和睦山铁矿冒顶事故时空规律及预防措施

2024-01-15黄小忠

现代矿业 2023年12期

黄小忠

（安徽马钢矿业资源集团姑山矿业有限公司）

顶板管理是地下矿山安全管理工作的主要内容之一，顶板管理的好坏直接决定了矿山生产作业条件和效率，对矿山安全生产具有现实意义［1-2］。矿体本身的自然条件是决定顶板管理难度的重要因素，且与工作面的安全性息息相关。尤其在矿产资源的开采过程中，由于采动影响，会对围岩产生破坏，导致巷道和工作面失稳［3-5］，这时候如果顶板管理不当，极容易出现冒顶事故。和睦山铁矿是一个地下开采矿山，处于开采后期，且各中段已经回采至近顶柱位置，矿岩稳定性较差，顶板管理难度较大，冒顶事故呈现点多面广的特点，成因复杂，控制难度较大［6］。冒顶事故不仅影响矿石的回采进程，还导致设备的损坏和人员的伤害，对矿山安全生产极为不利［7］。因此，为了确保和睦山铁矿顺利度过残采期，保障井下工人作业安全，需要对矿山冒顶事故发生的时空规律及成因进行统计分析，从而提出相应的预防措施［8］。

1 和睦山铁矿围岩事故类型

和睦山铁矿后观音山矿段的矿岩稳定性能较差，虽采取了安全性较高的预控顶上向进路充填法［9］，但由于该方法技术要求复杂，加上支护不当等因素，导致矿山的冒顶片帮事故频发［10］。从表1 可知，和睦山铁矿在2021 年发生冒顶为71 起，主要发生在进路位置，工作面为冒顶事故多发区域。这主要与工作面采矿作业强度高和支护不当有关。此外，仅在2021 年发生的顶板冒落事故便导致约2 万t矿石损失，预估直接损失180 万元，并造成后期维护费用高达126 万元［11］。这充分说明了对和睦山铁矿冒顶事故发生时空规律进行深入分析具有经济意义和现实意义。

2 冒顶事故发生规律统计分析

利用统计分析揭示矿山冒顶事故发生规律，从而提高安全管理人员和井下作业人员的安全意识，并进行有针对性的监测和预防。为此，本研究重点从时间、空间以及历史数据比较的角度分析2021 年和睦山冒顶事故的规律。

2.1 时间规律

2021 年和睦山铁矿冒顶事故月度分布如图1 所示。除了5、6 月份停产没有统计外，8 月份冒顶事故发生率最高，高达12起，占比达16.9%，冒落矿石量为742.35 t。12 月份的冒顶事故发生率最低，仅2 起，占比达2.8%，冒落矿石量为53.34 t。和睦山铁矿在各季度的冒顶事故发生比例如图2所示，其中一季度冒顶17起，占比24%；二季度因2个月停产，冒顶事件最少为14 起，占比为20%；三季度冒顶事件最多，为24起，占比34%；四季度发生冒顶起数为16 起，占比为22%。如果考虑将二季度停产的2 个月考虑在内，季度分布规律是逐季增多。这表明冒顶事故发生率与季度有关，这可能与矿山生产任务在逐季度增加有关。

为深入分析冒顶事故发生的时间规律，需要对以往各年份冒顶事故进行统计，图3 和表2 是矿山自2014 年以来的数据。整体来看，冒顶事故的发生与年度因素关系不大。而分析表2 数据却发现冒顶次数与各年度某些月份存在一定关系，特别是7—11月，这段时间冒顶发生次数最多，高达54%，这估计与下半年生产安排偏多有关。

2.2 中段与分层分布规律

一般来说不同中段或者不同分层冒顶事故的发生率是不一样的。从表3 可以看出，和睦山铁矿在2021 年-150、-200、-250 和-300 m 中段冒顶事故发生起数分别为23、2、23 和23 起，其中以-150、-250 和-300 m中段冒顶事故次数最多，-200 m中段冒顶事故次数最少。-150 m 中段因靠近地表，且该中段采用留矿法以及受到-200 m 中段分段采用空场嗣后充填采矿法回采时残留的采空区垮塌影响，故冒顶事故较多；-250、-300 m 中段是主要生产水平，均接近顶底柱，故冒顶事故发生趋势相当。-200 m 中段仅年底在-162.5 m 分层回采了约0.35 万t 矿量，其回采时间短、采出矿量少，故冒顶事故起数较少。从分层看，-142、-150、-210.5 和-257 m 分层发生的冒顶事故占比最多，其中-142、-150 m 分层受老采空区或塌陷区影响较大，而-210.5、-257 m 分层均为近顶柱分层，容易发生冒顶事故，该规律与近顶柱地压逐渐增大的规律相同。这表明地压凸显是导致冒顶事故发生的主要因素之一。

