工程地質預報在金川礦山不良地質條件下管理運用與方法探討

葉亮山，毛進書，付棟川，惠少坤，張玉明

（1.金川集團股份有限公司，甘肅金昌 737100；2.金昌市永昌縣人民政府，甘肅金昌 737100）

1 概述

隨著現代化礦山井下的建設步伐不斷加快，我國的礦山開采工程大都向礦體深、進路長的方向發展，由于礦山開采工程深度大、穿越的地質單元復雜多變，在開采、掘進過程中可能遇到的工程地質問題以及地質隱患會更多、更復雜、更嚴重[1-3]。

在金川礦區，地形地貌、地質背景非常復雜及不良地質條件下表現尤為突出。而地質、勘察設計階段，由于現有技術條件以及經濟限制無法一一查清礦區的工程、水文地質條件，導致礦體開采過程中遭遇斷層破碎帶、突水突泥、各巖體不規則接觸等不良地質體，引發礦山井下的安全事故。可見，對礦山開采過程中穿、沿脈道、進路及措施工程掌子面前方工程、水文地質條件，通過地質預報技術進行深入研究，并制定出可以做出準確預測地質預報的綜合方法，有重大的理論和現實意義。

2 工程地質預報的概念

工程地質預報是地質工作者根據日常地質技術服務對礦區地質、礦床地質特征等的學習與掌握，結合現階段生產區段開展的地質工作，對礦巖屬性的基本了解以及近期預測預報的采掘工作面的現場地質編錄等綜合工作，對預報的工作面進行較為全面細致的現場與理論結合的地質工作。

2.1 工程地質預報的主要工作

主要內容有地質素描、巖性描述、構造描述以及工程及水文地質等資料的收集，室內圖件及文字整理后對該工作面下一個采掘循環工作中可能遇到巖石的工程地質條件做出較為客觀準確的超前預報。

2.2 工程地質預報的主要事項

預報內容包括巖性、巖石質量特征以及斷層破碎帶構造特征等，指出施工中的注意事項及支護方式的建議，特別是可能遇到斷層、巖脈、擠壓錯動帶等軟弱巖體時更加需要工程地質預報的指導，達到指導生產安全，避免出現片幫冒落發生。

3 工程地質預報在金川礦山的管理與運用

工程地質預報在金川礦山不良地質條件下各類進路（分層道）中的作用尤為重要，且工程地質預報在金川礦山主要以“地質”和“測量”兩個專業開展技術服務管理工作，基于“地、測”專業的特殊性與不可替代性。

3.1 金川礦山不良地質條件下進路（分層道）分類

（1）斷層破碎帶附近采場進路。主要是指對礦體有大的切斷、錯動的斷層，并且在斷層兩幫有一定的影響帶。由于斷層及其破碎帶自身具有一定的規模、寬度，破碎帶寬度從幾米至近十米不等，巖石條件一般非常破碎、蝕變強烈，蝕變有蛇紋綠泥透閃石化等。如Ⅲ礦區F8、Ⅰ礦區F16、F16-1斷層，Ⅱ礦區Fc斷層、F16斷層、F17斷層。位于上述大的斷層破碎帶附近的進路，要充分考慮其工程地質特點。

（2）礦體上下盤邊緣無假頂進路。主要是指隨著每一分層回采的向下的延伸，在礦體的上下盤回采過程中，因礦體界線發生變化，會出現無假頂回采。這些進路的回采區域處于礦體的邊緣，其節理裂隙發育，同時上一分層采礦過程中對礦巖造成一定的擾動，巖石破碎。

（3）礦巖接觸帶進路。主要是指分層聯絡道從上盤或下盤進入礦體，開始穿脈道掘進，要穿越礦巖接觸帶。由于金川礦區成礦的特點，在礦巖接觸帶一般形成規模不等的蝕變帶，即地質巖石類型劃分的∑s，礦巖接觸帶從幾十公分至十余米不等，片理發育，蝕變強烈。

3.2 專業技術管理在金川礦山的措施與應用

地質專業管理手段主要表現：一、系統對礦山地質要素進行梳理，全面收集整理現階段某礦山開采區域的水文環境、應力變形以及圍巖蝕變等各類地質現象；二、對井下采場中因地質要素出現的風險隱患，尤其是對各采場出現的涌水、片幫、冒頂、垮塌、滑面以及變形等重點隱患問題進行分類排查、分類標記、分類規整（隱患具體說明：1頂板滲水，多表現為上一分層充填遺留水；地板滲水，多表現為巖石裂隙水；3 巷道破壞，多表現為巖石應力過大，噴漿支護鼓包變形；4支護變形，多表現為地應力過大，支護體承壓變形；5蝕變現象，多表現為巖石與巖石之間接觸交代與同化混染作用明顯，巖體破碎；6 片幫、冒頂及垮塌，多表現為巖體地質條件差，巖石結構復雜，采掘現場出現的不同程度的頂板、幫體的碎裂及掉落隱患）。

