偏上.急傾斜脈群礦山的地壓活動除與巖體內部的應力、地質結構面、不穩(wěn)定巖體、可供移動的空間(如采空區(qū))等主要因素有關外,還與開采、礦柱與夾墻的形態(tài)和密集程度、地下水活動、時間因素有關.實踐證明,應用工程地質力學的方法對這些不穩(wěn)定巖體進行調查分析,是認識地壓活動發(fā)展趨勢的有效途徑.2.大量巖體位移的監(jiān)測結果證明,無論是局部性地壓活動,或是大面積地壓活動,當巖層劇烈移動和崩塌之前或發(fā)生的過程中,巖層移動與時間(l～t)的關系曲線都有明顯的、而又易于判斷的“突變”特征.例如,圖4、5是大吉山礦和畫眉坳礦局部發(fā)生地壓活動的情況,大吉山礦567中段19號脈巷道巖體雖有4～5厘米的移動,但并未崩塌;而畫眉坳礦518中段110E大巷巖體在6141測點附近卻有崩塌,其周圍30米左右的巷道下陷.圖6、7是小龍礦和鐵山壟礦巖體發(fā)生大面積地壓活動的情況,由這些曲線圖可以看出,一般在發(fā)生大面積突然崩塌約半年以前,巖體位移的速度就有所增長.這說明只要加強監(jiān)測,及時地認真進行分析,對于大面積地壓活動是完全可以預報,及時采取有效的預防措施的。3.根據鎢礦多次地壓活動顯現的不同特征,活動規(guī)模以及破壞程度可劃分為局部性和大面積活動兩種類型(表2).按照地壓演變的過程有以下規(guī)律,即每次地壓活動大體可劃分為初始、緩慢發(fā)展、加速發(fā)展和劇烈?guī)r移、崩塌或局部性崩塌等四個階段.各個發(fā)展階段均有各自的主導特征(表3).鑒于各礦賦存、開采條件、空區(qū)處理情況和不穩(wěn)定結構體規(guī)模、狀態(tài)的不同,地壓活動發(fā)展的全過程長短不一致.短者一、二年,三、四年;長者可達十幾年.為此,為取得礦區(qū)地壓活動全過程的資料,并對其預報,必須持之以恒,長期不懈地堅持現場監(jiān)測工作.三、采空區(qū)的長期監(jiān)測和加強監(jiān)測如上所述,江西鎢礦的地壓活動,一直是礦山開采中的一個主要問題.它不但直接影響生產,而且危害人民生命財產安全.但是,通過近二十年的大力開展科研活動,堅持長期監(jiān)測,對鎢礦的地壓活動規(guī)律有了一定的認識.例如對采空區(qū)進行處理和加強監(jiān)測,及時預報,在許多礦都收到很好的效果.1.采空區(qū)的開采江西鎢礦開采的歷史悠久,有的已達50年以上,采深200～500米.但因在歷年開采中,遺留了大量的采空區(qū),長期不作處理,而礦山仍在繼續(xù)開采,故而采空區(qū)圍巖的應力分布十分復雜.特別是遇到大規(guī)?；虬l(fā)育的斷裂構造帶地區(qū),更有產生大面積地壓活動的可能.據統(tǒng)計,各礦的采空區(qū)體積,截至1972年,分別達到60～300萬立米,甚至更大.由此可見,采空區(qū)的存在,是導致地壓活動的主要原因之一,必須進行處理.鎢礦在處理采空區(qū)的問題上,曾采取以下的措施:(1)1964年開始,在大吉山礦于國內首先研究和應用抽采夾墻、礦柱、強制崩落部分圍巖,促使其上部和周圍圍巖自然崩落的方法處理大采空區(qū).經過處理以后,效果顯著,消除了空場,改善了巖體應力狀態(tài),多回收了資源.這種處理方法已在其他有條件的礦山,如鐵山垅、巋美山、下垅等礦得到使用.同時,大吉山礦還使用該法成功地處理了小采空區(qū).