地下礦山冒頂片幫風(fēng)險(xiǎn)控制技術(shù)研究

吳亞斌，唐紹輝，李廣輝

(1.長沙礦山研究院有限責(zé)任公司， 湖南長沙 410012;2.金屬礦山安全技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南長沙 410012;3.招金礦業(yè)股份有限公司蠶莊金礦， 山東招遠(yuǎn)市 265400)

0 引言

地下礦山冒頂片幫已經(jīng)成為制約礦山發(fā)展的一個難題，隨著礦山向深部開采，地壓增大，殘留大量的采場、硐室、巷道因沒有及時處理，容易發(fā)生坍塌事故，尤其對地下轉(zhuǎn)露天開采的礦山影響很大，對開采帶來了嚴(yán)重的安全隱患，給礦山工作人員和設(shè)備帶來嚴(yán)重的威脅，必須對冒落引起的人員傷亡和損害的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行管理。

目前，國內(nèi)外在地下礦山冒頂片幫方面有很多的研究成果，如陳一洲［1］等認(rèn)為采場冒頂片幫事故原因大致可分為采礦方法不合理和頂板管理不善、支護(hù)不當(dāng)、檢查不周、浮石處理不當(dāng)、礦床地質(zhì)條件差、地壓活動等。原虎軍［2］等運(yùn)用模糊層次分析法(FAPH)建立了金屬地下礦山釆場安全風(fēng)險(xiǎn)層次模型，認(rèn)為采場巖體質(zhì)量、采場二次應(yīng)力分布、爆破沖擊和時間效應(yīng)4個主控因素共同影響著地下采場的穩(wěn)定性，通過構(gòu)建模糊判斷矩陣計(jì)算出4個主控因素的權(quán)重排序依次為采場巖體質(zhì)量、采場二次應(yīng)力分布、爆破沖擊和時間效應(yīng)。張兵［3］對冒頂片幫事故進(jìn)行了全面分析，建立了冒頂片幫事故樹，計(jì)算結(jié)果包含了228組最小割集，5組最小徑集，為控制冒頂片幫事故提供了理論依據(jù)。

綜合上述研究成果，本文研究并提出了地下礦山冒頂片幫風(fēng)險(xiǎn)控制系統(tǒng)化研究方法、風(fēng)險(xiǎn)控制技術(shù)路線和流程。

1 冒頂片幫事故發(fā)生的原因分析

通過收集國內(nèi)礦山在2001年～2013年13年間全國金屬非金屬礦山事故發(fā)生事故的案例，并對事故發(fā)生的類型和原因進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，坍塌、冒頂片幫引起傷亡的人數(shù)占大多數(shù)，從以下3方面分析影響冒頂片幫事故發(fā)生的因素［4-5］。

2.1 技術(shù)因素

(1)采礦方法不合理。采場布置方式與礦床地質(zhì)條件不適應(yīng)，采場階段太高、礦塊太長，導(dǎo)致頂板暴露面積太大，回采結(jié)束對空區(qū)處理不當(dāng)?shù)取?/p>

(2)頂板支護(hù)方法不當(dāng)。頂板支護(hù)方法不當(dāng)、放頂時間不及時，均容易發(fā)生冒頂事故。天井、漏斗布置在礦體上盤或切割巷道過寬都容易破壞礦體及圍巖的完整性，容易產(chǎn)生冒頂片幫事故。

(3)冒頂片幫處理操作方法不當(dāng)。對于小范圍的冒頂片幫，如果處理不當(dāng)會引起的冒頂事故，大多數(shù)是因處理前對頂板及兩幫缺乏全面、細(xì)致的檢查，沒有掌握浮石情況而造成的。

(4)地壓活動的影響。有些礦山在開采后對采空區(qū)未能及時有效地處理，隨著開采深度不斷增加，礦山的生產(chǎn)區(qū)域不同程度的受到采空區(qū)地壓活動的影響，容易導(dǎo)致井下采場和巷道發(fā)生大面積冒頂片幫事故。

2.2 環(huán)境因素

環(huán)境因素主要體現(xiàn)在地質(zhì)情況變化，自然條件不好，如在采礦體中有小斷層、裂隙、溶洞、軟巖、泥夾層、破碎帶、裂隙水等，都容易引起冒頂片幫，在采掘作業(yè)過程中要特別注意。另外，斷層、褶曲等地質(zhì)構(gòu)造形成破碎帶，或者由于節(jié)理、層理發(fā)育，破壞了頂板的穩(wěn)定性，導(dǎo)致容易發(fā)生冒頂片幫事故。

