黃小忠

（安徽馬鋼礦業(yè)資源集團姑山礦業(yè)有限公司）

頂板管理是地下礦山安全管理工作的主要內(nèi)容之一，頂板管理的好壞直接決定了礦山生產(chǎn)作業(yè)條件和效率，對礦山安全生產(chǎn)具有現(xiàn)實意義［1-2］。礦體本身的自然條件是決定頂板管理難度的重要因素，且與工作面的安全性息息相關(guān)。尤其在礦產(chǎn)資源的開采過程中，由于采動影響，會對圍巖產(chǎn)生破壞，導(dǎo)致巷道和工作面失穩(wěn)［3-5］，這時候如果頂板管理不當，極容易出現(xiàn)冒頂事故。和睦山鐵礦是一個地下開采礦山，處于開采后期，且各中段已經(jīng)回采至近頂柱位置，礦巖穩(wěn)定性較差，頂板管理難度較大，冒頂事故呈現(xiàn)點多面廣的特點，成因復(fù)雜，控制難度較大［6］。冒頂事故不僅影響礦石的回采進程，還導(dǎo)致設(shè)備的損壞和人員的傷害，對礦山安全生產(chǎn)極為不利［7］。因此，為了確保和睦山鐵礦順利度過殘采期，保障井下工人作業(yè)安全，需要對礦山冒頂事故發(fā)生的時空規(guī)律及成因進行統(tǒng)計分析，從而提出相應(yīng)的預(yù)防措施［8］。

1 和睦山鐵礦圍巖事故類型

和睦山鐵礦后觀音山礦段的礦巖穩(wěn)定性能較差，雖采取了安全性較高的預(yù)控頂上向進路充填法［9］，但由于該方法技術(shù)要求復(fù)雜，加上支護不當?shù)纫蛩?，?dǎo)致礦山的冒頂片幫事故頻發(fā)［10］。從表1 可知，和睦山鐵礦在2021 年發(fā)生冒頂為71 起，主要發(fā)生在進路位置，工作面為冒頂事故多發(fā)區(qū)域。這主要與工作面采礦作業(yè)強度高和支護不當有關(guān)。此外，僅在2021 年發(fā)生的頂板冒落事故便導(dǎo)致約2 萬t礦石損失，預(yù)估直接損失180 萬元，并造成后期維護費用高達126 萬元［11］。這充分說明了對和睦山鐵礦冒頂事故發(fā)生時空規(guī)律進行深入分析具有經(jīng)濟意義和現(xiàn)實意義。

2 冒頂事故發(fā)生規(guī)律統(tǒng)計分析

利用統(tǒng)計分析揭示礦山冒頂事故發(fā)生規(guī)律，從而提高安全管理人員和井下作業(yè)人員的安全意識，并進行有針對性的監(jiān)測和預(yù)防。為此，本研究重點從時間、空間以及歷史數(shù)據(jù)比較的角度分析2021 年和睦山冒頂事故的規(guī)律。

2.1 時間規(guī)律

2021 年和睦山鐵礦冒頂事故月度分布如圖1 所示。除了5、6 月份停產(chǎn)沒有統(tǒng)計外，8 月份冒頂事故發(fā)生率最高，高達12起，占比達16.9%，冒落礦石量為742.35 t。12 月份的冒頂事故發(fā)生率最低，僅2 起，占比達2.8%，冒落礦石量為53.34 t。和睦山鐵礦在各季度的冒頂事故發(fā)生比例如圖2所示，其中一季度冒頂17起，占比24%；二季度因2個月停產(chǎn)，冒頂事件最少為14 起，占比為20%；三季度冒頂事件最多，為24起，占比34%；四季度發(fā)生冒頂起數(shù)為16 起，占比為22%。如果考慮將二季度停產(chǎn)的2 個月考慮在內(nèi)，季度分布規(guī)律是逐季增多。這表明冒頂事故發(fā)生率與季度有關(guān)，這可能與礦山生產(chǎn)任務(wù)在逐季度增加有關(guān)。

為深入分析冒頂事故發(fā)生的時間規(guī)律，需要對以往各年份冒頂事故進行統(tǒng)計，圖3 和表2 是礦山自2014 年以來的數(shù)據(jù)。整體來看，冒頂事故的發(fā)生與年度因素關(guān)系不大。而分析表2 數(shù)據(jù)卻發(fā)現(xiàn)冒頂次數(shù)與各年度某些月份存在一定關(guān)系，特別是7—11月，這段時間冒頂發(fā)生次數(shù)最多，高達54%，這估計與下半年生產(chǎn)安排偏多有關(guān)。

