工程地質(zhì)預(yù)報在金川礦山不良地質(zhì)條件下管理運用與方法探討

葉亮山，毛進書，付棟川，惠少坤，張玉明

（1.金川集團股份有限公司，甘肅金昌 737100；2.金昌市永昌縣人民政府，甘肅金昌 737100）

1 概述

隨著現(xiàn)代化礦山井下的建設(shè)步伐不斷加快，我國的礦山開采工程大都向礦體深、進路長的方向發(fā)展，由于礦山開采工程深度大、穿越的地質(zhì)單元復(fù)雜多變，在開采、掘進過程中可能遇到的工程地質(zhì)問題以及地質(zhì)隱患會更多、更復(fù)雜、更嚴重[1-3]。

在金川礦區(qū)，地形地貌、地質(zhì)背景非常復(fù)雜及不良地質(zhì)條件下表現(xiàn)尤為突出。而地質(zhì)、勘察設(shè)計階段，由于現(xiàn)有技術(shù)條件以及經(jīng)濟限制無法一一查清礦區(qū)的工程、水文地質(zhì)條件，導(dǎo)致礦體開采過程中遭遇斷層破碎帶、突水突泥、各巖體不規(guī)則接觸等不良地質(zhì)體，引發(fā)礦山井下的安全事故?？梢?，對礦山開采過程中穿、沿脈道、進路及措施工程掌子面前方工程、水文地質(zhì)條件，通過地質(zhì)預(yù)報技術(shù)進行深入研究，并制定出可以做出準確預(yù)測地質(zhì)預(yù)報的綜合方法，有重大的理論和現(xiàn)實意義。

2 工程地質(zhì)預(yù)報的概念

工程地質(zhì)預(yù)報是地質(zhì)工作者根據(jù)日常地質(zhì)技術(shù)服務(wù)對礦區(qū)地質(zhì)、礦床地質(zhì)特征等的學(xué)習(xí)與掌握，結(jié)合現(xiàn)階段生產(chǎn)區(qū)段開展的地質(zhì)工作，對礦巖屬性的基本了解以及近期預(yù)測預(yù)報的采掘工作面的現(xiàn)場地質(zhì)編錄等綜合工作，對預(yù)報的工作面進行較為全面細致的現(xiàn)場與理論結(jié)合的地質(zhì)工作。

2.1 工程地質(zhì)預(yù)報的主要工作

主要內(nèi)容有地質(zhì)素描、巖性描述、構(gòu)造描述以及工程及水文地質(zhì)等資料的收集，室內(nèi)圖件及文字整理后對該工作面下一個采掘循環(huán)工作中可能遇到巖石的工程地質(zhì)條件做出較為客觀準確的超前預(yù)報。

2.2 工程地質(zhì)預(yù)報的主要事項

預(yù)報內(nèi)容包括巖性、巖石質(zhì)量特征以及斷層破碎帶構(gòu)造特征等，指出施工中的注意事項及支護方式的建議，特別是可能遇到斷層、巖脈、擠壓錯動帶等軟弱巖體時更加需要工程地質(zhì)預(yù)報的指導(dǎo)，達到指導(dǎo)生產(chǎn)安全，避免出現(xiàn)片幫冒落發(fā)生。

3 工程地質(zhì)預(yù)報在金川礦山的管理與運用

工程地質(zhì)預(yù)報在金川礦山不良地質(zhì)條件下各類進路（分層道）中的作用尤為重要，且工程地質(zhì)預(yù)報在金川礦山主要以“地質(zhì)”和“測量”兩個專業(yè)開展技術(shù)服務(wù)管理工作，基于“地、測”專業(yè)的特殊性與不可替代性。

3.1 金川礦山不良地質(zhì)條件下進路（分層道）分類

（1）斷層破碎帶附近采場進路。主要是指對礦體有大的切斷、錯動的斷層，并且在斷層兩幫有一定的影響帶。由于斷層及其破碎帶自身具有一定的規(guī)模、寬度，破碎帶寬度從幾米至近十米不等，巖石條件一般非常破碎、蝕變強烈，蝕變有蛇紋綠泥透閃石化等。如Ⅲ礦區(qū)F8、Ⅰ礦區(qū)F16、F16-1斷層，Ⅱ礦區(qū)Fc斷層、F16斷層、F17斷層。位于上述大的斷層破碎帶附近的進路，要充分考慮其工程地質(zhì)特點。

（2）礦體上下盤邊緣無假頂進路。主要是指隨著每一分層回采的向下的延伸，在礦體的上下盤回采過程中，因礦體界線發(fā)生變化，會出現(xiàn)無假頂回采。這些進路的回采區(qū)域處于礦體的邊緣，其節(jié)理裂隙發(fā)育，同時上一分層采礦過程中對礦巖造成一定的擾動，巖石破碎。

