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摘要：某集团在对地下开采矿山顶板冒落事故案例统计分析的基础上，对影响系统的因素进行具体分析，金属地下矿山顶板坠落事故发生的机理，以及巷道的围岩松动圈的形成。提出了防止顶板冒落事故的相关技术和管理措施，具有较强的实用性。
关键词：顶板冒落；影响因素；预防措施
1前言
某矿业开发集团公司随着矿山开采深度逐渐增加，大多数矿山都逐步进入深部开采阶段，多中段作业越来越难，因为开采强度、开采扰动，围岩变形严重破坏和应力场分布是复杂的，同时，由于不同因素的矿山生产环境的影响，机械及设备，导致顶板冒落事故时有发生，严重制约了矿井的安全生产和经济效益。
2顶板冒落事故分析
引起顶板冒落发生的因素具有不确定性，主要影响因素是地质条件（包括工程地质和水文地质条件）、采动影响（包括爆破振动），支撑围岩，曝光时间、检测技术方法，敲帮问顶的不安全行为和安全管理等。通过总结和分析了某集团公司2011～2016年间金属矿山发生松石坠落事故的原因，结果见表1。
从表1可以看出，由不良地质条件引起的事故占26.4%，不良地质条件是造成顶板冒落事故的主要因素。
2.1工程地质因素
2.1.1岩石类型影响
不同岩石类型的物理力学性质不同。受水作用后，矿体及围岩的物理力学性质会发生较大的变化。它们受水侵蚀会膨胀和软化，在围压作用下，巷道围岩的强度和完整性减弱，导致巷道的垮落和变形危害严重。如果巷道布置在这种岩层中，就不能保证安全生产，甚至造成危及井下人员安全的事故。围岩的稳定性对巷道的完整性也起着重要的作用，如果围岩被破坏，那么岩石的强度会大大降低，不能共同维护巷道的稳定和支护作用，使巷道变形甚至不稳定。
2.1.2构造应力影响
据实测资料表明，水平构造应力为垂直应力的0.5～5.5倍，在复杂地质条件下更高。构造应力的基本特征是水平应力，具有明显的指向性和区域性。水平构造应力是引起围岩垮落的主要原因之一。
2.1.3结构面影响
岩体中的节理、裂隙、断层等多种地质结构面，无论其来源、空间分布、大小、形状和力学性质，都会对巷道变形产生影响。多结构面岩体在外力作用下，通常不会因为岩石达到极限抗压强度而破坏，而是由于岩体结构面强度过低，破坏，导致岩体破坏。
2.2水文地质因素
地下水不仅影响岩体的受力状态，而且影响岩体的强度。随着岩体结构孔隙水压力的增加，结构面的有效正应力减小，岩体沿结构面的滑动稳定性降低。地下水的物理化学作用可以降低岩体的强度，地下水的活性是影响围岩破坏的重要因素。
2.3事故案例分析
2011年5月15日，某矿项目部某职工上夜班，在北风井井下-152m水平4盘区作业，在该矿区4面右侧的顶板现场检查松石的运行情况，在查封操作中，发生顶板冒落事故，造成1人死亡。根据事故分析，围岩岩性是事故的直接原因。矿区（床）的事故中含铁之组小组宋岩系发生，属于典型的层控沉积变质铁矿床。主要含矿岩石为磁铁矿黑云母麻粒岩和石榴子石黑云母麻粒岩。地层划分是华北地区地层区，芦溪，济南-滕州地层区地层区东南区域发展晚太古代变质地层，其余大部分地区广泛分布的古生代地层的海陆交互相地层和Cenozoiclacustrine和现代沉积物。在该地区，有极少数Iwade岩浆，主要燕山闪长岩、闪长玢岩和伟晶花岗岩燕山。威尔斯-152米级4盘区巷道围岩层理结构的发展，以上0.5m层厚度、动力变质作用、填充绿帘石、绿泥石等强腐蚀变质矿物，层间滑动面形成。此外，受构造应力，垂直方向上有关节面几组，稳定性和岩体完整性遭到极大的破坏，因为底部发生约8°~15°缓慢暴露出巷道顶板的破碎化程度，并带来了困难，检查工作撬松，轻轻的力量，将有浮石下降。
