0 引言

赣南钨矿山地质类型复杂，主要以高温热液充填石英脉群石控钨矿类型.矿体多为急倾斜，空间结构复杂多变，似五层楼结构^[1].多数矿山矿区内围岩稳固，岩体节理、裂隙较发育，岩性硬脆为主.赣南钨矿山几乎全部采用空场法开采，经过几十年的开采，形成了大量采空区，不同规模的地压活动时有发生.由于早期开采主要以民采为主，开采技术水平较低，主要以“巷道式”见矿采矿的方式开采.使矿体上部遗留大量形态复杂的采空区，破坏了岩体结构，给地压活动发生创造了条件.从20世纪50年代开始，多数矿山以国营为主，开始采取正规的管理模式开采，但是由于赣南钨矿山的成矿规律以及矿体赋存空间结构，使得钨矿山的开采主要以空场采矿法当中的留矿法、分段空场法、阶段矿房法等开采，少部分采取崩落法开采.这些采矿方法使得矿山遗留下大量采空区以及残留矿体、矿柱.由于遗留下的空区大多没有进行处理，只有小部分空区进行过废石充填或是封闭采空区，这就给矿山地压活动的发生留下了安全隐患.为确保安全生产，有效控制大规模地压活动的发生，很有必要对钨矿山进行地压调查，查明地压显现并分析其力学成因，采取合理的方法进行地压评价，判断地压活动发生的可能性及规模大小.

1 赣南钨矿山地压调查 1.1 赣南钨矿山地压显现的特征

地压显现的形式和程度由岩体的受力状态、岩体结构和重量、岩体物理力学性质、工程地质条件以及时间等因素控制和决定^[2].常见的“地压显现”形式有岩体变形、微观或宏观破坏、岩层移动、巷道底鼓、片帮、冒顶、断面收缩、支架破坏、采场垮落、岩爆等.由于赣南钨矿山的矿体赋存条件，矿体结构空间的复杂性，以及开采条件的限制，使得赣南钨矿山地压活动具有以下四类特征^[3-4].

(1) 岩层移动和地表塌陷.一般采用空场采矿法或崩落采矿法开采矿脉群时，地表往往容易形成塌陷区，在塌陷区周边形成阶梯断裂带，在断裂带的外围产生岩层移动区，如赣南的岿美山钨矿、大吉山钨矿、铁山垅黄沙矿区等.使大脉单采区地表容易形成陷落坑，陷落坑多出现在上盘且与断裂构造关系密切，如白石山钨矿、盘古山钨矿、画眉坳钨矿等.

(2) 大规模地压活动.大规模地压活动发生时，宽度在两条矿脉间距以上，破坏波及范围沿走向方向大于300 m，深度大于100~200 m，面积有几万平方米，有的甚至到达几十万平方米，影响范围在3个中段以上.此类地压活动破坏范围极大，来势凶猛，产生频繁的岩石破裂声以及剧烈声响，现场形成冲击气浪及粉尘弥漫等现象.控制不当将会严重威胁作业安全，造成生产系统瘫痪，导致停产和矿产资源损失.如盘古山钨矿1967年9月24日发生的大规模地压活动，井下生产系统遭到严重破坏，造成矿山停产一年多.

(3) 局部地压活动.地压活动点总体表现分散，多发生在一二条矿脉的破坏和滑移，波及地表时一般形成小的陷落坑，在井下表现为支架跨塌、片帮、冒顶、底鼓等现象，围岩出现小的位移，沿断层、结构面开裂，在采场两帮围岩出现闭合收敛，使得矿柱和留矿堆受到挤压，导致采场回采及放矿困难.这类地压活动发展缓慢，但是普遍存在，在围岩临近破坏时，局部表现出强烈的地压活动.这些局部地压活动的发生、发展都与大量未处理空区有关.

(4) 岩爆现象.由于赣南钨矿山基本属于硬岩矿山.随着开采深度的增加，地应力增大，部分矿山出现了不同于上部中段的地压活动.如采场围岩出现强烈声响之后产生片帮、冒顶；一些采场发生巨响后崩塌，致使巷道堵塞；有些采场工作面或矿柱中的石英脉石出现岩石爆裂声响后，使得石英脉石呈现粉状或片状突出等.目前赣南钨矿山开采深度相对来说并不算很深，只出现一些小型岩爆现象，还没有严重影响到生产.但是随着赣南钨矿山开采深度不断增加，在未来深部矿体开采中岩爆现象将越来越严重.