測量專業管理措施表現為強化自身業務服務水平，細化測量實測工作，服務礦山井下安全生產。

3.3 流程管理模式在金川礦山的探索與實踐

結合上述“地、測”專業技術管理手段中對井下采場中因地質要素出現的風險隱患，尤其是對各采場出現的涌水、片幫、冒頂、垮塌、滑面以及變形等重點隱患問題進行分類排查、分類標記、分類規整后，探索并實踐出一整套金川礦山工程地質預報的模式。具體模式如下：

專業技術管理分為地質研判（地質專業部分）與測量實測（測量專業部分）。首先，地質研判由三個方面組成：（1）地質要素梳理（包括水文環境、應力變形、圍巖蝕變，主要的方法措施與技術手段為：①強化專業素養；②完善設計圖中的地質要素；③建立地質檔案）；（2）風險隱患辨識（包括涌水、片幫、冒頂、垮塌、滑面、變形）；（3）提供專業措施（包括預判設計、超前支護、措施掘進，主要表現為對采場出現的安全風險要進行專業的、動態的、反復的辨識，采取及時、合理的防范措施）。其次，測量實測主要措施表現為測量成果及時運用，主要表現在利用測量技術成果，及時、高效服務作業盤區指導盤區生產。

3.4 體系管理措施在金川礦山的創新與運用

工程地質預報按照“由誰做”、“怎么做”、“達到什么效果”、“怎樣評價考核”閉環要求，依據多專業合作、聯合預警，具體將工程地質預報中“說”轉化為“做”，形成一套行之有效的工程地質預報體系。具體運用：①地質專業做好地質隱患檢查、研判工作，細化地質編錄，在結合現場工程地質環境及巖性分析的基礎上，為生產工區提供合理的措施建議，通過下發《地質隱患通知整改單》的方式要求采礦工區按要求實施整改（流程見圖1）；②測量專業在測量實測圖上詳細標定“冒落區”、“礦巖結構不穩定區域”等工程地質情況，進行實測預警（流程見圖2）。

圖1 地質專業預報流程表

圖2 測量專業預報流程表

3.5 意識管理在金川礦山的拓展與提升

工程地質預報從礦山工作人員的意識入手，使每個員工都有較強的責任心、較高的文化修養和過硬的技術水平，并積極發揮主觀能動性，自覺地搞好業務拓展與技術革新。具體表現為：制作地質隱患區域預警圖冊（主要表現為在采礦設計圖上，根據現場地質編錄，生產寫實，對主要生產區域內的巖石結構、水文地質、工程地質、礦巖接觸帶、巖體不穩定及冒落區在生產設計圖上進行一一標準，以便服務現場生產），編制地質隱患預警的宣傳動畫（主要表現為將因地質條件產生的安全隱患，如：涌水、片幫、冒頂、垮塌、滑面以及支護變形等現象已經對應的處理措施，做成電子動畫并加以宣傳及普及，對全員安全教育的思想認識給予一定程度的幫助與指導）。

將地質隱患區域預警圖冊和地質隱患預警的宣傳動畫一同反饋至生產工區，既為生產工區提供地質專業預警，保證安全生產；同時也教育了員工，讓其自身安全理念提高，可謂一舉兩得。

3.6 科學技術在金川礦山的的更新和換代

金川礦山的地質工作者利用surpac 軟件完成對此礦山井下資源礦體形態的三維建模，充分展現出各巖相及巖石接觸帶的空間位置，給安全回采提供設計依據；同時測量工作者利用surpac 軟件和全站儀完成此礦山資源范圍內的三維巷道及空間掃描（圖3），給采礦穿沿脈、掘進巷道提供較為完善的可視化生產條件資料，為安全生產提供基礎支撐。

圖3 巷道三維掃描

4 結論

4.1 主要結論

（1）地質預報可以起到非常不錯的預警效果，在礦山井下施工過程中提供有效的技術支撐。

（2）多專業協同、聯合預警是地質預報的增強手段，建議未來礦山的地質預報讓多專業協同參與，共同完成。

（3）由于礦山行業的特殊性和復雜性，完美的地質預報幾乎不可能實現，本論文提出的措施手段不盡完善，應在今后實踐中更進一步細化和具體化。

（4）加強與技術科室、采礦工區的溝通聯系，讓工程地質預報受到基層單位的重視，發揮其作用。

4.2 工作展望

（1）由于礦山行業的特殊性和復雜性，徹底的礦山安全生產幾乎難以實現，但可以盡量提升礦山的本質安全程度，本論文提出的工程地質預報的措施與體系不盡完善，應在今后實踐中更進一步細化和具體化。

（2）本論文中對礦山基建階段（井建工程）涉獵較少，具體包括①平巷、斜坡道工程施工中的工程地質預報（主要在礦區圍巖中）；②豎井掘進的工程地質預報（主要是豎井選址以及工程地質鉆孔驗證，施工階段對較大的斷層構造及水文地質的針對性預報），此部分工程預報還需后期工作中，提上日程并加以推廣，以便更好地服務礦山安全生產。

（3）本論文中提出的工程地質預報在安全管理工作中表現，還應在實踐中進一步修改和完善，以期更好地指導此礦山的長周期、高效能安全生產與建設的工作。