湖北三鑫公司井下采掘工程頂板分級(jí)與管理

鐘小榮 雷高

摘要：金屬礦山頂板冒落事故發(fā)生頻率高，事故一旦發(fā)生將給礦山企業(yè)造成巨大損失。為有效防止井下出現(xiàn)冒頂片幫事故，湖北三鑫公司根據(jù)歷年地質(zhì)基礎(chǔ)工作和多年的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，采取了頂板預(yù)分級(jí)和現(xiàn)場(chǎng)分級(jí)兩階段、三級(jí)管理模式，對(duì)不同級(jí)別的頂板采取相應(yīng)的技術(shù)管理和現(xiàn)場(chǎng)管理措施。實(shí)踐表明，該頂板分級(jí)管理方法科學(xué)、操作性強(qiáng)，達(dá)到了防范冒頂片幫事故發(fā)生的目的。

關(guān)鍵詞：頂板分級(jí);采掘工程;分級(jí)管理;預(yù)分級(jí);現(xiàn)場(chǎng)分級(jí)

中圖分類號(hào)：TD844文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

文章編號(hào)：1001-1277（2021）07-0054-05doi：10.11792/hj20210711

地下礦山開采過(guò)程中，破壞了原巖的穩(wěn)定狀態(tài)，進(jìn)而導(dǎo)致圍巖頂板坍塌冒落、巷道變形破壞并伴隨沖擊氣浪等問(wèn)題，可能造成人員和設(shè)備損傷[1]。頂板冒落事故是金屬礦山發(fā)生頻率最高的事故之一，其事故發(fā)生數(shù)量和死亡人數(shù)約占井下采掘作業(yè)總事故的40 %以上，給礦山職工生命安全帶來(lái)嚴(yán)重威脅，使礦山企業(yè)經(jīng)濟(jì)利益遭受巨大損失，對(duì)社會(huì)和諧穩(wěn)定造成了不利影響[2-5]。頂板冒落事故不僅與礦巖結(jié)構(gòu)有關(guān)，還與采礦方法、施工生產(chǎn)組織方式、頂板檢查管理方法有直接關(guān)系。因此，研究頂板分級(jí)方法和現(xiàn)場(chǎng)管控措施，對(duì)促進(jìn)地下礦山安全生產(chǎn)管理具有重要意義。

1 礦山概況

湖北三鑫金銅股份有限公司（下稱“湖北三鑫公司”）位于華夏青銅文化發(fā)祥地湖北省大冶市，是一家以采選金銅礦為主的礦山企業(yè)，擁有雞冠咀、桃花嘴2大礦區(qū)，采用豎井開拓方式，擁有2條主井、1條副井;采礦方法主要為分段空?qǐng)龀涮畈傻V法、淺孔留礦采礦法和上向水平充填采礦法。礦床成因類型屬高—中溫?zé)嵋何◣r型礦床，工業(yè)類型屬銅金鐵矽卡巖礦床。雞冠咀、桃花嘴2個(gè)礦區(qū)緊密相連，地質(zhì)條件相同，成礦作用相近，實(shí)際上是1個(gè)礦區(qū)的2個(gè)礦段。礦區(qū)圍巖主要有火山角礫巖、閃長(zhǎng)巖類與石英閃長(zhǎng)玢巖，圍巖組織結(jié)構(gòu)致密堅(jiān)硬，平均普氏硬度系數(shù)f=8～10;穩(wěn)定性良好，但暴露時(shí)間過(guò)久或遇水容易風(fēng)化。水文地質(zhì)屬簡(jiǎn)單—中等復(fù)雜類型。礦區(qū)內(nèi)地表水系發(fā)達(dá)，與大冶湖相通。地下水主要為大理巖巖石溶水、裂隙水和溶洞水。

