和睦山鐵礦冒頂事故時空規律及預防措施

黃小忠

（安徽馬鋼礦業資源集團姑山礦業有限公司）

頂板管理是地下礦山安全管理工作的主要內容之一，頂板管理的好壞直接決定了礦山生產作業條件和效率，對礦山安全生產具有現實意義［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。尤其在礦產資源的開采過程中，由于采動影響，會對圍巖產生破壞，導致巷道和工作面失穩［3-5］，這時候如果頂板管理不當，極容易出現冒頂事故。和睦山鐵礦是一個地下開采礦山，處于開采后期，且各中段已經回采至近頂柱位置，礦巖穩定性較差，頂板管理難度較大，冒頂事故呈現點多面廣的特點，成因復雜，控制難度較大［6］。冒頂事故不僅影響礦石的回采進程，還導致設備的損壞和人員的傷害，對礦山安全生產極為不利［7］。因此，為了確保和睦山鐵礦順利度過殘采期，保障井下工人作業安全，需要對礦山冒頂事故發生的時空規律及成因進行統計分析，從而提出相應的預防措施［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定性能較差，雖采取了安全性較高的預控頂上向進路充填法［9］，但由于該方法技術要求復雜，加上支護不當等因素，導致礦山的冒頂片幫事故頻發［10］。從表1 可知，和睦山鐵礦在2021 年發生冒頂為71 起，主要發生在進路位置，工作面為冒頂事故多發區域。這主要與工作面采礦作業強度高和支護不當有關。此外，僅在2021 年發生的頂板冒落事故便導致約2 萬t礦石損失，預估直接損失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生時空規律進行深入分析具有經濟意義和現實意義。

2 冒頂事故發生規律統計分析

利用統計分析揭示礦山冒頂事故發生規律，從而提高安全管理人員和井下作業人員的安全意識，并進行有針對性的監測和預防。為此，本研究重點從時間、空間以及歷史數據比較的角度分析2021 年和睦山冒頂事故的規律。

2.1 時間規律

2021 年和睦山鐵礦冒頂事故月度分布如圖1 所示。除了5、6 月份停產沒有統計外，8 月份冒頂事故發生率最高，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，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%；四季度發生冒頂起數為16 起，占比為22%。如果考慮將二季度停產的2 個月考慮在內，季度分布規律是逐季增多。這表明冒頂事故發生率與季度有關，這可能與礦山生產任務在逐季度增加有關。

為深入分析冒頂事故發生的時間規律，需要對以往各年份冒頂事故進行統計，圖3 和表2 是礦山自2014 年以來的數據。整體來看，冒頂事故的發生與年度因素關系不大。而分析表2 數據卻發現冒頂次數與各年度某些月份存在一定關系，特別是7—11月，這段時間冒頂發生次數最多，高達54%，這估計與下半年生產安排偏多有關。

2.2 中段與分層分布規律

一般來說不同中段或者不同分層冒頂事故的發生率是不一樣的。從表3 可以看出，和睦山鐵礦在2021 年-150、-200、-250 和-300 m 中段冒頂事故發生起數分別為23、2、23 和23 起，其中以-150、-250 和-300 m中段冒頂事故次數最多，-200 m中段冒頂事故次數最少。-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垮塌影響，故冒頂事故較多；-250、-300 m 中段是主要生產水平，均接近頂底柱，故冒頂事故發生趨勢相當。-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，故冒頂事故起數較少。從分層看，-142、-150、-210.5 和-257 m 分層發生的冒頂事故占比最多，其中-142、-150 m 分層受老采空區或塌陷區影響較大，而-210.5、-257 m 分層均為近頂柱分層，容易發生冒頂事故，該規律與近頂柱地壓逐漸增大的規律相同。這表明地壓凸顯是導致冒頂事故發生的主要因素之一。

2.3 盤區分布規律

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

2.4 萬噸冒頂發生率

表4 為和睦山鐵礦采出礦量和冒頂數的對應關系。就全年來說，2021 年和睦山鐵礦萬噸事故發生率為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構參數等不進行變更，2022 年后觀音山礦段萬噸冒頂發生率將不低于1.35 起/萬t，因此，2022 年的安全生產形勢會更嚴峻，必須引起高度重視。通常來說，采出礦量與對應的冒頂起數呈正相關，但由表4 可知，和睦山鐵礦每月采出礦量與冒頂次數的正相關關系并不明顯。這可能由于礦山已經達到回采后期，圍巖和礦體均出現破碎，再加上后期頂板管理難度較大且受到停產因素影響，因此，即使在產量較少月份，也有一定概率出現較多的冒頂事故。

3 歷年冒頂事故規律的對比分析

3.1 各分層累計冒頂事故起數

和睦山鐵礦各分層累計冒頂事故統計結果如表5 所示，可以看出，各中段冒頂事故發生起數變化較大，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定性較差，各中段礦巖穩定性存在較大差異。