2.2 中段與分層分布規(guī)律

一般來說不同中段或者不同分層冒頂事故的發(fā)生率是不一樣的。從表3 可以看出，和睦山鐵礦在2021 年-150、-200、-250 和-300 m 中段冒頂事故發(fā)生起數(shù)分別為23、2、23 和23 起，其中以-150、-250 和-300 m中段冒頂事故次數(shù)最多，-200 m中段冒頂事故次數(shù)最少。-150 m 中段因靠近地表，且該中段采用留礦法以及受到-200 m 中段分段采用空場嗣后充填采礦法回采時殘留的采空區(qū)垮塌影響，故冒頂事故較多；-250、-300 m 中段是主要生產(chǎn)水平，均接近頂?shù)字拭绊斒鹿拾l(fā)生趨勢相當。-200 m 中段僅年底在-162.5 m 分層回采了約0.35 萬t 礦量，其回采時間短、采出礦量少，故冒頂事故起數(shù)較少。從分層看，-142、-150、-210.5 和-257 m 分層發(fā)生的冒頂事故占比最多，其中-142、-150 m 分層受老采空區(qū)或塌陷區(qū)影響較大，而-210.5、-257 m 分層均為近頂柱分層，容易發(fā)生冒頂事故，該規(guī)律與近頂柱地壓逐漸增大的規(guī)律相同。這表明地壓凸顯是導(dǎo)致冒頂事故發(fā)生的主要因素之一。

2.3 盤區(qū)分布規(guī)律

盤區(qū)作為分層中采礦區(qū)域的劃分方式，其冒頂事件的分布很大程度反映該區(qū)域的開采條件。2021年，后觀音山礦段的零、一、二、三、四、五和六盤區(qū)冒頂事故發(fā)生起數(shù)分別為6、4、6、6、18、2 和2 起。冒頂發(fā)生次數(shù)最多為四盤區(qū)，其次為零、二和三盤區(qū)，最少為五盤區(qū)。這主要由于零盤區(qū)和四盤區(qū)為開采集中區(qū)域，回采作業(yè)多，開采任務(wù)重，礦體受擾動大。其中零盤區(qū)的-257、-215 以及-155.5 m 分層都已經(jīng)作為回采分層，四盤區(qū)的回采接近中段頂板，這些因素導(dǎo)致更易發(fā)生冒落。相對來說，五盤區(qū)條件較好，且處于主礦體的末端，安排的生產(chǎn)任務(wù)較輕，因此發(fā)生冒頂概率最低。

2.4 萬噸冒頂發(fā)生率

表4 為和睦山鐵礦采出礦量和冒頂數(shù)的對應(yīng)關(guān)系。就全年來說，2021 年和睦山鐵礦萬噸事故發(fā)生率為1.35 起/萬t，相較上一年的0.58 起/萬t，提高了132%。如果采礦方法和進路結(jié)構(gòu)參數(shù)等不進行變更，2022 年后觀音山礦段萬噸冒頂發(fā)生率將不低于1.35 起/萬t，因此，2022 年的安全生產(chǎn)形勢會更嚴峻，必須引起高度重視。通常來說，采出礦量與對應(yīng)的冒頂起數(shù)呈正相關(guān)，但由表4 可知，和睦山鐵礦每月采出礦量與冒頂次數(shù)的正相關(guān)關(guān)系并不明顯。這可能由于礦山已經(jīng)達到回采后期，圍巖和礦體均出現(xiàn)破碎，再加上后期頂板管理難度較大且受到停產(chǎn)因素影響，因此，即使在產(chǎn)量較少月份，也有一定概率出現(xiàn)較多的冒頂事故。

3 歷年冒頂事故規(guī)律的對比分析

3.1 各分層累計冒頂事故起數(shù)

和睦山鐵礦各分層累計冒頂事故統(tǒng)計結(jié)果如表5 所示，可以看出，各中段冒頂事故發(fā)生起數(shù)變化較大，除-150 m 中段因目前開采分層有限，整體擾動和采出礦量均較少，故事故起數(shù)較少。其余中段冒頂事故均較多，尤其是-200 m 中段達到213 起，說明和睦山鐵礦礦巖整體穩(wěn)定性較差，各中段礦巖穩(wěn)定性存在較大差異。

