金属矿山深井开采过程中的顶板事故浅析

郝英杰，王春龙

（山东黄金矿业科技有限公司深井开采实验室分公司，山东 烟台 261442）

矿产资源是人类的宝贵财富，是人类社会数千年来重要的发展基础，在有色金属开采方面，我国目前已经成为采矿大国，虽然和发达国家相比仍然有一定的差距，但是却能够解决各类复杂的工程地质条件开采难题。采矿业向深部发展进军，是因为很多资源的开采已经出现枯竭，更多的采矿安全事故将随着深井开发过程而不断涌现。

1 金属矿山深井开采顶板管理研究的背景和意义

1.1 金属矿山深井开采背景

矿产资源是人类的宝贵财富，但是随着多年来的开采，很多矿山资源已经枯竭，有色金属由于总储备量比较少，常常会面临向深部开采的问题，深部开采的顶板管理常常给开采人员带来的难题，虽然目前国内很多露天开采矿转为地下开采，但是由于开采资源的分布不够均衡，深部开发是从浅部地表不断一路开采而来的，因此，在开采的过程中，需要考虑有色金属矿山分布的地理地貌和特殊的情况。目前由于深部开采的地质条件比较复杂，管理难度很大，我国采矿业向深部进军时，常常遇到一些技术难题[1]。为了保证开采人员的安全和开采效率，保证自然生态环境可持续性发展，针对金属矿山深井开采的一系列研究正在展开。

1.2 深井开采顶板管理研究的意义

不可否认，目前矿山资源开采向深部开采是总的发展趋势，我国目前大部分专家将开采深度超过800 米以上的均称之为深井开采，同时深井开采是由大约开采深度在300 米到800 米之间的中深度开采而来，开采深度的特殊环境将带来一系列的安全问题。随着深井开采的不断掘进特殊的地理地貌以及复杂的地质活动，可能会带来一些开采过程中的问题，比如说有色金属矿山开采时的顶板冒顶岩爆，高温和地质活动等等这些顶板冒落或者岩爆的危害性是非常大的，尤其是随着深部开采的深度越来越深，顶板事故常常造成有色金属矿山安全生产事故频发的危险状况[2]。为了使井下的工作人员人身和财产受到保护，应大力杜绝顶板事故，做好开采区域顶板管理和围岩稳定性维护等一系列工作，均需要先进的技术手段控制，也需要确定合理的回采顺序和要求，开采人员的开采步骤，必须符合相应的开采标准。

2 金属矿山深井开采顶板事故发生的类型

2.1 顶板事故发生的类型

目前在金属矿山地下开采的过程中，常常涉及到开采巷道和空区顶板围岩的稳固性问题，围岩稳固性失稳或顶板冒落的事故，常常因为开采规模和区域的变化而发生变化。通常常见的事故类型有局部顶板冒落事故，这种事故的发生范围较小、伤亡人数不多，可能会影响现有的工作量及工作面，触发原因常常是因为破碎工作面不能及时支护。另外一种事故的类型是顶板的大面积垮塌，会产生严重的冲击事故，可能会导致人员的严重伤亡，且对于事故发生巷道及空区的空气质量和环境质量造成极大的影响。这类事故的特点是其发生的非常突然，而且危害性较大，对采矿人员的人身安全和采矿设备的维护都带来极大的影响。往往来势凶猛，大面积的垮塌会伤害人身安全，造成不可逆转的危害，压垮性损害在大规模空区附近容易发生，主要原因是垂直于顶底方向的作用力压碎、压断或者压弯矿体，顶板直接垮落。

2.2 顶板事故发生的原因

顶板管理不善有可能造成顶板事故，矿山井下地质条件非常复杂，各个矿场采矿区域的周边环境不一样，而周围围岩的地质条件更加复杂，矿体在开采过程中可能出现转折性区域的变化，需要能够构造强大的适应力体系，顶板管理常常会忽略支护的需求，造成不同类型的伤害事故。

地质构造的复杂性也容易造成顶板事故，比如金属矿体周围的工程地质条件活跃，地质构造的发育程度产生变化，构造面、纹理和裂隙削弱了矿体的稳定度，破坏了矿体的连续性，并且降低了矿岩体的强度，可能造成顶板大面积的冒顶。

