0   前言

盘古山钨矿开采己有85年。20世纪70年代前矿山对地压认识不足，防范措施不力，致使1966年6月和1967年9月分别在831~899中段及696至地表 6个中段发生岩体移动地压灾害，波及面积11万m²，为国内外同类矿山所罕见。

矿床385中段以上12个中段1998年前先后己停止正规开采，转入残留矿体和残存矿石的回收，矿床深部215~335中段进行采掘作业生产。随着矿床开采深度的加大，采空场体积增多，采空场处理滞后，残矿回收不断扩展等原因影响，90年代末开始，矿区地压由以前的相对稳定阶段发展到2001年4月局部区域表现较为剧烈的发展阶段，矿山地压形势严峻。为此，通过大量的现场调查，对矿区地压现状进行分析，探讨矿区地压活动控制对策，以期达到有效控制矿区地压发展的目的。

1   矿区地质概况

盘古山钨矿矿床产于燕山早期花岗岩的外接触带之震旦纪及泥盆纪地层中，由南、中、北三组矿脉构成，三组矿脉呈等距(180~200m)产出，矿化面积1.2km²；矿脉总体走向延长逾1 300m，矿床长、深、宽之比2:2:1，垂向上三组矿脉自上而下呈收敛之势，且自NE向SW方向侧伏；矿床矿脉上密下疏，水平方向由一系列NWW-SEE与NEE-SWW走向的矿脉呈“X”状交叉展布，属高中温热液裂隙充填石英脉型钨钒矿床。

矿区发育的主要构造形式有裙皱、断层、节理、矿化裂隙等。断层发育，继承性较明显，主要断层有F₁~F₁₀，它们具有长期活动的特点，发育广而强；断层充填物主要由伊利石、高岭石、蒙脱石等物质组成，自上而下其规模、数量、厚度变小、变少、变薄，闭合性愈好，发育程度愈差；岩层中节理较发育，多为剪节理，节理面平直闭合性好，无充填物，在含云母石英砂岩所夹板岩中有一组密集的剪裂面-破劈理。成矿裂隙受东西、北东、南北构造亚带复合控制，南北及东西向挤压力作用使矿区的成矿裂隙经历了三个发展阶段，并为含矿石英脉所充填，呈NEE-SWW与NWW-SEE走向的“X”状展布。

矿区出露成矿后期石英闪长纷岩脉(δο)5条，玄武纷岩脉(βµ)一条，石英闪长纷岩脉往深部多向NE向分支，且分布在矿区西区，形态较简单；玄武纷岩脉沿F₅断层带充填，将矿床分为东西两区；两种岩脉在矿区中上部为半风化状，深部未受风化。

地层主要由含云母石英砂岩，含砾石英粗砂岩及含云母石英质砂岩组成，偶夹薄层板岩、千枚岩，岩石以中细粒为主，镶嵌结构，致密块状构造，具有强度高、弹模高、声速高的特点，且自上而下逐渐增大，为坚硬脆性岩石，岩石完整系数0.74，裂隙系数0.25l，工程质量指标S值大于6，岩石质量好。

根据结构面产状、规模、结构面充填物质的不同，以及引起的结构面力学效应和力学作用的差异，对矿区结构面进行分级，见表 1。

表  1  矿区结构面分级表

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不同级别的结构面切割而成的结构体也有不同的级别，对应各种级别的结构面的空间组合，可将本矿工程岩体划分为以下四级结构体：

Ⅰ级结构体一断块体。由区域性大断层切割而成，与矿区关系不大。

Ⅱ级结构体一山体。由Ⅱ级结构面之间，或Ⅱ级与Ⅲ级结构面之间相互切割而成。

Ⅲ级结构体一岩块。由Ⅲ级结构面切割而成，也可由Ⅲ级与Ⅱ级或与密集的Ⅳ级结构面切割而成。

Ⅳ级结构体一岩块。主要由Ⅳ级结构面切割而成。

根据钨矿山的实际，依据本矿的工程地质条件和地压活动的现状，岩移活动主要发生在Ⅱ、Ⅲ级结构体以内，并受Ⅱ、Ⅲ级结构面控制。

2   矿区开采与地压活动现状

矿山自60年代发生地压灾害后，经矿山与有关科研院校合作，开展了大量调查研究工作，制定了切实可行的地压控制方案，矿山严格执行该方案，调整采掘顺序，加大采空场处理力度，矿山地压基本得到有效控制，确保了矿山生产的持续稳定。