3.2 -150 m中段不同分層冒頂起數(shù)規(guī)律

-150 m 中段各分層冒頂事故發(fā)生的規(guī)律表現(xiàn)為越下面的分層，冒頂起數(shù)越多。但是該中段各分層回采作業(yè)尚未結(jié)束，最終規(guī)律尚不明確。考慮到該中段為最高回采中段，靠近地表，且采用上向進路充填采礦法，按照其他中段規(guī)律綜合分析，受回采作業(yè)影響，預(yù)測回采后期反而是越往上的分層，礦體受擾動越大，發(fā)生冒頂事故的概率也會增大，需要特別注意。

3.3 -200 m中段不同分層冒頂起數(shù)規(guī)律

-200 m 中段作業(yè)面和頂柱的距離與事故發(fā)生起數(shù)的關(guān)系如圖4 所示，可以看出，作業(yè)面與本中段頂板的距離越近，冒頂事故發(fā)生起數(shù)越多，即概率越大。因此，在各中段回采至各中段近頂柱位置時需格外注意冒頂事故的發(fā)生，加強支護和及時充填采空區(qū)。

3.4 -250 m中段不同分層冒頂起數(shù)規(guī)律

-250 m 中段各分層發(fā)生冒頂起數(shù)統(tǒng)計于表6，同時給出了各分層距本中段頂板的距離。雖然本中段各分層冒頂次數(shù)與頂板的距離沒有像-200 m 中段那樣明顯，但最上部-210.5 m 分層雖然還沒有結(jié)束回采，其發(fā)生冒頂事故已經(jīng)最多，說明近頂柱回采安全壓力巨大。

3.5 -300 m中段不同分層冒頂起數(shù)規(guī)律

-300 m 中段的作業(yè)面到本中段頂柱的距離與冒頂事故發(fā)生起數(shù)的關(guān)系如表7 所示。隨著作業(yè)面到上中段底板距離的增加，冒頂發(fā)生起數(shù)先增加后減少，這可能與最上部-257 m 分層尚未回采完畢有關(guān)。整體來看曲線處于下降趨勢，這說明-300 m 中段冒頂發(fā)生規(guī)律和-200 m 中段是相一致的，即在中段相同的前提下，距離中段頂柱越近的作業(yè)面發(fā)生冒頂?shù)母怕试酱蟆?/p>

4 預(yù)防措施

和睦山鐵礦在2022 年的回采作業(yè)主要集中在后觀音山礦段，但由于該礦段各中段已經(jīng)回采至近頂柱位置，地壓顯現(xiàn)導(dǎo)致冒頂發(fā)生率顯著提高，安全形勢不容樂觀。因此，必須針對礦山當前的生產(chǎn)條件制定并實施嚴格的安全生產(chǎn)預(yù)防措施。

4.1 技術(shù)措施

（1）從事故類型分析知道，預(yù)控頂上向進路充填采礦法技術(shù)復(fù)雜和支護困難是造成冒頂頻發(fā)的一個重要原因。通常來說，進路規(guī)格越小，回采作業(yè)的安全性越高。結(jié)合礦山實際情況和支護水平，建議變更原來的采礦方法，采用進路規(guī)格更小的普通進路充填法，從而有利于控制頂板和邊幫，降低頂板管理難度。

（2）從冒頂事故發(fā)生位置統(tǒng)計分析可知，工作面是冒頂發(fā)生最多的地方。主要是由于作業(yè)面高強度爆破作業(yè)造成的。因此，為了減少工作面爆破回采作業(yè)對進路巷道的擾動，建議優(yōu)化爆破參數(shù)和采用更為先進的光面爆破技術(shù)。這不僅能提高進路成形的質(zhì)量，還可以減少巷道后期維護的成本。

（3）通過分析冒頂發(fā)生率與中段之間關(guān)系，冒頂事故的發(fā)生率與工作面距離中段頂柱的遠近呈正相關(guān)。在近頂柱的情況下，地壓會逐漸增大，導(dǎo)致頂板和圍巖變形，從而形成裂縫，再加上原本存在的節(jié)理裂隙也會被擴大，直至破壞頂板的完整性，演變?yōu)轫敯寰植炕虼竺娣e冒落。因此，建議在合理的前提下留設(shè)或增設(shè)更厚的中段頂柱，即護頂?shù)V柱，使得頂板地壓控制在合理水平。