1.2 地压调查的方法

根据赣南钨矿山地压显现的特征，为了查明赣南钨矿山地压活动形成的原因，很有必要对钨矿山进行地压调查.地压调查常用的方法有^[5]：直观描述法、统计分析法和测量法.

(1) 直观描述法.也称宏观调查，该方法主要是针对赣南钨矿山矿体的赋存形态，采空区的分布范围及大小，采场的暴露面积，采场顶底板岩性，矿区内的断层、节理、裂隙以及各种局部的地压显现形式，岩层移动及地表塌陷等进行直观描述.

(2) 统计分析法.该方法主要是应用统计学的方法，针对钨矿山地压显现的形式、大小、范围等进行统计分析，寻找规律，查出可能产生大规模地压的采空区体积范围等.

(3) 测量法.该方法主要是采用各种测量仪器对采空区大小、矿柱压力、巷道顶板变形、应力等进行测量^[6].如采用三维激光探测仪、地质雷达等对采空区大小进行测量，采用光弹应力计、钻孔应力计、液压枕、钢筋测力计等进行应力监测，采用木滑尺、顶板沉降计、多点位移计、水准仪、经纬仪等进行变形位移测量，采用声发射仪(地音仪)对岩体破坏产生的声响进行测量，采用声波仪对岩体及矿柱的破坏程度进行监测等.

1.3 地压调查的重点

由于地压显现的形式和程度由多种因素决定和控制，因此地压调查中应把握重点，结合赣南钨矿山地压显现的特征，对赣南钨矿山地压调查的重点有以下几点：

(1) 采空区调查.地下开采形成的采空区是引起地压的最直接原因，没有采空区就没有地压，因此，地压调查的重点首先是采空区的调查，包括采空区空间形态、采空区体积、暴露面积及采空区连通性等，采空区基本情况的调查是进行地压评价的最重要资料.

(2) 岩体结构面调查.实践证明：对于非高应力区域采用空场法开采倾斜或急倾斜矿体时，采场破坏形式主要以结构面为突破口，从而引发采场失稳，采空区顶板围岩中结构面分布形式及其与临空面的方位关系是决定采空区顶板稳定性的关键因素^[7-8].对于以节理裂隙为主的结构面，主要以节理间距进行调查，原因是节理间距大小与岩体强度有着直接的关系，采用节理间距指标能有效反映岩石强度与实际岩体强度关系.此外，节理间距的大小与RQD值之间具有一定的相关性，然而节理间距值比RQD值更荣易获取.另外，还需要调查结构面产状与采空区方位之间的关系.对于大的构造面(断层、软弱夹层等)则应单独详细调查，尤其是搞清楚大型构造面与采空区的空间关系.

(3) 地下水与矿柱状况.对于不同性质的岩石，地下水对围岩稳定性的影响程度存在很大的不同.如一些遇水变性的岩石，此时，地下水对采空区稳定性的影响是十分显著的；对于一些遇水不变性的岩石，由于地下水的存在，也将导致结构面强度的降低，从而影响采空区的稳定性.

实践表明，矿柱是反映及决定采场稳定状态的重要结构单元.矿山工程实践表明，在非崩落法开采的矿山中，稳定的采场都存在完整的矿柱，矿柱失稳破坏必然恶化采场围岩的力学性能及采场的稳定性.也就是说，不存在矿柱结构大量破坏，而采场却处于稳定状态；也很少存在矿柱结构整体保持良好状态，而采场却处于破坏失稳的状态.

2 赣南钨矿山地压评价

赣南钨矿山在数十年的开采过程中，大大小小的地压活动时有发生，特别是在20世纪六七十年代发生的几起大规模地压活动^[9]，如盘古山钨矿1967年9月24日大中段一次性崩塌与地表陷落，1970年5月28日下垄矿樟斗矿区3个中段岩崩，1972年4月11日小龙钨矿3个中段岩崩与倒塌，1979年6~7月5中段以上大岩移与崩塌等.分析地压成因，导致这些地压活动的主要原因都是钨矿山所遗留的大量未处理的采空区，因此，赣南钨矿山地压评价的重点也就是采空区的稳定性评价.

2.1 稳定性影响因素

赣南钨矿山主要的采矿方法为空场采矿法，该类采矿方法所留下的采空区通常由顶、底板及各种矿柱三个构成要素组成.其采空区的稳定性影响因素比一般的巷道、地下硐室更为复杂^[10]，主要表现在：①采空区通常由顶板、底板及各种矿柱三要素组成，采空区的稳定性是这三要素的稳定性综合决定；②由于构成采空区的顶板、底板及矿柱的岩性、岩体结构存在差异，并不是完全相同的一个整体；③矿体的形态、采空区空间分布和几何尺寸是影响采空区稳定性的特有因素.这三类构成要素对采空区稳定性的影响程度和作用机理也存在差异，如图 1所示.