80年代末矿山生产逐渐由东区转移到西区为主，受矿山经济效益的影响，采空区处理工作相对滞后；同时，为充分回收矿山资源，加大了残留矿体和残存矿石的回收工作，矿山435中段以上主要富矿体的顶柱绝大部分被回收，随之而来矿山地压活动显现加大，并呈现不同的阶段性。90年代初，以东部老地压区底部为重点区域的地压活动显现进入剧烈的发展阶段，并逐渐向南、南西方向扩展；矿区西区南组39^#脉带585中段以上开始发生一般性地压活动显现，矿山地压活动从相对稳定阶段逐渐向缓慢发展阶段过度。90年代中期，随采深的逐渐加大，东区楔形体底部高应力集中和西区采空场、构造弱面、岩脉、顶柱被回收等综合影响，矿区地压活动出现相对活跃阶段；90年代后期，地压活动进一步发展，矿区地压活动出现了纵横联动发展阶段，局部区域表现剧烈，地压活动己向纵深发展到335中段。2001年4月，矿区西区485~76l中段开始出现较为剧烈的岩移性地压活动，其面积逾4万m²，范围在16~ 20^#勘探线，南以F₃或F₅为界(盲3^#脉)，北至45号脉(F₇)，地压表现在垂直方向下沉，下沉值累计己达30~85cm，该范围内巷道呈明显的台阶状，水平方向地压表现为采空场、平巷夹壁靠拢。

2.1   地压活动的主要表现形式

200l年4月以前主要以局部岩体变形、垮塌、巷道挤裂、片帮、巷道底板塌陷、岩爆等为主；200l年4月后地压活动除上述形式外，矿区Ⅲ、Ⅳ级结构体沿结构软弱面缓慢下滑的较大面积的岩移性地压活动显现，矿山地压己呈发展阶段，并有向剧烈发展阶段发展的趋势。

2.2   矿区主要Ⅲ级结构体地压活动现状

2.2.1   F₃+F₅结构块体

该块体南以F₃、北至F₅为界，在矿区西区的最南边区域，块体岩移方向为水平向南西向，垂直向下移动，至2003年3月止，己向南西方向移动46cm，10 11 12 13 14 15 16 1向下移动85~50cm；该块体385~83l中段均有岩移现象，其中20^#、18^#、17^#勘探线表现最为突出。

2.2.2   F₇+F₈'结构块体

该块体北以F₇为界，南至F₈'，块体岩移方向水平向南西向，垂直方向向南西向下移动，F₇上下盘水平错动(2l~18^#表现明显)。该块体F₇、δO₃地表出露地段多处开裂、下沉，该块体585至地表是目前地压活动较为活化时期。

2.2.3   39^#脉带结构块体

该块体北至49^#脉，南到δO₂16~2l^#勘探线范围，块体岩移方向表现为整体垂直向下，局部相对隆起(39^#脉)，其下沉值为20~67cm，水平方向表现为采空场、平巷夹墙靠拢(39^#脉采空场、平巷435~696中段宽度最小仅0.6m左右)，巷道严重变形、挤裂、垮塌，δO₂岩脉区域、小断层处岩体挤裂严重，485~ 535中段斜井变形严重，形成台阶状(部分地段高度仅l.6m左右)，这一块体对应地表近年来出现多处塌陷，目前该块体自335至地表整体处于活跃期。

2.2.4   东部F₃+BM(F₅')结构块体

该块体北起βμ，南至F₃，块体岩移方向表现为垂直下沉，485中段至地表均有不同程度表现，下沉值己达86cm，该区域巷道己大部分垮塌。

矿区上述4个Ⅲ级结构块体占整个南组范围的60%~70%，是矿床矿脉最密集、采深最大、空场体积最大、资源回收最彻底的地段。目前地压活动一直处于发展阶段，研究分析认为，39^#脉带结构块体是矿区最具可能发生剧烈岩移性地压活动的块体，该块体对应的485、435、385、335中段待充填处理空场体积达30.8万m³，有足够的岩移空间，故有突破的可能，形成了潜在的大规模地压灾害的威胁。

2.3   矿区Ⅳ级结构岩块地压活动情况

总体情况为岩块出现张裂及轻微的水平错动。Ⅳ级结构岩块主要是矿区地质构造或其派生的断裂构造与矿脉脉壁之间组合成的工程结构体。自200l年下半年开始，435~635中段西区δO₂、F₃、F₅之间的一些派生断裂构造，均出现程度不同的岩体沿层理面开裂，小断裂构造沿断裂面下滑，485~535斜井呈台阶状位移等。