（4）通過分析冒頂發(fā)生的時間規(guī)律，發(fā)現(xiàn)回采時間短的巷道冒頂事故發(fā)生較少。因此，減少進路巷道暴露的時間能有效減少冒頂?shù)陌l(fā)生。建議在冒頂頻發(fā)的區(qū)域適當縮短進路的長度，提高作業(yè)循環(huán)次數(shù)和效率。在進路回采結(jié)束后及時進行充填，同時確保充填質(zhì)量。此外，冒頂發(fā)生率與季度存在關(guān)系，建議平衡生產(chǎn)任務(wù)，避免生產(chǎn)任務(wù)過于集中或者逐漸遞增等不合理安排。

4.2 組織管理措施

（1）通過歷史資料識別易發(fā)生冒頂?shù)牟课慌c區(qū)域，對這些區(qū)域進行單獨加強監(jiān)管，在條件允許情況下布置地壓監(jiān)測系統(tǒng)，以便進行監(jiān)測預(yù)警。

（2）細化安全事故的應(yīng)急預(yù)案，明確停止生產(chǎn)、人員撤離的具體條件。

（3）確定錨網(wǎng)施工、打眼或掛網(wǎng)等作業(yè)的安全管理制度，加強作業(yè)工人安全意識教育，嚴禁違章操作等［12］。

（4）加強安全教育和技術(shù)培訓(xùn)，杜絕違章作業(yè)和違章指揮。針對職工中存在的麻痹僥幸心理和盲目蠻干行為，加強遵守勞動紀律和操作規(guī)程的思想教育，從兩方面入手搞好技術(shù)培訓(xùn)：一是進行采礦生產(chǎn)技術(shù)知識的培訓(xùn)，使工人對所采用的采礦方法做到心中有數(shù)，不因不懂安全操作規(guī)程而違章作業(yè)；二是進行支護方法、排險方法等知識的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練。

（5）加強施工和工程質(zhì)量驗收與安全檢查，及時發(fā)現(xiàn)事故苗頭，排除不安全因素。依靠職工和安全、技術(shù)、生產(chǎn)專業(yè)管理人員做好預(yù)防工作。

（6）對冒落進路或區(qū)域根據(jù)礦山具體情況和礦石品位等多種因素考慮是否修復(fù)，在經(jīng)濟性合理情況下支護或修復(fù)，如果不具備條件，果斷放棄。

4.3 其他措施

（1）提高工人警惕性，若在鑿巖、爆破等作業(yè)過程中出現(xiàn)礦巖聲響，及時反應(yīng)并迅速離開工作區(qū)域。

（2）通過分析知道，下一分層或中段存在的老舊采空區(qū)或垮落區(qū)域均會影響上一分層或中段的冒頂發(fā)生率。因此，要及時回填空區(qū)或垮落區(qū)域，特別是注意評估后和睦山礦段空區(qū)治理對后觀音山礦段的影響。

（3）考慮到和睦山鐵礦處于開采后期，需要特別關(guān)注地下開采作業(yè)條件。比如空間、濕度、溫度和照明等因素，對于開采條件惡劣區(qū)域需要重點關(guān)注。

5 結(jié)論

（1）2021 年與歷年冒頂事故發(fā)生規(guī)律對比分析揭示，和睦山鐵礦冒頂事故主要發(fā)生位置為進路巷道，且大部分都是由頂板問題造成的。影響頂板冒落的主要原因有礦體穩(wěn)固性、采空區(qū)暴露時間、各中段或分層空區(qū)的分布以及與本中段頂板的距離等。

（2）和睦山鐵礦冒頂?shù)陌l(fā)生規(guī)律和季度有關(guān)，在逐季度增加，這可能與礦山的生產(chǎn)任務(wù)逐季度增加有關(guān)。

（3）不同中段或者不同分層冒頂事故發(fā)生率是不一樣的。總體來說，在同一中段下，工作面距離中段頂柱越近，該工作面發(fā)生冒頂?shù)目赡苄栽酱?，這與距離中段頂柱越近，其地壓越凸顯的規(guī)律是一致的。

（4）冒頂發(fā)生位置主要集中在開采區(qū)域集中的盤區(qū)和歷史回采強度較集中區(qū)域，這是由于這些區(qū)域的礦體和圍巖長期受到作業(yè)擾動，巖層較破碎，穩(wěn)固性差。

（5）2021 年冒頂事故發(fā)生率由2020 年的0.58起/萬t大幅度提高至1.35起/萬t。隨著未來礦巖穩(wěn)固性越來越差，事故發(fā)生的頻率將越來越高，必須引起足夠重視。

（6）和睦山鐵礦已經(jīng)進入以近頂柱分層回采為主的殘采期，礦巖穩(wěn)固性極差，安全生產(chǎn)壓力將越來越大。