（3）礦巖接觸帶進路。主要是指分層聯(lián)絡(luò)道從上盤或下盤進入礦體，開始穿脈道掘進，要穿越礦巖接觸帶。由于金川礦區(qū)成礦的特點，在礦巖接觸帶一般形成規(guī)模不等的蝕變帶，即地質(zhì)巖石類型劃分的∑s，礦巖接觸帶從幾十公分至十余米不等，片理發(fā)育，蝕變強烈。

3.2 專業(yè)技術(shù)管理在金川礦山的措施與應(yīng)用

地質(zhì)專業(yè)管理手段主要表現(xiàn)：一、系統(tǒng)對礦山地質(zhì)要素進行梳理，全面收集整理現(xiàn)階段某礦山開采區(qū)域的水文環(huán)境、應(yīng)力變形以及圍巖蝕變等各類地質(zhì)現(xiàn)象；二、對井下采場中因地質(zhì)要素出現(xiàn)的風(fēng)險隱患，尤其是對各采場出現(xiàn)的涌水、片幫、冒頂、垮塌、滑面以及變形等重點隱患問題進行分類排查、分類標記、分類規(guī)整（隱患具體說明：1頂板滲水，多表現(xiàn)為上一分層充填遺留水；地板滲水，多表現(xiàn)為巖石裂隙水；3 巷道破壞，多表現(xiàn)為巖石應(yīng)力過大，噴漿支護鼓包變形；4支護變形，多表現(xiàn)為地應(yīng)力過大，支護體承壓變形；5蝕變現(xiàn)象，多表現(xiàn)為巖石與巖石之間接觸交代與同化混染作用明顯，巖體破碎；6 片幫、冒頂及垮塌，多表現(xiàn)為巖體地質(zhì)條件差，巖石結(jié)構(gòu)復(fù)雜，采掘現(xiàn)場出現(xiàn)的不同程度的頂板、幫體的碎裂及掉落隱患）。

測量專業(yè)管理措施表現(xiàn)為強化自身業(yè)務(wù)服務(wù)水平，細化測量實測工作，服務(wù)礦山井下安全生產(chǎn)。

3.3 流程管理模式在金川礦山的探索與實踐

結(jié)合上述“地、測”專業(yè)技術(shù)管理手段中對井下采場中因地質(zhì)要素出現(xiàn)的風(fēng)險隱患，尤其是對各采場出現(xiàn)的涌水、片幫、冒頂、垮塌、滑面以及變形等重點隱患問題進行分類排查、分類標記、分類規(guī)整后，探索并實踐出一整套金川礦山工程地質(zhì)預(yù)報的模式。具體模式如下：

專業(yè)技術(shù)管理分為地質(zhì)研判（地質(zhì)專業(yè)部分）與測量實測（測量專業(yè)部分）。首先，地質(zhì)研判由三個方面組成：（1）地質(zhì)要素梳理（包括水文環(huán)境、應(yīng)力變形、圍巖蝕變，主要的方法措施與技術(shù)手段為：①強化專業(yè)素養(yǎng)；②完善設(shè)計圖中的地質(zhì)要素；③建立地質(zhì)檔案）；（2）風(fēng)險隱患辨識（包括涌水、片幫、冒頂、垮塌、滑面、變形）；（3）提供專業(yè)措施（包括預(yù)判設(shè)計、超前支護、措施掘進，主要表現(xiàn)為對采場出現(xiàn)的安全風(fēng)險要進行專業(yè)的、動態(tài)的、反復(fù)的辨識，采取及時、合理的防范措施）。其次，測量實測主要措施表現(xiàn)為測量成果及時運用，主要表現(xiàn)在利用測量技術(shù)成果，及時、高效服務(wù)作業(yè)盤區(qū)指導(dǎo)盤區(qū)生產(chǎn)。

3.4 體系管理措施在金川礦山的創(chuàng)新與運用

工程地質(zhì)預(yù)報按照“由誰做”、“怎么做”、“達到什么效果”、“怎樣評價考核”閉環(huán)要求，依據(jù)多專業(yè)合作、聯(lián)合預(yù)警，具體將工程地質(zhì)預(yù)報中“說”轉(zhuǎn)化為“做”，形成一套行之有效的工程地質(zhì)預(yù)報體系。具體運用：①地質(zhì)專業(yè)做好地質(zhì)隱患檢查、研判工作，細化地質(zhì)編錄，在結(jié)合現(xiàn)場工程地質(zhì)環(huán)境及巖性分析的基礎(chǔ)上，為生產(chǎn)工區(qū)提供合理的措施建議，通過下發(fā)《地質(zhì)隱患通知整改單》的方式要求采礦工區(qū)按要求實施整改（流程見圖1）；②測量專業(yè)在測量實測圖上詳細標定“冒落區(qū)”、“礦巖結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定區(qū)域”等工程地質(zhì)情況，進行實測預(yù)警（流程見圖2）。

