工程地质预报在金川矿山不良地质条件下管理运用与方法探讨

叶亮山，毛进书，付栋川，惠少坤，张玉明

（1.金川集团股份有限公司，甘肃金昌 737100；2.金昌市永昌县人民政府，甘肃金昌 737100）

1 概述

随着现代化矿山井下的建设步伐不断加快，我国的矿山开采工程大都向矿体深、进路长的方向发展，由于矿山开采工程深度大、穿越的地质单元复杂多变，在开采、掘进过程中可能遇到的工程地质问题以及地质隐患会更多、更复杂、更严重[1-3]。

在金川矿区，地形地貌、地质背景非常复杂及不良地质条件下表现尤为突出。而地质、勘察设计阶段，由于现有技术条件以及经济限制无法一一查清矿区的工程、水文地质条件，导致矿体开采过程中遭遇断层破碎带、突水突泥、各岩体不规则接触等不良地质体，引发矿山井下的安全事故。可见，对矿山开采过程中穿、沿脉道、进路及措施工程掌子面前方工程、水文地质条件，通过地质预报技术进行深入研究，并制定出可以做出准确预测地质预报的综合方法，有重大的理论和现实意义。

2 工程地质预报的概念

工程地质预报是地质工作者根据日常地质技术服务对矿区地质、矿床地质特征等的学习与掌握，结合现阶段生产区段开展的地质工作，对矿岩属性的基本了解以及近期预测预报的采掘工作面的现场地质编录等综合工作，对预报的工作面进行较为全面细致的现场与理论结合的地质工作。

2.1 工程地质预报的主要工作

主要内容有地质素描、岩性描述、构造描述以及工程及水文地质等资料的收集，室内图件及文字整理后对该工作面下一个采掘循环工作中可能遇到岩石的工程地质条件做出较为客观准确的超前预报。

2.2 工程地质预报的主要事项

预报内容包括岩性、岩石质量特征以及断层破碎带构造特征等，指出施工中的注意事项及支护方式的建议，特别是可能遇到断层、岩脉、挤压错动带等软弱岩体时更加需要工程地质预报的指导，达到指导生产安全，避免出现片帮冒落发生。

3 工程地质预报在金川矿山的管理与运用

工程地质预报在金川矿山不良地质条件下各类进路（分层道）中的作用尤为重要，且工程地质预报在金川矿山主要以“地质”和“测量”两个专业开展技术服务管理工作，基于“地、测”专业的特殊性与不可替代性。

3.1 金川矿山不良地质条件下进路（分层道）分类

（1）断层破碎带附近采场进路。主要是指对矿体有大的切断、错动的断层，并且在断层两帮有一定的影响带。由于断层及其破碎带自身具有一定的规模、宽度，破碎带宽度从几米至近十米不等，岩石条件一般非常破碎、蚀变强烈，蚀变有蛇纹绿泥透闪石化等。如Ⅲ矿区F8、Ⅰ矿区F16、F16-1断层，Ⅱ矿区Fc断层、F16断层、F17断层。位于上述大的断层破碎带附近的进路，要充分考虑其工程地质特点。

（2）矿体上下盘边缘无假顶进路。主要是指随着每一分层回采的向下的延伸，在矿体的上下盘回采过程中，因矿体界线发生变化，会出现无假顶回采。这些进路的回采区域处于矿体的边缘，其节理裂隙发育，同时上一分层采矿过程中对矿岩造成一定的扰动，岩石破碎。

（3）矿岩接触带进路。主要是指分层联络道从上盘或下盘进入矿体，开始穿脉道掘进，要穿越矿岩接触带。由于金川矿区成矿的特点，在矿岩接触带一般形成规模不等的蚀变带，即地质岩石类型划分的∑s，矿岩接触带从几十公分至十余米不等，片理发育，蚀变强烈。

3.2 专业技术管理在金川矿山的措施与应用

地质专业管理手段主要表现：一、系统对矿山地质要素进行梳理，全面收集整理现阶段某矿山开采区域的水文环境、应力变形以及围岩蚀变等各类地质现象；二、对井下采场中因地质要素出现的风险隐患，尤其是对各采场出现的涌水、片帮、冒顶、垮塌、滑面以及变形等重点隐患问题进行分类排查、分类标记、分类规整（隐患具体说明：1顶板渗水，多表现为上一分层充填遗留水；地板渗水，多表现为岩石裂隙水；3 巷道破坏，多表现为岩石应力过大，喷浆支护鼓包变形；4支护变形，多表现为地应力过大，支护体承压变形；5蚀变现象，多表现为岩石与岩石之间接触交代与同化混染作用明显，岩体破碎；6 片帮、冒顶及垮塌，多表现为岩体地质条件差，岩石结构复杂，采掘现场出现的不同程度的顶板、帮体的碎裂及掉落隐患）。