2 采掘工程頂板分級(jí)原則及方法

2.1 頂板分級(jí)原則

井下采掘工程頂板的危險(xiǎn)程度多是由地質(zhì)條件、技術(shù)設(shè)計(jì)和施工組織等多方面的主觀和客觀因素決定的。在進(jìn)行頂板分級(jí)過(guò)程中，湖北三鑫公司堅(jiān)持分級(jí)管理和綜合預(yù)防原則，推廣應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)的本質(zhì)安全化原則，以及頂板分級(jí)定性與定量評(píng)估相結(jié)合的原則。

井下采掘工程頂板分級(jí)采用頂板預(yù)分級(jí)和現(xiàn)場(chǎng)分級(jí)兩階段、三級(jí)管理模式。兩階段是指施工前對(duì)工程地質(zhì)條件研判，先對(duì)擬揭露的頂板進(jìn)行預(yù)分級(jí);工程施工后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境及各方面綜合條件再對(duì)采掘工程頂板進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)分級(jí)。預(yù)分級(jí)和現(xiàn)場(chǎng)分級(jí)都將采掘工程頂板分為一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)，一級(jí)危險(xiǎn)程度最高。

2.2 頂板分級(jí)方法

以地質(zhì)資料及設(shè)計(jì)院初步設(shè)計(jì)資料為依據(jù)[6-9]，根據(jù)采掘工程頂板巖石完整性、穩(wěn)固程度、地質(zhì)構(gòu)造和礦巖破碎程度、采場(chǎng)或巷道跨度大小、頂板礦巖的透水性、是否在充填體中進(jìn)行二次掘進(jìn)等不同情況，在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)，將礦區(qū)現(xiàn)有常見礦巖及充填體分為三級(jí)：一級(jí)巖性最差，二級(jí)次之，三級(jí)較好。采掘工程施工揭露后，組織地質(zhì)、測(cè)量、采礦、安全等相關(guān)技術(shù)人員和管理人員，根據(jù)以上要素采掘工程的實(shí)際情況編制采掘工程頂板量化分級(jí)評(píng)估表（危險(xiǎn)分值總分100分），對(duì)采掘工程頂板進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)評(píng)估分級(jí)。

3 頂板分級(jí)

3.1 頂板預(yù)分級(jí)

以礦區(qū)內(nèi)主要礦巖物理力學(xué)性質(zhì)和礦區(qū)內(nèi)主要礦巖綜合質(zhì)量指標(biāo)為主要參考依據(jù)，對(duì)采掘工程中的頂板進(jìn)行預(yù)分級(jí)。

1）礦區(qū)主要礦巖物理力學(xué)性質(zhì)。參照湖北三鑫公司歷年來(lái)的巖石力學(xué)研究工作，借鑒巖石力學(xué)研究成果，礦區(qū)內(nèi)主要礦巖物理力學(xué)性質(zhì)如表1所示。

2）主要礦巖綜合質(zhì)量指標(biāo)。主要礦巖質(zhì)量指標(biāo)包括RQD值、節(jié)理組數(shù)指標(biāo)（J n）、節(jié)理粗糙系數(shù)（J r）、節(jié)理蝕變系數(shù)（J a）、節(jié)理滲水折減系數(shù)（J w）、應(yīng)力折減系數(shù)（SRF）等。礦區(qū)內(nèi)主要礦巖綜合質(zhì)量指標(biāo)（Q）計(jì)算結(jié)果如表2所示，其計(jì)算公式[10]為：

Q=RQDJ n×J rJ a×J wSRF（1）

根據(jù)礦巖物理力學(xué)性質(zhì)、礦巖綜合質(zhì)量指標(biāo)，將礦區(qū)內(nèi)礦巖進(jìn)行預(yù)分級(jí)，預(yù)分級(jí)結(jié)果如表3所示。

從表3可以看出：湖北三鑫公司礦巖堅(jiān)硬塊狀大理巖、堅(jiān)硬塊狀閃長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)玢巖采場(chǎng)頂板穩(wěn)定性預(yù)分級(jí)為三級(jí);巖溶較發(fā)育的中等堅(jiān)硬大理巖、中等堅(jiān)硬的塊狀石榴子石矽卡巖及中等堅(jiān)硬的構(gòu)造巖類頂板預(yù)分級(jí)為二級(jí);透輝石矽卡巖及軟弱至中等堅(jiān)硬的碎裂構(gòu)造角礫巖及充填體頂板預(yù)分級(jí)為一級(jí)。