3.2 -150 m中段不同分層冒頂起數規律

-150 m 中段各分層冒頂事故發生的規律表現為越下面的分層，冒頂起數越多。但是該中段各分層回采作業尚未結束，最終規律尚不明確。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，按照其他中段規律綜合分析，受回采作業影響，預測回采后期反而是越往上的分層，礦體受擾動越大，發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規律

-200 m 中段作業面和頂柱的距離與事故發生起數的關系如圖4 所示，可以看出，作業面與本中段頂板的距離越近，冒頂事故發生起數越多，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生，加強支護和及時充填采空區。

3.4 -250 m中段不同分層冒頂起數規律

-250 m 中段各分層發生冒頂起數統計于表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 分層雖然還沒有結束回采，其發生冒頂事故已經最多，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規律

-300 m 中段的作業面到本中段頂柱的距離與冒頂事故發生起數的關系如表7 所示。隨著作業面到上中段底板距離的增加，冒頂發生起數先增加后減少，這可能與最上部-257 m 分層尚未回采完畢有關。整體來看曲線處于下降趨勢，這說明-300 m 中段冒頂發生規律和-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面發生冒頂的概率越大。

4 預防措施

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

4.1 技術措施

（1）從事故類型分析知道，預控頂上向進路充填采礦法技術復雜和支護困難是造成冒頂頻發的一個重要原因。通常來說，進路規格越小，回采作業的安全性越高。結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）從冒頂事故發生位置統計分析可知，工作面是冒頂發生最多的地方。主要是由于作業面高強度爆破作業造成的。因此，為了減少工作面爆破回采作業對進路巷道的擾動，建議優化爆破參數和采用更為先進的光面爆破技術。這不僅能提高進路成形的質量，還可以減少巷道后期維護的成本。

（3）通過分析冒頂發生率與中段之間關系，冒頂事故的發生率與工作面距離中段頂柱的遠近呈正相關。在近頂柱的情況下，地壓會逐漸增大，導致頂板和圍巖變形，從而形成裂縫，再加上原本存在的節理裂隙也會被擴大，直至破壞頂板的完整性，演變為頂板局部或大面積冒落。因此，建議在合理的前提下留設或增設更厚的中段頂柱，即護頂礦柱，使得頂板地壓控制在合理水平。

（4）通過分析冒頂發生的時間規律，發現回采時間短的巷道冒頂事故發生較少。因此，減少進路巷道暴露的時間能有效減少冒頂的發生。建議在冒頂頻發的區域適當縮短進路的長度，提高作業循環次數和效率。在進路回采結束后及時進行充填，同時確保充填質量。此外，冒頂發生率與季度存在關系，建議平衡生產任務，避免生產任務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生冒頂的部位與區域，對這些區域進行單獨加強監管，在條件允許情況下布置地壓監測系統，以便進行監測預警。

（2）細化安全事故的應急預案，明確停止生產、人員撤離的具體條件。

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

（4）加強安全教育和技術培訓，杜絕違章作業和違章指揮。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程的思想教育，從兩方面入手搞好技術培訓：一是進行采礦生產技術知識的培訓，使工人對所采用的采礦方法做到心中有數，不因不懂安全操作規程而違章作業；二是進行支護方法、排險方法等知識的學習和訓練。

（5）加強施工和工程質量驗收與安全檢查，及時發現事故苗頭，排除不安全因素。依靠職工和安全、技術、生產專業管理人員做好預防工作。

（6）對冒落進路或區域根據礦山具體情況和礦石品位等多種因素考慮是否修復，在經濟性合理情況下支護或修復，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、爆破等作業過程中出現礦巖聲響，及時反應并迅速離開工作區域。

（2）通過分析知道，下一分層或中段存在的老舊采空區或垮落區域均會影響上一分層或中段的冒頂發生率。因此，要及時回填空區或垮落區域，特別是注意評估后和睦山礦段空區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，需要特別關注地下開采作業條件。比如空間、濕度、溫度和照明等因素，對于開采條件惡劣區域需要重點關注。

5 結論

（1）2021 年與歷年冒頂事故發生規律對比分析揭示，和睦山鐵礦冒頂事故主要發生位置為進路巷道，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固性、采空區暴露時間、各中段或分層空區的分布以及與本中段頂板的距離等。

（2）和睦山鐵礦冒頂的發生規律和季度有關，在逐季度增加，這可能與礦山的生產任務逐季度增加有關。

（3）不同中段或者不同分層冒頂事故發生率是不一樣的。總體來說，在同一中段下，工作面距離中段頂柱越近，該工作面發生冒頂的可能性越大，這與距離中段頂柱越近，其地壓越凸顯的規律是一致的。

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

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

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