3   地压活动加剧发展的主要原因分析

3.1   开采空区因素

矿区采深大，西区采深逾670m，东区采深逾780m，采空场体积大，采充比例失调，采空区处理滞后，采空场夹壁应力聚集，应力在不断改变加大，这是地压活动加剧的最重要原因。矿山至2002年累计空场体积535.8万m³，其中充填区空场体积18l.8万m³，累计充填量87.6万m³，消除空场体积136.3万m³，己充填的空场充填系数为0.67，待充填空场5l.7万m³，待充填空场绝大多数是90年代充填滞后余留的，且集中在485、435、385、335四个中段西区(占89%左右)，给矿区西区岩移创造了空间。脉钨矿床开采后就会有二次应力的集中与平衡，脉间夹墙的受力状态由三维变二维，稳定性由此而受影响；上部中段地压活动规律表明，采深在160m以上，在沿脉方向的连续空场达到l150~200m时，往往会在断层结构弱面交切处或围岩松软区段形成突破口，产生规模性岩移地压活动。

3.2   构造因素

岩体力学的观点认为，构造是一种弱面也是应力界面，对开挖引起的二次应力变化特别敏感，矿区Ⅱ、Ⅲ级构造发育，对岩体的稳定性起控制作用。西区16~20^#勘探线有F₁、F₃、F₅、F₈石英闪长纷岩脉，东区9~15^#勘探线有F₁、F₃、F₅、F₉、F₉'，这些构造大部分规模较大，穿切的范围大，并形成了两个较明显的楔形体，自上而下影响岩体的稳定性。这些楔形体内的岩体稳定性得不到控制，可造成局部应力高度集中和工程岩体破坏现象。矿区工程地质条件十分复杂，地质构造弱面组成若干个Ⅱ、Ⅲ级构造体，这些结构体在开采中不断受到干扰。研究资料表明，这种构造弱面被切割后，在弱面附近将引起高应力集中，应力集中每当比顶底柱还要大，应力的不断变化使得结构体稳定性大大减小，结构体没有一个相对稳定的时段，可使结构体产生移动。此外，矿山特有的岩层单斜构造也不容忽视，其岩移运动方向与岩层倾向和一致性己得到证实。

3.3   原主柱支撑体系作用削弱因素

原生矿柱的留设作为一种开采空区的结构件，其支撑作用和对围岩的稳定维护作用是显而易见的。多年来矿山在进行残矿回收中，435中段以上西区49、47、4l、39、3l、17、13号等主要矿脉顶柱己基本回采，使得该区域原顶柱支撑作用消失。上下连续的采场其夹墙稳定性很差，空区高度增大后，夹墙拉伸应力迅速递增，易在弱面切割部位受到采动等因素的诱发弯曲倾倒，发生岩移地压活动。

3.4   水的因素

矿区地压活动使得巷道变形、岩体下沉、巷道跨塌等，导致435中段以上巷道不畅通，多数水沟己无法排水，中段的积水不能外排，只能渗泄到下一中段，很多区域长期积水，积水沿结构弱面渗透增大，岩体充水增多，岩体抗剪强度降低，增强了结构体沿结构弱面的滑动性。该矿区结构弱面充填物其自由膨胀率达19%~36%，亲水性极强，加之石英闪长纷岩脉、玄武纷岩脉都具有较强的亲水性，因而矿区地压活动加剧，水的诱因是不可忽视的。

3.5   残矿回收

残矿回收多集中在矿脉密集的富矿地段，而这恰恰是矿区应力最集中的区域，同时形成的二次空场使周围岩体中的应力不断发生搅动，由于回收顺序不合理，客观上加速了矿区地压活动的发展。

3.6   岩性因素

矿区岩性随深度增大，其脆性增大，弹性模量增高，很容易产生一种脆性破坏的岩爆。矿山工程岩体结构的载荷系统中，存在各种岩石材料组合状况下的刚度差，它们各自的变形所贮能量不一致、不同步。贮存能量大的岩体在开挖时释放的能量产生摩擦响声，出现岩爆，它是一种地压现象，对工程的稳定破坏也不能忽视。

随着矿山生产的不断发展，使得矿山岩体构成极为复杂的空架结构，地质结构和工程结构的相互作用，控制了岩体的稳定性，不同的地质结构和工程结构的岩体其性能是不同的。变形破坏的方式和过程的时间效应也是不同的。除上述因素外，岩石蠕变性、时间效应等都是地压活动加剧的因素，一个或多个因素的作用均可能导致灾害性地压活动。