3.2 頂板現(xiàn)場(chǎng)分級(jí)

由地質(zhì)、測(cè)量、采礦和安全等專業(yè)技術(shù)人員和管理人員組成現(xiàn)場(chǎng)評(píng)估組，對(duì)量化后的地質(zhì)類（如表4所示）和采礦類（如表5所示）危險(xiǎn)因素進(jìn)行評(píng)估。其中，地質(zhì)類危險(xiǎn)因素權(quán)重占70 %，采礦類危險(xiǎn)因素權(quán)重占30 %。現(xiàn)場(chǎng)評(píng)分大于或等于75分的為一級(jí)頂板，評(píng)分在50～75分的為二級(jí)頂板，評(píng)分小于或等于50分的為三級(jí)頂板。

3.2.1 一級(jí)頂板

凡具備下列條件之一，列為一級(jí)頂板：

1）不良膠結(jié)充填體條件下的所有頂柱、間柱、底柱等二步驟淺采采場(chǎng)，采場(chǎng)頂板5 m之內(nèi)存在老巷道跨越采場(chǎng)的淺采采場(chǎng)。

2）存在脈內(nèi)構(gòu)造，采場(chǎng)頂板巖石極不穩(wěn)固，層、節(jié)理裂隙發(fā)育且有較大破碎帶的淺采采場(chǎng)及巷道。頂板有淋水、滲水現(xiàn)象的采場(chǎng)。

3）凡在斷層、溶洞、破碎帶、接觸帶或不良充填體中掘進(jìn)施工井巷工程中的頂板。

4）頂板量化評(píng)估分級(jí)危險(xiǎn)因素評(píng)分為75分及以上的采掘工程中的頂板。

3.2.2 二級(jí)頂板

凡具備下列條件之一，列為二級(jí)頂板：

1）頂板礦巖較穩(wěn)固，礦石層、節(jié)理裂隙比較發(fā)育，圍巖比較破碎，存在局部滲水現(xiàn)象。

2）在易風(fēng)化的矽卡巖、閃長(zhǎng)玢巖、粉砂巖、高硫礦石等礦巖中掘進(jìn)施工井巷工程中的頂板。

3）頂板量化評(píng)估分級(jí)危險(xiǎn)因素評(píng)分在50分以上、75分以下的采掘工程中的頂板。

3.2.3 三級(jí)頂板

除一、二級(jí)頂板以外，巖石堅(jiān)固，層、節(jié)理裂隙不發(fā)育，且圍巖極穩(wěn)固的采掘工程中的頂板;頂板量化評(píng)估分級(jí)中危險(xiǎn)因素評(píng)分在50分及以下的采掘工程中的頂板，列為三級(jí)頂板。

4 頂板分級(jí)管理

4.1 頂板分級(jí)技術(shù)管理

4.1.1 巷 道

預(yù)分級(jí)為一級(jí)頂板巷道，設(shè)計(jì)時(shí)必須同時(shí)設(shè)計(jì)巷道支護(hù)方式。一級(jí)頂板巷道必須采用錨網(wǎng)噴漿聯(lián)合支護(hù)、澆筑鋼筋混凝土（或混凝土）或鋼架支護(hù)等永久支護(hù)方式。在掘進(jìn)工作面與永久支架之間還必須采用錨網(wǎng)等臨時(shí)支護(hù)措施，如圖1-a）所示。現(xiàn)場(chǎng)分級(jí)為一級(jí)頂板的掘進(jìn)工程按照預(yù)分級(jí)支護(hù)措施執(zhí)行，特殊情況下，如現(xiàn)場(chǎng)巖性特軟，無(wú)自立強(qiáng)度情況下，還要采取超前支護(hù)或短掘短支等措施。

