我國(guó)鎢礦開采的現(xiàn)狀與發(fā)展

我國(guó)鎢礦開采的現(xiàn)狀與發(fā)展

一、臺(tái)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(zhì)砂巖，礦體內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)育，均通過iii級(jí)結(jié)構(gòu)薄弱面相交。脈沖長(zhǎng)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(fù)雜，多年來礦脈一直被空白開采，形成極其復(fù)雜的地下孔室。目前，鋯礦主要集中在上部生產(chǎn)，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(zhuǎn)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(jì)60年代以來，一些礦山發(fā)生了不同程度的地壓活動(dòng)，主要表現(xiàn)如下。1.巷道片幫、冒頂、下沉、倒塌;圍巖沿?cái)鄬?、巖脈開裂或沿結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生移動(dòng),如圖1之a(chǎn)、b、c所示.圖1之d、e、f是由于巷道變形致使支護(hù)折斷、破壞的情況.2.采場(chǎng)和采空區(qū)兩壁圍巖收斂,采場(chǎng)之間巖體發(fā)生位移、擠壓、錯(cuò)動(dòng)、垮塌;采場(chǎng)內(nèi)部存窿礦石放不下來,或隨采而動(dòng),隨放而垮(圖2)3.由于采場(chǎng)或礦區(qū)性的大面積地壓活動(dòng),造成山體下陷,地表開裂或陷落成坑、臺(tái)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(dòng).在短暫的幾個(gè)小時(shí)內(nèi),使長(zhǎng)達(dá)400～500米,寬200～250米,高400～500米的整個(gè)山體產(chǎn)生移動(dòng),地表斷裂下陷,錯(cuò)距達(dá)1.8米(圖3b),波及面積達(dá)十幾萬平米.這次地壓活動(dòng)造成大量的采空?qǐng)龊筒糠植蓤?chǎng)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(chǎn)被迫停工,嚴(yán)重地威脅鎢礦的生產(chǎn).此外,隨著地壓的發(fā)生,往往還會(huì)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(xiàn)場(chǎng)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(dòng)事例中,小者可從一個(gè)采礦場(chǎng)、一條連續(xù)性礦脈的連續(xù)性空?qǐng)?或幾條連續(xù)性礦脈的連續(xù)性空?qǐng)霭l(fā)生移動(dòng),崩塌;大者可以影響到山體發(fā)生大面積的移動(dòng)和破壞.江西鎢礦的地壓?jiǎn)栴},早已引起有關(guān)部門的重視.1964年起就組織了許多單位協(xié)作攻關(guān),開展了地壓活動(dòng)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(zhǎng)沙礦冶研究所、江西冶金學(xué)院等,長(zhǎng)期地進(jìn)行了大量的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)室的研究工作.大吉山礦地區(qū)研究課題已于1976年結(jié)束,鐵山壟礦“上部中段地壓活動(dòng)規(guī)律及采空區(qū)處理”研究課題也于1981年進(jìn)行了鑒定,盤古山與畫眉坳兩礦的地壓研究課題仍在進(jìn)行,其他各礦亦相應(yīng)地開展了大量的工作.二十年來,針對(duì)生產(chǎn)中的重大技術(shù)問題,開展了綜合性研究,特別是重點(diǎn)圍繞下列幾個(gè)方面進(jìn)行研究:(1)巖石、巖體基本物理力學(xué)性測(cè)定和巖體應(yīng)力量測(cè).(2)上部中段地壓活動(dòng)規(guī)律研究,包括:地質(zhì)、空區(qū)、開采狀況、地壓情況的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、分析研究;地壓活動(dòng)的基本特征研究;地壓活動(dòng),特別是大面積活動(dòng)的預(yù)測(cè),預(yù)報(bào)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(cè)手段的試驗(yàn)觀測(cè)研究.為了開展這些工作,首先課題組的成員會(huì)同礦山一道,廣泛、全面、深入地進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,包括工程地質(zhì)、開采、空區(qū)、地壓活動(dòng)狀況的調(diào)查分析.而后對(duì)地壓控制方法進(jìn)行了研究,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn),制訂了各個(gè)鎢礦的上部中段空區(qū)處理方案,對(duì)采空區(qū)采取“崩”“充”“自然崩落”等方法進(jìn)行處理.據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),截至1978年,先后處理了采空區(qū)共640多萬立米.此外,還對(duì)個(gè)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(yàn)研究工作,在有關(guān)單位的支持和配合下,各礦普遍建立了地壓研究專業(yè)機(jī)構(gòu)和專業(yè)隊(duì)伍.先后開展了實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn),現(xiàn)場(chǎng)的巖體應(yīng)力量測(cè)、宏觀觀測(cè)(如裂縫觀測(cè),人工聽聲等)、圍巖移動(dòng)觀測(cè)等測(cè)試方法的試驗(yàn)觀測(cè)工作.