4   地压控制对策

矿区现开采深度近800m，是国内脉钨矿床开采深度最大的矿山之一，如此开采深度的矿区地压控制研究实践较少，针对矿山实际，结合有关理论和可借鉴的经验及方法，提出如下地压控制措施。

4.1   确定合理的采掘和残矿回收顺序

采掘顺序的确定应以改善矿脉密集区岩体应力状态，减少支撑压力带的应力过于集中现象，使开采引起的二次应力得到合理分布为目的。这样既利于开采安全，又利于减少地压灾害，还利于对岩移的控制。根据矿区实际，采掘顺序必须坚持矿区高应力区的中央矿脉密集富矿段向应力小的矿脉稀疏的两翼的前进式顺序，就是要求背离F₅首先开采主干构造弱面等措施来适应应力分布的具体特性，这对矿区地压控制是十分有利的。

残矿回收是在矿区正规回采结束中段进行的，地压活动相对强烈，控制难度更大，其顺序与采掘是截然不同的，其地压控制的方式也不同。残矿回收顺序必须坚持从矿区应力小的矿脉稀疏的两翼向高应力区的中央矿脉密集富矿段的后退顺序，其主要目的是尽可能地延长原生矿柱支撑体系，关键部位及地压危险区的矿柱要严禁回收，维护岩体应力相对平衡，减缓地压发展趋势。

4.2   强化采空场的处理

理论和矿山实践都己充分证明，采空场处理对岩体变形阻尼和稳定维护作用是十分明显的，对控制地压减缓和消除岩移性灾害具有至关重要的意义。采用块石充填采空场是符合矿情的简易、实用、经济的有效方法。目前矿区39^#脉带结构块体岩移活动威胁最大，其对应的485、435、385、335四个中段滞后充填采空场体积占矿区待充填处理采空场体积的60%左右，达到20.8万m3，有足够的空间条件，因此必须制订强有有力的措施加强这四个中段的充填工作，尽快消除岩移继续发展的空间条件。维护矿区深部开采安全与生产的持续稳定。对确实无法充填的危险地段，采空场应采取封闭处理，防止人员进入。

4.3   减少水的影响

矿区地势高峻，属中低山区地形，坑内涌水主要来自大气降雨及生产用水，水文地质条件简单。实际情况表明，矿区385以上中段由于地压等原因造成中段无法自然排水，使得矿床充水量不断增大，尤其是雨季，坑内涌水只能从空区、构造等渗泄到下一中段，尤其是开裂的夹墙中渗透，加剧了岩体失稳和地压活动，不利于地压控制，因此减小水的影响应值得重视。根据矿区实际，宜采取“堵漏引流，集中强排”的综合排水措施，对矿区各中段水沟能疏通排水的应尽最大可能疏通排水，对下水较大的地段实行截堵，对积水严重的地段应实施临时机械排除，上部中段确实无法排泄的水量集中在385中段外排，减少水对地压的影响，减小对深部开采的进一步危害。

4.4   加强采场地压控制

脉钨矿山地压活动往往是由采场地压激发的连锁效应所致。采场地压显现是从围岩状态改变开始，并经量变向质变转化，致使夹墙、矿柱失稳破坏。采场地压具有显现剧烈，波及范围大，受次生应力场的影响等特点，对生产安全产生直接威胁。应采取控制采场暴露面积(300m²以下)，严格控制采幅，控制采场长度和高度，适量加大采场顶底结构尺寸，维护底部结构的完整性和围岩的稳定性。实施原生矿柱支撑，避免作业过分集中等措施。

4.5   深部地压控制

根据矿区地压现状, 对矿区深部地压控制应立即完善《深部开采地压控制预案》, 采取合理的回采顺序、采矿方法、强采强充、建立中段隔离层和加强技术管理等综合措施，使深部开采二次应力合理分布，控制岩移，消除深部发生大面积地压灾害。

4.6   坚持科研与主产实际相结合

广泛与科研院所合作，揭示地压活动规律，寻求理论与技术的支持。因地制宜开展地压活动监测，建立健全地压活动监测预报体系。加强地压防范教育，把地压作为安全生产的重要工作来抓，建立地压防治预警机制。加强生产技术管理，落实地压控制措施，实行“以防为主，防治结合”及“采掘并举，采充并举”的地压控制工作原则。

5   结语

多年来的实践证明，只要制度完善，方案可行，措施得力，组织、技术、安全管理严密，高度重视，矿山地压控制工作就有保障，矿区地压控制效果也较好，地压严峻的形势就能得到有效的缓解，矿山生产发展才能持续稳定。