2.4顶板冒落机理分析
在一个完整的岩石中，当应力达到或超过岩石和土体的弹性变形极限时，也会产生较大的塑性变形，如果不阻止这样的发展会导致围岩变形、破裂，甚至不稳定。在软弱结构面切割成岩块或松散介质时容易发生隧道或洞室滑动破坏，围岩失稳。
周边区域易形成裂缝带，一般为环状。对于塑性岩石，断裂带附近的应力接近岩石的强度。如果岩石的应力低于塑性屈服应力，围岩处于弹性状态，在围岩中形成四个区域。
在围岩的弹性状态下，由于它仍然具有承载能力，所以可以保持自身的稳定性。在破碎围岩状态下，由于破碎破坏，表面会失去自承载能力，如不支撑会引起不稳定，因此破裂区是直接支撑的对象，是解决支护问题的关键。在现场，可用声波仪器或多点位移计进行测试。
3预防顶板冒落对策措施
3.1优化支护方式
在巷道掘进和回采过程中，应及时进行支护，在操作者与围岩之间设置安全防护层，防止浮石的脱落。根据矿体周边围岩类型、地质条件和使用年限，可以建立分级支护方法，保证了经济合理的支护方案。
3.2提高开采技术
为防止浮石的脱落，应加强采矿阶段的技术改进措施。1、采取有效措施控制地压，及时调整开采顺序，严格控制采空区和采空区高度。2、改进原有开采方法，找到最适合现有开采条件、高效安全的开采方法，及时处理采空区。
3.3优化爆破设计
除了加强支护，还必须减少对巷道围岩的破坏。降低爆破振动对围岩松动区的影响，采用光面爆破并对爆破参数进行优化，根据岩石的不同类型，分别确定隧道周边孔光面爆破层厚度和电荷之间的距离。
3.4浮石检测技术的改进
该方法可分为人工和机械两种。由于人工处理的工作人员在浮石下面，高度危险，建议使用机械松石。该机主要由手持式撬装机、自行式松石、松石机器人组成。从目前使用效果来看，手持和自润式松石机在国内的应用较为普遍，使用效果较好，建议矿山企业根据自身情况选择使用巷道。
3.5浮石监测预警技术
顶板浮石坠落监测预警技术主要包括岩石无损检测和岩石顶板在线监测系统。岩石的无损检测技术是利用声、光、磁、电特性，在不损害或不影响的前提下，考察对象的表现，是否通过一致性检验检测对象的缺陷，给出缺陷的大小、位置、性质和数量的信息，然后确定检测对象在技术国家。如超声波探测、红外探测和地质雷达。目前，在线监测系统的技术包括声发射监测、微震监测和光纤岩石位移监测。
4结束语
对某矿业开发集团所属地下金属矿山发生顶板冒落事故统计的基础上，结合事故案例，总结分析影响顶板冒落的主要因素，提出地质条件是造成冒落发生的首要因素。同时探讨顶板冒落发生的机理并给出相关工程建议。
参考文献
[1]刘洪强.空场法矿柱破坏规律及稳定性分析[J].采矿与安全工程学报，2011(1):138-143.
[2]孟庆彬.巷道围岩松动圈支护理论及测试技术[J].中国矿山工程，2010(3):47-51.
论文作者:杨志林
论文发表刊物:《基层建设》2017年第13期
论文发表时间:2017/9/11
标签：围岩论文; 顶板论文; 巷道论文; 岩石论文; 应力论文; 事故论文; 浮石论文; 《基层建设》2017年第13期论文;