测量专业管理措施表现为强化自身业务服务水平，细化测量实测工作，服务矿山井下安全生产。

3.3 流程管理模式在金川矿山的探索与实践

结合上述“地、测”专业技术管理手段中对井下采场中因地质要素出现的风险隐患，尤其是对各采场出现的涌水、片帮、冒顶、垮塌、滑面以及变形等重点隐患问题进行分类排查、分类标记、分类规整后，探索并实践出一整套金川矿山工程地质预报的模式。具体模式如下：

专业技术管理分为地质研判（地质专业部分）与测量实测（测量专业部分）。首先，地质研判由三个方面组成：（1）地质要素梳理（包括水文环境、应力变形、围岩蚀变，主要的方法措施与技术手段为：①强化专业素养；②完善设计图中的地质要素；③建立地质档案）；（2）风险隐患辨识（包括涌水、片帮、冒顶、垮塌、滑面、变形）；（3）提供专业措施（包括预判设计、超前支护、措施掘进，主要表现为对采场出现的安全风险要进行专业的、动态的、反复的辨识，采取及时、合理的防范措施）。其次，测量实测主要措施表现为测量成果及时运用，主要表现在利用测量技术成果，及时、高效服务作业盘区指导盘区生产。

3.4 体系管理措施在金川矿山的创新与运用

工程地质预报按照“由谁做”、“怎么做”、“达到什么效果”、“怎样评价考核”闭环要求，依据多专业合作、联合预警，具体将工程地质预报中“说”转化为“做”，形成一套行之有效的工程地质预报体系。具体运用：①地质专业做好地质隐患检查、研判工作，细化地质编录，在结合现场工程地质环境及岩性分析的基础上，为生产工区提供合理的措施建议，通过下发《地质隐患通知整改单》的方式要求采矿工区按要求实施整改（流程见图1）；②测量专业在测量实测图上详细标定“冒落区”、“矿岩结构不稳定区域”等工程地质情况，进行实测预警（流程见图2）。

图1 地质专业预报流程表

图2 测量专业预报流程表

3.5 意识管理在金川矿山的拓展与提升

工程地质预报从矿山工作人员的意识入手，使每个员工都有较强的责任心、较高的文化修养和过硬的技术水平，并积极发挥主观能动性，自觉地搞好业务拓展与技术革新。具体表现为：制作地质隐患区域预警图册（主要表现为在采矿设计图上，根据现场地质编录，生产写实，对主要生产区域内的岩石结构、水文地质、工程地质、矿岩接触带、岩体不稳定及冒落区在生产设计图上进行一一标准，以便服务现场生产），编制地质隐患预警的宣传动画（主要表现为将因地质条件产生的安全隐患，如：涌水、片帮、冒顶、垮塌、滑面以及支护变形等现象已经对应的处理措施，做成电子动画并加以宣传及普及，对全员安全教育的思想认识给予一定程度的帮助与指导）。

将地质隐患区域预警图册和地质隐患预警的宣传动画一同反馈至生产工区，既为生产工区提供地质专业预警，保证安全生产；同时也教育了员工，让其自身安全理念提高，可谓一举两得。

3.6 科学技术在金川矿山的的更新和换代

金川矿山的地质工作者利用surpac 软件完成对此矿山井下资源矿体形态的三维建模，充分展现出各岩相及岩石接触带的空间位置，给安全回采提供设计依据；同时测量工作者利用surpac 软件和全站仪完成此矿山资源范围内的三维巷道及空间扫描（图3），给采矿穿沿脉、掘进巷道提供较为完善的可视化生产条件资料，为安全生产提供基础支撑。

图3 巷道三维扫描

4 结论

4.1 主要结论

（1）地质预报可以起到非常不错的预警效果，在矿山井下施工过程中提供有效的技术支撑。

（2）多专业协同、联合预警是地质预报的增强手段，建议未来矿山的地质预报让多专业协同参与，共同完成。

（3）由于矿山行业的特殊性和复杂性，完美的地质预报几乎不可能实现，本论文提出的措施手段不尽完善，应在今后实践中更进一步细化和具体化。

（4）加强与技术科室、采矿工区的沟通联系，让工程地质预报受到基层单位的重视，发挥其作用。

4.2 工作展望

（1）由于矿山行业的特殊性和复杂性，彻底的矿山安全生产几乎难以实现，但可以尽量提升矿山的本质安全程度，本论文提出的工程地质预报的措施与体系不尽完善，应在今后实践中更进一步细化和具体化。

（2）本论文中对矿山基建阶段（井建工程）涉猎较少，具体包括①平巷、斜坡道工程施工中的工程地质预报（主要在矿区围岩中）；②竖井掘进的工程地质预报（主要是竖井选址以及工程地质钻孔验证，施工阶段对较大的断层构造及水文地质的针对性预报），此部分工程预报还需后期工作中，提上日程并加以推广，以便更好地服务矿山安全生产。

（3）本论文中提出的工程地质预报在安全管理工作中表现，还应在实践中进一步修改和完善，以期更好地指导此矿山的长周期、高效能安全生产与建设的工作。