从图 1可以看出：由坚硬岩体构成的采空区其稳定性主要取决于顶板与矿柱，当矿柱体完整性较好、宽高比相差不大并没有贯通性结构面的情况下，此时，采空区的稳定性主要取决于顶板的稳定性.结合现场采空区失稳破坏的形式以及相关研究资料表明，影响采空区稳定性的主要因素有：①岩石强度.岩石强度包括抗拉强度、抗剪强度、抗压强度，采矿工程引起的岩体失稳破坏，主要表现为剪切破坏和拉伸破坏，如采空区顶板岩体受拉破坏和采场拐角处由于应力集中引起的剪切破坏等.因此，岩石强度是分析评价采空区稳定性的根本因素；②顶板暴露面积.研究表明，采用空场法开采的钨矿山采空区稳定性与顶板暴露面积关系密切，很多情况都是由于采空区顶板暴露面积过大，引起采空区失稳；③地应力状态.主要表现在地应力大小及其主应力方向两个方面，一般采用最大主应力与岩石抗压强度的比值，作为地应力对地下工程开挖围岩稳定性定量评价指标；④结构面状态.包括结构面间距、产状，以及结构面充填物和粗糙程度；⑤地下水；⑥矿柱状况.

2.2 评价方法

评价方法就是根据各种稳定性影响因素，建立其对采空区稳定性评价的关系，通过对各影响因素进行量化处理，把处理后的结果以数字或图表的方式表达，来说明采空区的稳定性状况.目前用于采空区稳定性评价的方法很多，主要有数值分析法、突变理论法、模糊识别法及神经网络法等进行评价.

大规模错综复杂的采空区稳定性分析和评价是一个极其复杂的过程，而采用数值模拟可使用有限单元法、边界单元法、离散单元法及有限差分法等，能够从整体上了解采空区周围岩石的应力分布规律及变形趋势，从而获得最优近似解，评价采空区稳定性^[11].目前国内外已经有许多可用于岩土工程分析的、比较成熟的数值计算软件可供直接使用，如ANSYS、FLAC、ADINA等.FLAC有限差分程序，近年来逐步成熟完善，特别适合于求解采矿工程中非线性的大变形问题，非常适合采空区稳定性评价.突变理论注重研究系统状态发生突变时外界的控制条件，阐述系统中某些变量为何从连续逐渐变化导致系统状态的突然变化^[12].该方法特别适用于采空区顶板及矿柱的稳定性评价.模糊识别法是采用影响采空区稳定性影响因素，确定其评价因子，分析各因子相互关系及对采空区稳定性的影响程度从而确定其权重，建立稳定性模糊综合评价模型.由于采空区稳定与不稳定之间难以划定明确的界限，从一方到另一方中间经历了一个从量变到质变的连续过渡过程，这种不确定性适合用模糊数学理论来解决，因此模糊识别法是采空区稳定性评价的有效方法.神经网络是一个开放的非线性动态系统，可以根据实际需要充分考虑诸多因素的影响，随着学习样本数量的增加，通过网络不断自学习能形成更加完善的网络结构，从而提高了预测精度.因此，神经网络是采空区稳定性预测的一种有效手段.

从上述评价方法的多样性可以看出，用于综合评价采空区稳定性的方法尚处于发展阶段.由于影响地下硐室围岩稳定性的因素具有复杂多变性、不确定性和数据的不完备性等特征，因此，对围岩稳定性判据至今没有一个统一的认识^[12].考察各种评价方法，发现对采空区稳定评价效果的优劣主要取决于影响采空区稳定性的因素及其权重选取的合理性，针对多因素的权重选择可采用层次分析法或关系矩阵法.文献[10]建立了基于关系矩阵和模糊理论的采空区稳定性综合评价法，该方法对于赣南钨矿山地压评价具有一定的实用价值，已在荡坪钨矿宝山矿区、岿美山钨矿等矿山得到应用.

3 结束语

赣南钨矿山地压问题是目前尚未解决好的问题，本文对地压调查方法、重点及影响地压的主要因素等进行了较详细的讨论，最后提出了相应的评价方法，对赣南钨矿山地压调查及评价具有一定的指导意义.