預(yù)分級(jí)為二級(jí)頂板巷道，設(shè)計(jì)時(shí)也必須同時(shí)進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)，一般采用素噴支護(hù)或錨網(wǎng)噴支護(hù)，如圖1-b）所示。現(xiàn)場(chǎng)分級(jí)為二級(jí)頂板的掘進(jìn)工程按照預(yù)分級(jí)設(shè)計(jì)支護(hù)措施執(zhí)行，如果現(xiàn)場(chǎng)條件發(fā)生變化需要升級(jí)為一級(jí)頂板的，按照一級(jí)頂板管理技術(shù)措施執(zhí)行。

預(yù)分級(jí)為三級(jí)頂板巷道，設(shè)計(jì)時(shí)一般無(wú)需支護(hù)或局部采取素噴支護(hù)或錨桿支護(hù)。

4.1.2 采 場(chǎng)

預(yù)分級(jí)為一級(jí)頂板采場(chǎng)，設(shè)計(jì)時(shí)必須同時(shí)有安全設(shè)施設(shè)計(jì)及安全技術(shù)措施，并向施工單位進(jìn)行安全技術(shù)交底。預(yù)分級(jí)為一級(jí)頂板采場(chǎng)，設(shè)計(jì)支護(hù)方式主要采用錨網(wǎng)支護(hù)或密集螺旋（液壓）支護(hù)，如圖2-a）所示。一級(jí)采場(chǎng)頂板的采礦設(shè)計(jì)必須明確限定頂板跨度、高度、暴露面積，以及采、供、充循環(huán)時(shí)間，并要求在設(shè)計(jì)中明確規(guī)定工程施工順序，確保人員在有支護(hù)的環(huán)境下進(jìn)行采、出礦作業(yè)。

預(yù)分級(jí)為二級(jí)頂板采場(chǎng)，設(shè)計(jì)支護(hù)方式主要采用錨網(wǎng)支護(hù)或錨桿支護(hù)，如圖2-b）所示。采場(chǎng)經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)評(píng)估為二級(jí)頂板采場(chǎng)的，必須采取錨網(wǎng)支護(hù)或強(qiáng)制放頂?shù)劝踩夹g(shù)措施。

預(yù)分級(jí)為三級(jí)頂板采場(chǎng)，一般采取局部錨桿支護(hù)措施;現(xiàn)場(chǎng)鑒定評(píng)估為三級(jí)頂板的，一般不需要采取支護(hù)措施，局部可以采用錨桿支護(hù)。

4.2 頂板分級(jí)現(xiàn)場(chǎng)管理

采掘工程施工時(shí)必須加強(qiáng)頂板現(xiàn)場(chǎng)管理和檢查。施工單位必須明確規(guī)定頂板安全管理和檢查責(zé)任人，建立頂板管理臺(tái)賬，在每個(gè)采場(chǎng)入口懸掛管理責(zé)任牌。一級(jí)頂板采場(chǎng)必須建立專門安全管理臺(tái)賬，一級(jí)頂板安全管理責(zé)任人為本中段主要負(fù)責(zé)人或分管負(fù)責(zé)人，安全檢查責(zé)任人為工段長(zhǎng)或分管工段長(zhǎng)和專職安全員。二級(jí)頂板安全管理責(zé)任人為本中段工段長(zhǎng)或分管工段長(zhǎng)，安全檢查責(zé)任人為值班長(zhǎng)和專職安全員。

安全管理責(zé)任人對(duì)一級(jí)頂板采掘工程每周至少檢查2次。公司總（副總）工程師、生產(chǎn)技術(shù)部和健康安全環(huán)保部負(fù)責(zé)人每周參與檢查1次。分管中段的地質(zhì)、測(cè)量、采礦專業(yè)工程技術(shù)人員每周參與檢查不少于2次，并做好檢查記錄。現(xiàn)場(chǎng)安全員每周參與檢查不得少于3次，并建立一級(jí)頂板監(jiān)管臺(tái)賬。健康安全環(huán)保部每月組織1次頂板專項(xiàng)檢查，并將檢查結(jié)果及整改措施及時(shí)公示。