應(yīng)用了孔底應(yīng)力解除法、孔壁應(yīng)力解除法、光彈性應(yīng)力計(jì)觀測(cè)法、聲波法、地震波法、地音儀法、位移計(jì)、應(yīng)變計(jì)、水準(zhǔn)測(cè)量、經(jīng)緯儀測(cè)量、木滑尺等多種觀測(cè)手段.據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),各類測(cè)點(diǎn)(孔)達(dá)幾千個(gè).經(jīng)過長(zhǎng)期觀測(cè),積累了可貴的資料.根據(jù)上述研究工作,對(duì)鎢礦上部中段地壓活動(dòng)的主要特征有了基本的認(rèn)識(shí),并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的具體情況和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),對(duì)一些礦山的地壓活動(dòng)進(jìn)行了預(yù)測(cè)和預(yù)報(bào),避免了損失,保證了安全.同時(shí)也順利地進(jìn)行了鐵山壟礦區(qū)地壓活動(dòng)區(qū)內(nèi)礦量的開采;扭轉(zhuǎn)了生產(chǎn)被動(dòng)的局面.目前,研究工作的重點(diǎn)已逐步地轉(zhuǎn)入到礦區(qū)的下部中段.二、采空區(qū)地壓活動(dòng)的變動(dòng)過程1.鎢礦圍巖系堅(jiān)硬的脆性巖石,由室內(nèi)試驗(yàn)得知,其物理力學(xué)性質(zhì)主要受節(jié)理、裂隙所控制.上部中段地壓活動(dòng)具有規(guī)模大、影響面廣、危害嚴(yán)重的特點(diǎn).不穩(wěn)定巖體明顯地受Ⅱ、Ⅲ級(jí)結(jié)構(gòu)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(dòng)和崩塌.根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)巖體應(yīng)力測(cè)量結(jié)果表明,上部中段的地應(yīng)力是以巖體自重的垂直應(yīng)力為主,但隨著采深增加,水平應(yīng)力也有所增大,因此本區(qū)的地應(yīng)力屬中等偏上.急傾斜脈群礦山的地壓活動(dòng)除與巖體內(nèi)部的應(yīng)力、地質(zhì)結(jié)構(gòu)面、不穩(wěn)定巖體、可供移動(dòng)的空間(如采空區(qū))等主要因素有關(guān)外,還與開采、礦柱與夾墻的形態(tài)和密集程度、地下水活動(dòng)、時(shí)間因素有關(guān).實(shí)踐證明,應(yīng)用工程地質(zhì)力學(xué)的方法對(duì)這些不穩(wěn)定巖體進(jìn)行調(diào)查分析,是認(rèn)識(shí)地壓活動(dòng)發(fā)展趨勢(shì)的有效途徑.2.大量巖體位移的監(jiān)測(cè)結(jié)果證明,無論是局部性地壓活動(dòng),或是大面積地壓活動(dòng),當(dāng)巖層劇烈移動(dòng)和崩塌之前或發(fā)生的過程中,巖層移動(dòng)與時(shí)間(l～t)的關(guān)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(dòng)的情況,大吉山礦567中段19號(hào)脈巷道巖體雖有4～5厘米的移動(dòng),但并未崩塌;而畫眉坳礦518中段110E大巷巖體在6141測(cè)點(diǎn)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(dòng)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(zhǎng).這說明只要加強(qiáng)監(jiān)測(cè),及時(shí)地認(rèn)真進(jìn)行分析,對(duì)于大面積地壓活動(dòng)是完全可以預(yù)報(bào),及時(shí)采取有效的預(yù)防措施的。3.根據(jù)鎢礦多次地壓活動(dòng)顯現(xiàn)的不同特征,活動(dòng)規(guī)模以及破壞程度可劃分為局部性和大面積活動(dòng)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(dòng)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(gè)階段.各個(gè)發(fā)展階段均有各自的主導(dǎo)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(jié)構(gòu)體規(guī)模、狀態(tài)的不同,地壓活動(dòng)發(fā)展的全過程長(zhǎng)短不一致.短者一、二年,三、四年;長(zhǎng)者可達(dá)十幾年.為此,為取得礦區(qū)地壓活動(dòng)全過程的資料,并對(duì)其預(yù)報(bào),必須持之以恒,長(zhǎng)期不懈地堅(jiān)持現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)工作.三、采空區(qū)的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)和加強(qiáng)監(jiān)測(cè)如上所述,江西鎢礦的地壓活動(dòng),一直是礦山開采中的一個(gè)主要問題.它不但直接影響生產(chǎn),而且危害人民生命財(cái)產(chǎn)安全.但是,通過近二十年的大力開展科研活動(dòng),堅(jiān)持長(zhǎng)期監(jiān)測(cè),對(duì)鎢礦的地壓活動(dòng)規(guī)律有了一定的認(rèn)識(shí).例如對(duì)采空區(qū)進(jìn)行處理和加強(qiáng)監(jiān)測(cè),及時(shí)預(yù)報(bào),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(dá)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(zhǎng)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(yīng)力分布十分復(fù)雜.特別是遇到大規(guī)模或發(fā)育的斷裂構(gòu)造帶地區(qū),更有產(chǎn)生大面積地壓活動(dòng)的可能.