地下矿山冒顶片帮风险控制技术研究

吴亚斌，唐绍辉，李广辉

(1.长沙矿山研究院有限责任公司， 湖南长沙 410012;2.金属矿山安全技术国家重点实验室，湖南长沙 410012;3.招金矿业股份有限公司蚕庄金矿， 山东招远市 265400)

0 引言

地下矿山冒顶片帮已经成为制约矿山发展的一个难题，随着矿山向深部开采，地压增大，残留大量的采场、硐室、巷道因没有及时处理，容易发生坍塌事故，尤其对地下转露天开采的矿山影响很大，对开采带来了严重的安全隐患，给矿山工作人员和设备带来严重的威胁，必须对冒落引起的人员伤亡和损害的风险进行管理。

目前，国内外在地下矿山冒顶片帮方面有很多的研究成果，如陈一洲［1］等认为采场冒顶片帮事故原因大致可分为采矿方法不合理和顶板管理不善、支护不当、检查不周、浮石处理不当、矿床地质条件差、地压活动等。原虎军［2］等运用模糊层次分析法(FAPH)建立了金属地下矿山釆场安全风险层次模型，认为采场岩体质量、采场二次应力分布、爆破冲击和时间效应4个主控因素共同影响着地下采场的稳定性，通过构建模糊判断矩阵计算出4个主控因素的权重排序依次为采场岩体质量、采场二次应力分布、爆破冲击和时间效应。张兵［3］对冒顶片帮事故进行了全面分析，建立了冒顶片帮事故树，计算结果包含了228组最小割集，5组最小径集，为控制冒顶片帮事故提供了理论依据。

综合上述研究成果，本文研究并提出了地下矿山冒顶片帮风险控制系统化研究方法、风险控制技术路线和流程。

1 冒顶片帮事故发生的原因分析

通过收集国内矿山在2001年～2013年13年间全国金属非金属矿山事故发生事故的案例，并对事故发生的类型和原因进行统计分析，坍塌、冒顶片帮引起伤亡的人数占大多数，从以下3方面分析影响冒顶片帮事故发生的因素［4-5］。

2.1 技术因素

(1)采矿方法不合理。采场布置方式与矿床地质条件不适应，采场阶段太高、矿块太长，导致顶板暴露面积太大，回采结束对空区处理不当等。

(2)顶板支护方法不当。顶板支护方法不当、放顶时间不及时，均容易发生冒顶事故。天井、漏斗布置在矿体上盘或切割巷道过宽都容易破坏矿体及围岩的完整性，容易产生冒顶片帮事故。

(3)冒顶片帮处理操作方法不当。对于小范围的冒顶片帮，如果处理不当会引起的冒顶事故，大多数是因处理前对顶板及两帮缺乏全面、细致的检查，没有掌握浮石情况而造成的。

(4)地压活动的影响。有些矿山在开采后对采空区未能及时有效地处理，随着开采深度不断增加，矿山的生产区域不同程度的受到采空区地压活动的影响，容易导致井下采场和巷道发生大面积冒顶片帮事故。

2.2 环境因素

环境因素主要体现在地质情况变化，自然条件不好，如在采矿体中有小断层、裂隙、溶洞、软岩、泥夹层、破碎带、裂隙水等，都容易引起冒顶片帮，在采掘作业过程中要特别注意。另外，断层、褶曲等地质构造形成破碎带，或者由于节理、层理发育，破坏了顶板的稳定性，导致容易发生冒顶片帮事故。

2.3 管理因素

在冒顶片帮事故中，大多数都是由于作业前缺乏认真、全面的检查，疏忽大意，没有严格执行“敲帮问顶”制度等原因造成的。根据冒顶伤亡事故分析，只有极小部分的事故是由于较大型冒落引起的，大多数都属于局部冒落及浮石伤人，且多发生在爆破后一段时间内。由于岩石受爆破的冲击和震动作用后，有些发生松动和开裂的岩石，稍受震动或时间一长就会冒落，所以在放炮后应加强对采场顶板和边帮的检查和处理。另外，在节假日后或停工时间较长后，恢复生产时也应加强对顶板和边帮的检查和处理。

3 冒顶片帮风险控制研究方法与技术路线

3.1 冒顶片帮风险控制技术研究方法

通过对国内外冒顶片帮风险控制研究资料的分析和整理，目前，冒顶片帮风险控制研究最为全面和系统的研究方法如下［6］:

(1)在地质数据编录的基础上，利用三维可视化软件绘制了矿体及围岩一定范围内的RQD等值线图;

(2)将地质数据进一步解释成岩石力学方面的数据，如节理组数(Jn)、节理间距(Jv)，节理粗糙程度(Jr)、节理蚀变系数(Ja)等，采用了地质评价系统方法对矿岩进行评价，分别以直方图和累计概率密度曲线形式对RQD、FF、Jn、Jr值进行描述;

(3)开展了岩石室内力学实验，全面掌握开采范围内岩石和岩体力学性质;

(4)将设计方案中的采矿方法和开采顺序与前期基础研究成果相结合，进行数值模拟和力学计算分析，计算不同方案其岩体稳定的可能性，从技术上控制冒顶片帮的风险;

(5)应用监测设备进行冒顶片帮监测，通过对监测数据的分析，研究采区地压发展规律，从而验证前期冒顶片帮控制技术的研究成果。

3.2 冒顶片帮风险控制技术路线

通过对冒顶片帮事故原因的分析，本文提出冒顶片帮风险控制的技术路线:收集数据—定义岩石力学特性—初步设计—冒落风险评估—冒落控制—监测监控，具体技术流程见图1。

图1 冒顶片帮风险控制技术流程

4 结论

本文研究地下矿山冒顶片帮风险控制技术，提出地下矿山冒顶片帮风险控制系统化研究方法和风险控制研究技术路线，为进一步实现矿山冒顶片帮风险的标准化流程管理提供技术思路。

［1］陈一洲，谢贤平.非煤矿山冒顶片帮事故及预防措施［J］.矿业快报，2007(12):52-53.

［2］原虎军，陈玉明，赵继峰.FAPH在采场安全风险分析中权重分配的应用［J］.有色金属科学与工程，2010，1(1):55-58.

［3］张 兵.冒顶片帮伤亡事故的原因及预防［J］.金属矿山，2004(7):65-67.

［4］李广平，陈一洲.非煤矿山冒顶片帮事故分析［J］.中国矿山工程，2007，36(4):36-38.

［5］荣建伟，曾建荣.非煤矿山冒顶片帮事故原因分析及预防措施［J］.新疆有色金属，2010(S1):56-57.

［6］汪浩浩.大红山铁矿头部矿段分段空场法采场结构参数及回采顺序优化研究［D］，昆明:昆明理工大学，2012.