(2)一些礦山試驗以“矸石充填法”(譬如盤古山、鐵山垅、畫眉坳、小垅)和“自然崩落法”(譬如白石山、不平礦區(qū))處理小采區(qū)段空區(qū),對于減小巖移規(guī)模和巖移空間,延緩大面積來壓時間,降低破壞程度等方面都取得了不同的成效.其中尤以鐵山垅礦為典型,該礦因對關鍵部位的空場基本上都充填了矸石,使大面積地壓活動的破壞減緩,有效地保證了安全.空區(qū)處理工作不僅在控制地壓上卓有成效,而且在經濟上亦獲得顯著的效益.比如,據部分礦山估算,僅因多回收礦石量這一項,直接獲得的折合經濟效益就已達幾千萬元.至于間接的經濟效益則更為明顯,它將在今后長期的生產和安全的實踐中逐漸體現出來.2.地壓活動的未來趨勢自1964年開展地壓活動規(guī)律與采空區(qū)處理的研究課題以來,即在許多礦山采取了多種測試手段進行現場監(jiān)測工作,至今近二十年一直在持續(xù)進行.實踐證明,只有在收集整理大量可貴的實測資料的基礎上,才有可能對地壓活動及時預報.例如(1)小龍礦,該礦通過工程地質分析,現場綜合調查,對地壓活動整體趨勢作過基本判斷,建立了綜合觀測網.采用以木滑尺、水準測量、經緯儀測量等位移觀測為主的,輔以宏觀觀測(察),如人工聽聲、觀測裂縫變化等手段,提前3天準確地預報了該礦1972年4月11日的大面積地壓活動.由于事前有予報,及時地撤離了人員和設備,避免了損失.(2)鐵山垅礦黃沙礦區(qū)1972年4月由冶金部組織有關單位的聯合調查中,對該礦區(qū)未來的地壓活動的發(fā)展趨勢作過預計,同時在礦山開展了現場的監(jiān)測工作.1976年后又進一步做了工作,并作出判斷.繼續(xù)以位移觀測為主的,結合其他手段密切監(jiān)視地壓活動的發(fā)展.經過長期監(jiān)測,獲得了地壓活動全過程的資料(參見圖7),事實表明,黃沙礦區(qū)從地壓活動的初始階段直至1979年5～7日大面積的巖體移動和局部性的崩塌全過程,與原來的預計和判斷的非常吻合.由于對地壓活動的全過程進行了有效的監(jiān)測和預報,故在大面積地壓活動之前,基本上結束了活動區(qū)內的開采作業(yè),生產和安全才幸免遭受損失.(3)巋美山礦在有關單位配合下,于1975年年中,應用以巖體位移觀測(如水準、經常測量,木滑尺測量)和地音儀為主的手段,結合人工聽聲、裂隙檢查等宏觀觀測措施,根據多年的實踐經驗,對已發(fā)生連續(xù)破裂、下沉的694中段東四,東五大采民段進行監(jiān)測.1975年10月下旬又集中力量對該區(qū)段進行重點監(jiān)測,24小時連續(xù)觀測.于11月2日14時停止觀測,16時這兩個采場安全、準點起爆.有效地保證了這次裝藥量為40余噸的大爆破作業(yè)的安全,順利地回采了礦石40余萬噸.(4)下垅礦樟斗礦區(qū)1982年元月應用木滑尺、地音儀、人工聽聲、裂縫檢查等手段,結合現場現象和實際經驗,對已發(fā)生開裂、移動的240中段4～1大采裝藥洞室及其周圍巖體實行監(jiān)測,保證了井下大爆破作業(yè)的安全,順利地回收了資源.(5)石人嶂礦據文獻介紹,石人嶂礦應用測定巖石自然掉碴,人工聽聲和定期的現場檢查等方法,密切注視地壓活動的發(fā)展.分別提前2天和4天準確地預報了該礦1979年4月21日中組西區(qū)的局部性地壓活動和4月23日中組本區(qū)的大