圖1 地質(zhì)專業(yè)預(yù)報流程表

圖2 測量專業(yè)預(yù)報流程表

3.5 意識管理在金川礦山的拓展與提升

工程地質(zhì)預(yù)報從礦山工作人員的意識入手，使每個員工都有較強的責(zé)任心、較高的文化修養(yǎng)和過硬的技術(shù)水平，并積極發(fā)揮主觀能動性，自覺地搞好業(yè)務(wù)拓展與技術(shù)革新。具體表現(xiàn)為：制作地質(zhì)隱患區(qū)域預(yù)警圖冊（主要表現(xiàn)為在采礦設(shè)計圖上，根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)編錄，生產(chǎn)寫實，對主要生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)的巖石結(jié)構(gòu)、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、礦巖接觸帶、巖體不穩(wěn)定及冒落區(qū)在生產(chǎn)設(shè)計圖上進行一一標準，以便服務(wù)現(xiàn)場生產(chǎn)），編制地質(zhì)隱患預(yù)警的宣傳動畫（主要表現(xiàn)為將因地質(zhì)條件產(chǎn)生的安全隱患，如：涌水、片幫、冒頂、垮塌、滑面以及支護變形等現(xiàn)象已經(jīng)對應(yīng)的處理措施，做成電子動畫并加以宣傳及普及，對全員安全教育的思想認識給予一定程度的幫助與指導(dǎo)）。

將地質(zhì)隱患區(qū)域預(yù)警圖冊和地質(zhì)隱患預(yù)警的宣傳動畫一同反饋至生產(chǎn)工區(qū)，既為生產(chǎn)工區(qū)提供地質(zhì)專業(yè)預(yù)警，保證安全生產(chǎn)；同時也教育了員工，讓其自身安全理念提高，可謂一舉兩得。

3.6 科學(xué)技術(shù)在金川礦山的的更新和換代

金川礦山的地質(zhì)工作者利用surpac 軟件完成對此礦山井下資源礦體形態(tài)的三維建模，充分展現(xiàn)出各巖相及巖石接觸帶的空間位置，給安全回采提供設(shè)計依據(jù)；同時測量工作者利用surpac 軟件和全站儀完成此礦山資源范圍內(nèi)的三維巷道及空間掃描（圖3），給采礦穿沿脈、掘進巷道提供較為完善的可視化生產(chǎn)條件資料，為安全生產(chǎn)提供基礎(chǔ)支撐。

圖3 巷道三維掃描

4 結(jié)論

4.1 主要結(jié)論

（1）地質(zhì)預(yù)報可以起到非常不錯的預(yù)警效果，在礦山井下施工過程中提供有效的技術(shù)支撐。

（2）多專業(yè)協(xié)同、聯(lián)合預(yù)警是地質(zhì)預(yù)報的增強手段，建議未來礦山的地質(zhì)預(yù)報讓多專業(yè)協(xié)同參與，共同完成。

（3）由于礦山行業(yè)的特殊性和復(fù)雜性，完美的地質(zhì)預(yù)報幾乎不可能實現(xiàn)，本論文提出的措施手段不盡完善，應(yīng)在今后實踐中更進一步細化和具體化。

（4）加強與技術(shù)科室、采礦工區(qū)的溝通聯(lián)系，讓工程地質(zhì)預(yù)報受到基層單位的重視，發(fā)揮其作用。

4.2 工作展望

（1）由于礦山行業(yè)的特殊性和復(fù)雜性，徹底的礦山安全生產(chǎn)幾乎難以實現(xiàn)，但可以盡量提升礦山的本質(zhì)安全程度，本論文提出的工程地質(zhì)預(yù)報的措施與體系不盡完善，應(yīng)在今后實踐中更進一步細化和具體化。

（2）本論文中對礦山基建階段（井建工程）涉獵較少，具體包括①平巷、斜坡道工程施工中的工程地質(zhì)預(yù)報（主要在礦區(qū)圍巖中）；②豎井掘進的工程地質(zhì)預(yù)報（主要是豎井選址以及工程地質(zhì)鉆孔驗證，施工階段對較大的斷層構(gòu)造及水文地質(zhì)的針對性預(yù)報），此部分工程預(yù)報還需后期工作中，提上日程并加以推廣，以便更好地服務(wù)礦山安全生產(chǎn)。

（3）本論文中提出的工程地質(zhì)預(yù)報在安全管理工作中表現(xiàn)，還應(yīng)在實踐中進一步修改和完善，以期更好地指導(dǎo)此礦山的長周期、高效能安全生產(chǎn)與建設(shè)的工作。