吳亞斌，唐紹輝，李廣輝

(1.長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司， 湖南長(zhǎng)沙 410012;2.金屬礦山安全技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南長(zhǎng)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(gè)難題，隨著礦山向深部開(kāi)采，地壓增大，殘留大量的采場(chǎng)、硐室、巷道因沒(méi)有及時(shí)處理，容易發(fā)生坍塌事故，尤其對(duì)地下轉(zhuǎn)露天開(kāi)采的礦山影響很大，對(duì)開(kāi)采帶來(lái)了嚴(yán)重的安全隱患，給礦山工作人員和設(shè)備帶來(lái)嚴(yán)重的威脅，必須對(duì)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(guó)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(chǎng)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(dòng)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(chǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)層次模型，認(rèn)為采場(chǎng)巖體質(zhì)量、采場(chǎng)二次應(yīng)力分布、爆破沖擊和時(shí)間效應(yīng)4個(gè)主控因素共同影響著地下采場(chǎng)的穩(wěn)定性，通過(guò)構(gòu)建模糊判斷矩陣計(jì)算出4個(gè)主控因素的權(quán)重排序依次為采場(chǎng)巖體質(zhì)量、采場(chǎng)二次應(yīng)力分布、爆破沖擊和時(shí)間效應(yīng)。張兵［3］對(duì)冒頂片幫事故進(jìn)行了全面分析，建立了冒頂片幫事故樹(shù)，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(guò)收集國(guó)內(nèi)礦山在2001年～2013年13年間全國(guó)金屬非金屬礦山事故發(fā)生事故的案例，并對(duì)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(chǎng)布置方式與礦床地質(zhì)條件不適應(yīng)，采場(chǎng)階段太高、礦塊太長(zhǎng)，導(dǎo)致頂板暴露面積太大，回采結(jié)束對(duì)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(shí)間不及時(shí)，均容易發(fā)生冒頂事故。天井、漏斗布置在礦體上盤(pán)或切割巷道過(guò)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(duì)于小范圍的冒頂片幫，如果處理不當(dāng)會(huì)引起的冒頂事故，大多數(shù)是因處理前對(duì)頂板及兩幫缺乏全面、細(xì)致的檢查，沒(méi)有掌握浮石情況而造成的。

(4)地壓活動(dòng)的影響。有些礦山在開(kāi)采后對(duì)采空區(qū)未能及時(shí)有效地處理，隨著開(kāi)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(dòng)的影響，容易導(dǎo)致井下采場(chǎng)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(guò)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(méi)有嚴(yán)格執(zhí)行“敲幫問(wèn)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(shí)間內(nèi)。由于巖石受爆破的沖擊和震動(dòng)作用后，有些發(fā)生松動(dòng)和開(kāi)裂的巖石，稍受震動(dòng)或時(shí)間一長(zhǎng)就會(huì)冒落，所以在放炮后應(yīng)加強(qiáng)對(duì)采場(chǎng)頂板和邊幫的檢查和處理。另外，在節(jié)假日后或停工時(shí)間較長(zhǎng)后，恢復(fù)生產(chǎn)時(shí)也應(yīng)加強(qiáng)對(duì)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(guò)對(duì)國(guó)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(píng)價(jià)系統(tǒng)方法對(duì)礦巖進(jìn)行評(píng)價(jià)，分別以直方圖和累計(jì)概率密度曲線形式對(duì)RQD、FF、Jn、Jr值進(jìn)行描述;

(3)開(kāi)展了巖石室內(nèi)力學(xué)實(shí)驗(yàn)，全面掌握開(kāi)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(kāi)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(cè)設(shè)備進(jìn)行冒頂片幫監(jiān)測(cè)，通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)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(guò)對(duì)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(píng)估—冒落控制—監(jiān)測(cè)監(jiān)控，具體技術(shù)流程見(jiàn)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(chǎng)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(guó)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?qǐng)龇ú蓤?chǎng)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.