2.3 管理因素

在冒頂片幫事故中，大多數(shù)都是由于作業(yè)前缺乏認(rèn)真、全面的檢查，疏忽大意，沒有嚴(yán)格執(zhí)行“敲幫問頂”制度等原因造成的。根據(jù)冒頂傷亡事故分析，只有極小部分的事故是由于較大型冒落引起的，大多數(shù)都屬于局部冒落及浮石傷人，且多發(fā)生在爆破后一段時間內(nèi)。由于巖石受爆破的沖擊和震動作用后，有些發(fā)生松動和開裂的巖石，稍受震動或時間一長就會冒落，所以在放炮后應(yīng)加強(qiáng)對采場頂板和邊幫的檢查和處理。另外，在節(jié)假日后或停工時間較長后，恢復(fù)生產(chǎn)時也應(yīng)加強(qiáng)對頂板和邊幫的檢查和處理。

3 冒頂片幫風(fēng)險(xiǎn)控制研究方法與技術(shù)路線

3.1 冒頂片幫風(fēng)險(xiǎn)控制技術(shù)研究方法

通過對國內(nèi)外冒頂片幫風(fēng)險(xiǎn)控制研究資料的分析和整理，目前，冒頂片幫風(fēng)險(xiǎn)控制研究最為全面和系統(tǒng)的研究方法如下［6］:

(1)在地質(zhì)數(shù)據(jù)編錄的基礎(chǔ)上，利用三維可視化軟件繪制了礦體及圍巖一定范圍內(nèi)的RQD等值線圖;

(2)將地質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)一步解釋成巖石力學(xué)方面的數(shù)據(jù)，如節(jié)理組數(shù)(Jn)、節(jié)理間距(Jv)，節(jié)理粗糙程度(Jr)、節(jié)理蝕變系數(shù)(Ja)等，采用了地質(zhì)評價系統(tǒng)方法對礦巖進(jìn)行評價，分別以直方圖和累計(jì)概率密度曲線形式對RQD、FF、Jn、Jr值進(jìn)行描述;

(3)開展了巖石室內(nèi)力學(xué)實(shí)驗(yàn)，全面掌握開采范圍內(nèi)巖石和巖體力學(xué)性質(zhì);

(4)將設(shè)計(jì)方案中的采礦方法和開采順序與前期基礎(chǔ)研究成果相結(jié)合，進(jìn)行數(shù)值模擬和力學(xué)計(jì)算分析，計(jì)算不同方案其巖體穩(wěn)定的可能性，從技術(shù)上控制冒頂片幫的風(fēng)險(xiǎn);

(5)應(yīng)用監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行冒頂片幫監(jiān)測，通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，研究采區(qū)地壓發(fā)展規(guī)律，從而驗(yàn)證前期冒頂片幫控制技術(shù)的研究成果。

3.2 冒頂片幫風(fēng)險(xiǎn)控制技術(shù)路線

通過對冒頂片幫事故原因的分析，本文提出冒頂片幫風(fēng)險(xiǎn)控制的技術(shù)路線:收集數(shù)據(jù)—定義巖石力學(xué)特性—初步設(shè)計(jì)—冒落風(fēng)險(xiǎn)評估—冒落控制—監(jiān)測監(jiān)控，具體技術(shù)流程見圖1。

圖1 冒頂片幫風(fēng)險(xiǎn)控制技術(shù)流程

4 結(jié)論

本文研究地下礦山冒頂片幫風(fēng)險(xiǎn)控制技術(shù)，提出地下礦山冒頂片幫風(fēng)險(xiǎn)控制系統(tǒng)化研究方法和風(fēng)險(xiǎn)控制研究技術(shù)路線，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)礦山冒頂片幫風(fēng)險(xiǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化流程管理提供技術(shù)思路。

［1］陳一洲，謝賢平.非煤礦山冒頂片幫事故及預(yù)防措施［J］.礦業(yè)快報(bào)，2007(12):52-53.

［2］原虎軍，陳玉明，趙繼峰.FAPH在采場安全風(fēng)險(xiǎn)分析中權(quán)重分配的應(yīng)用［J］.有色金屬科學(xué)與工程，2010，1(1):55-58.

［3］張 兵.冒頂片幫傷亡事故的原因及預(yù)防［J］.金屬礦山，2004(7):65-67.

［4］李廣平，陳一洲.非煤礦山冒頂片幫事故分析［J］.中國礦山工程，2007，36(4):36-38.

［5］榮建偉，曾建榮.非煤礦山冒頂片幫事故原因分析及預(yù)防措施［J］.新疆有色金屬，2010(S1):56-57.

［6］汪浩浩.大紅山鐵礦頭部礦段分段空場法采場結(jié)構(gòu)參數(shù)及回采順序優(yōu)化研究［D］，昆明:昆明理工大學(xué)，2012.