地质空区存在人为性的损害，矿体的完整性可能与部分区域的应力比较集中、人为采矿工序出现问题、巷道顶板冒落造成连带性危害有关[3]。空区的不同处理方式对于围岩的影响程度较大，围岩的承受力被破坏，承受结构不稳定可能是因为人为开采时的开采强度和开采步骤不符合必要的规范。

原岩应力场发生变化，也可能导致顶板事故的发生，由于井下的采掘工程环境非常复杂，采掘开发破坏了岩体的原岩应力，而这种自然平衡的状态受到削弱，采矿工作面逐渐推进时，就会扰乱掩体内部的应力分布，在开采过程中围岩和开采两侧的应力比较集中，开采顶板部分区域形成了拉应力，使得顶板出现了拉裂破坏围岩的承压能力，也受到严重破坏，从而产生顶板的垮塌事故。

岩爆和地震活动的影响，常常是掩体破坏力应力释放的结果，弹性势能的释放有大有小，岩爆可能会对工作面的顶板产生冲击，这种冲击和破坏有可能是一次性的，也有可能是渐进性的，在岩爆过程中地下地压活动表现出比较特殊的形式，地震发生时地震波的强烈扰动可能会导致井下大范围的岩体应力波动，又发了一系列顶板事故，有时地震波会产生强烈干扰，加剧了顶板的不稳定性，一系列的地压活动会使得顶板摇摇欲坠。

3 做好顶板管理研究的措施

3.1 对有色金属矿山顶板实现动态分级管理

有色金属矿山常常位于高复杂地质条件的地区，而根据现场工程的具体地质条件开采，可配合采矿顶板岩石和岩层的动态分级管理，系统性地对采场顶板的岩层质量进行分析，根据分层结果，把同类型、同级别的顶板利用监测手段实行处置，可以避免同类型顶板事故多次发生，从而能提高井下作业环境的安全度，提升监控顶板实际质量的水准[4]。分级管理不仅仅涉及到将工作任务和工作指标进行分层管理，同时还涉及到分层管理的分层责任人，每一个具体的监控环节都需要有不同的人员与之相匹配，而且要求不同的部门对于顶板动态分级管理实现分工责任制。这是一个有效的组织管理进程，也是顶板管理的组织体系。

3.2 采用复合破碎顶板管理的有效手段

根据周边围岩工程技术条件进行预判断，按照超前支护的措施和原则，实现锚网支护或锚杆支护，对于有色金属开采掘进过程中出现了破碎的区域进行及时支护，减少顶板裸露的面积，缩短破碎顶板的暴露时间。如果出现非常严重的破碎现象，可以采用注浆固化顶板技术，使用高粘度的机械性能胶质产品，将其注入岩层之后，使其发生膨胀和粘结，从而有效的将区域内的松散岩石胶合在一起，有效地加固围岩的松动圈，使其成为一个整体。注意要选择粘结度更好的粘结材料，对于复合破碎顶板的管理手段应日新月异，时刻适应新时期的发展，从而能够为下一步的顶板事故管理和处理作出贡献。

3.3 进行有效的顶板监测技术手段

动态的监测技术手段可以采用深发射监测应力监测位移沉降监测，钻孔光学监测等等，对于裂隙破碎以及空区顶板等进行24 小时的不间断监测，对于顶板破坏程度和应力调整变化情况实行细致的研究，如果发现严重的位移变化或沉降情况，应马上停止开采，密切关注并寻求地质条件发生变化的原因[5]。不能马虎大意，对比监控区域的监控数据和顶板的变换情况应该有一个预判断，只有在更大程度上了解顶板的破碎状况和稳定状态，才能够在避免人员伤亡和设备损害的情况下继续实现开采，并对于出现问题的顶板应马上维护。目前事故率最大的地方集中于破碎复合顶板的区域面积之内，可采用超前支护或多类型支护的方式控制顶板的破碎速度，尽可能提升顶板的强度。

4 结论

综上所述，为了防止金属矿产开采过程中的顶板冒落事故频发，实现企业安全、高效生产并最大限度的保障经济效益，应对于金属矿山深井开采的顶板管理做到全面深入的研究，结合具体合理的措施，解决顶板事故发生的隐患问题。目前，我国金属矿山公司希望能最大限度的开发矿山资源，在开采环境日益优化的过程中，为矿山开采做出积极的贡献。