據(jù)統(tǒng)計(jì),各礦的采空區(qū)體積,截至1972年,分別達(dá)到60～300萬立米,甚至更大.由此可見,采空區(qū)的存在,是導(dǎo)致地壓活動(dòng)的主要原因之一,必須進(jìn)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(guó)內(nèi)首先研究和應(yīng)用抽采夾墻、礦柱、強(qiáng)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(jīng)過處理以后,效果顯著,消除了空?qǐng)?改善了巖體應(yīng)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(shí),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(yàn)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(duì)于減小巖移規(guī)模和巖移空間,延緩大面積來壓時(shí)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?qū)﹃P(guān)鍵部位的空?qǐng)龌旧隙汲涮盍隧肥?使大面積地壓活動(dòng)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(jīng)濟(jì)上亦獲得顯著的效益.比如,據(jù)部分礦山估算,僅因多回收礦石量這一項(xiàng),直接獲得的折合經(jīng)濟(jì)效益就已達(dá)幾千萬元.至于間接的經(jīng)濟(jì)效益則更為明顯,它將在今后長(zhǎng)期的生產(chǎn)和安全的實(shí)踐中逐漸體現(xiàn)出來.2.地壓活動(dòng)的未來趨勢(shì)自1964年開展地壓活動(dòng)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(cè)試手段進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)工作,至今近二十年一直在持續(xù)進(jìn)行.實(shí)踐證明,只有在收集整理大量可貴的實(shí)測(cè)資料的基礎(chǔ)上,才有可能對(duì)地壓活動(dòng)及時(shí)預(yù)報(bào).例如(1)小龍礦,該礦通過工程地質(zhì)分析,現(xiàn)場(chǎng)綜合調(diào)查,對(duì)地壓活動(dòng)整體趨勢(shì)作過基本判斷,建立了綜合觀測(cè)網(wǎng).采用以木滑尺、水準(zhǔn)測(cè)量、經(jīng)緯儀測(cè)量等位移觀測(cè)為主的,輔以宏觀觀測(cè)(察),如人工聽聲、觀測(cè)裂縫變化等手段,提前3天準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)了該礦1972年4月11日的大面積地壓活動(dòng).由于事前有予報(bào),及時(shí)地撤離了人員和設(shè)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(guān)單位的聯(lián)合調(diào)查中,對(duì)該礦區(qū)未來的地壓活動(dòng)的發(fā)展趨勢(shì)作過預(yù)計(jì),同時(shí)在礦山開展了現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)工作.1976年后又進(jìn)一步做了工作,并作出判斷.繼續(xù)以位移觀測(cè)為主的,結(jié)合其他手段密切監(jiān)視地壓活動(dòng)的發(fā)展.經(jīng)過長(zhǎng)期監(jiān)測(cè),獲得了地壓活動(dòng)全過程的資料(參見圖7),事實(shí)表明,黃沙礦區(qū)從地壓活動(dòng)的初始階段直至1979年5～7日大面積的巖體移動(dòng)和局部性的崩塌全過程,與原來的預(yù)計(jì)和判斷的非常吻合.由于對(duì)地壓活動(dòng)的全過程進(jìn)行了有效的監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào),故在大面積地壓活動(dòng)之前,基本上結(jié)束了活動(dòng)區(qū)內(nèi)的開采作業(yè),生產(chǎn)和安全才幸免遭受損失.(3)巋美山礦在有關(guān)單位配合下,于1975年年中,應(yīng)用以巖體位移觀測(cè)(如水準(zhǔn)、經(jīng)常測(cè)量,木滑尺測(cè)量)和地音儀為主的手段,結(jié)合人工聽聲、裂隙檢查等宏觀觀測(cè)措施,根據(jù)多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),對(duì)已發(fā)生連續(xù)破裂、下沉的694中段東四,東五大采民段進(jìn)行監(jiān)測(cè).1975年10月下旬又集中力量對(duì)該區(qū)段進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè),24小時(shí)連續(xù)觀測(cè).于11月2日14時(shí)停止觀測(cè),16時(shí)這兩個(gè)采場(chǎng)安全、準(zhǔn)點(diǎn)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(yīng)用木滑尺、地音儀、人工聽聲、裂縫檢查等手段,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)象和實(shí)際經(jīng)驗(yàn),對(duì)已發(fā)生開裂、移動(dòng)的240中段4～1大采裝藥洞室及其周圍巖體實(shí)行監(jiān)測(cè),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(jù)文獻(xiàn)介紹,石人嶂礦應(yīng)用測(cè)定巖石自然掉碴,人工聽聲和定期的現(xiàn)場(chǎng)檢查等方法,密切注視地壓活動(dòng)的發(fā)展.分別提前2天和4天準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)了該礦1979年4月21日中組西區(qū)的局部性地壓活動(dòng)和4月23日中組本區(qū)的大