安全檢查責(zé)任人對(duì)一級(jí)頂板檢查每班不得少于2次。第1次檢查必須在作業(yè)前進(jìn)行，對(duì)采場(chǎng)進(jìn)行安全確認(rèn);第2次檢查應(yīng)在班中進(jìn)行，主要是復(fù)查隱患的處理情況及頂板變化情況，將檢查結(jié)果報(bào)告有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)并做好檢查記錄。對(duì)二、三級(jí)頂板每班檢查1次，并認(rèn)真填寫安全確認(rèn)牌。

一級(jí)頂板采掘工程，施工單位必須編制施工組織設(shè)計(jì)和安全保障措施，并將施工作業(yè)人員和安全管理人員值班安排表報(bào)健康安全環(huán)保部備案。一級(jí)頂板采場(chǎng)的淺采施工必須由有一定經(jīng)驗(yàn)的人員進(jìn)行，同時(shí)要保持施工人員相對(duì)穩(wěn)定。采場(chǎng)施工人員作業(yè)前必須檢查各自作業(yè)面頂板、邊幫巖石情況并清理所有浮石。一級(jí)頂板采場(chǎng)施工時(shí)必須設(shè)專人監(jiān)護(hù)。

嚴(yán)格控制采場(chǎng)采充周期。通過(guò)合理的生產(chǎn)組織及加大采場(chǎng)采出礦強(qiáng)度等措施縮短空區(qū)暴露時(shí)間。所有結(jié)束采出礦作業(yè)的采場(chǎng)空區(qū)必須及時(shí)充填，并保證充填接頂率高于90 %。

5 結(jié) 語(yǔ)

井下采掘工程頂板進(jìn)行預(yù)分級(jí)，可對(duì)施工段可能存在的危險(xiǎn)因素進(jìn)行預(yù)判，設(shè)計(jì)時(shí)采取相應(yīng)的支護(hù)方式及預(yù)防措施，能有效預(yù)防事故的發(fā)生。現(xiàn)場(chǎng)頂板分級(jí)，進(jìn)一步確認(rèn)施工段頂板現(xiàn)狀，及時(shí)調(diào)整頂板分級(jí)等級(jí)，并制定相應(yīng)的管理措施，使頂板管理更科學(xué)、具有更高的操作性，達(dá)到防范冒落片幫事故發(fā)生的目的。

實(shí)踐表明，通過(guò)對(duì)采掘工程頂板的預(yù)分級(jí)，采掘過(guò)程中的再分級(jí)并動(dòng)態(tài)監(jiān)管，并對(duì)照頂板現(xiàn)場(chǎng)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及時(shí)調(diào)整頂板等級(jí)和采取相應(yīng)的監(jiān)管措施，有效地控制了礦山頂板冒落事故的發(fā)生，為井下生產(chǎn)提供了安全可靠的作業(yè)環(huán)境，在類似地下礦山中具有一定的借鑒推廣意義。

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Roof grading and management in the underground

mining excavation engineering of Hubei Sanxin company

Zhong Xiaorong，Lei Gao

（Hubei Sanxin Gold & Copper Co.，Ltd.）

Abstract：The roof fall accidents happen frequently in metal mines.Once the accidents happen，there will be a great loss suffered by the mine.In order to effectively prevent roof fall and wall caving from happening underground，Hubei Sanxin company，based on historical geological basic work and many years ?engineering practice experience，adopts two-stage and three-grade management mode of roof pre-grading and onsite grading to carry out corresponding technical management and onsite management measures to different grade roofs.The practice shows that the roof grading and management method is scientific and easy to operate，and can meet the goal to prevent roof fall and wall caving from happening.

Keywords：roof grading;mining excavation engineering;grading and management;pre-grading;onsite grading