2.3 盘区分布规律

盘区作为分层中采矿区域的划分方式，其冒顶事件的分布很大程度反映该区域的开采条件。2021年，后观音山矿段的零、一、二、三、四、五和六盘区冒顶事故发生起数分别为6、4、6、6、18、2 和2 起。冒顶发生次数最多为四盘区，其次为零、二和三盘区，最少为五盘区。这主要由于零盘区和四盘区为开采集中区域，回采作业多，开采任务重，矿体受扰动大。其中零盘区的-257、-215 以及-155.5 m 分层都已经作为回采分层，四盘区的回采接近中段顶板，这些因素导致更易发生冒落。相对来说，五盘区条件较好，且处于主矿体的末端，安排的生产任务较轻，因此发生冒顶概率最低。

2.4 万吨冒顶发生率

表4 为和睦山铁矿采出矿量和冒顶数的对应关系。就全年来说，2021 年和睦山铁矿万吨事故发生率为1.35 起/万t，相较上一年的0.58 起/万t，提高了132%。如果采矿方法和进路结构参数等不进行变更，2022 年后观音山矿段万吨冒顶发生率将不低于1.35 起/万t，因此，2022 年的安全生产形势会更严峻，必须引起高度重视。通常来说，采出矿量与对应的冒顶起数呈正相关，但由表4 可知，和睦山铁矿每月采出矿量与冒顶次数的正相关关系并不明显。这可能由于矿山已经达到回采后期，围岩和矿体均出现破碎，再加上后期顶板管理难度较大且受到停产因素影响，因此，即使在产量较少月份，也有一定概率出现较多的冒顶事故。

3 历年冒顶事故规律的对比分析

3.1 各分层累计冒顶事故起数

和睦山铁矿各分层累计冒顶事故统计结果如表5 所示，可以看出，各中段冒顶事故发生起数变化较大，除-150 m 中段因目前开采分层有限，整体扰动和采出矿量均较少，故事故起数较少。其余中段冒顶事故均较多，尤其是-200 m 中段达到213 起，说明和睦山铁矿矿岩整体稳定性较差，各中段矿岩稳定性存在较大差异。

3.2 -150 m中段不同分层冒顶起数规律

-150 m 中段各分层冒顶事故发生的规律表现为越下面的分层，冒顶起数越多。但是该中段各分层回采作业尚未结束，最终规律尚不明确。考虑到该中段为最高回采中段，靠近地表，且采用上向进路充填采矿法，按照其他中段规律综合分析，受回采作业影响，预测回采后期反而是越往上的分层，矿体受扰动越大，发生冒顶事故的概率也会增大，需要特别注意。

3.3 -200 m中段不同分层冒顶起数规律

-200 m 中段作业面和顶柱的距离与事故发生起数的关系如图4 所示，可以看出，作业面与本中段顶板的距离越近，冒顶事故发生起数越多，即概率越大。因此，在各中段回采至各中段近顶柱位置时需格外注意冒顶事故的发生，加强支护和及时充填采空区。

3.4 -250 m中段不同分层冒顶起数规律

-250 m 中段各分层发生冒顶起数统计于表6，同时给出了各分层距本中段顶板的距离。虽然本中段各分层冒顶次数与顶板的距离没有像-200 m 中段那样明显，但最上部-210.5 m 分层虽然还没有结束回采，其发生冒顶事故已经最多，说明近顶柱回采安全压力巨大。

3.5 -300 m中段不同分层冒顶起数规律

-300 m 中段的作业面到本中段顶柱的距离与冒顶事故发生起数的关系如表7 所示。随着作业面到上中段底板距离的增加，冒顶发生起数先增加后减少，这可能与最上部-257 m 分层尚未回采完毕有关。整体来看曲线处于下降趋势，这说明-300 m 中段冒顶发生规律和-200 m 中段是相一致的，即在中段相同的前提下，距离中段顶柱越近的作业面发生冒顶的概率越大。

4 预防措施

和睦山铁矿在2022 年的回采作业主要集中在后观音山矿段，但由于该矿段各中段已经回采至近顶柱位置，地压显现导致冒顶发生率显著提高，安全形势不容乐观。因此，必须针对矿山当前的生产条件制定并实施严格的安全生产预防措施。

4.1 技术措施

（1）从事故类型分析知道，预控顶上向进路充填采矿法技术复杂和支护困难是造成冒顶频发的一个重要原因。通常来说，进路规格越小，回采作业的安全性越高。结合矿山实际情况和支护水平，建议变更原来的采矿方法，采用进路规格更小的普通进路充填法，从而有利于控制顶板和边帮，降低顶板管理难度。

（2）从冒顶事故发生位置统计分析可知，工作面是冒顶发生最多的地方。主要是由于作业面高强度爆破作业造成的。因此，为了减少工作面爆破回采作业对进路巷道的扰动，建议优化爆破参数和采用更为先进的光面爆破技术。这不仅能提高进路成形的质量，还可以减少巷道后期维护的成本。

（3）通过分析冒顶发生率与中段之间关系，冒顶事故的发生率与工作面距离中段顶柱的远近呈正相关。在近顶柱的情况下，地压会逐渐增大，导致顶板和围岩变形，从而形成裂缝，再加上原本存在的节理裂隙也会被扩大，直至破坏顶板的完整性，演变为顶板局部或大面积冒落。因此，建议在合理的前提下留设或增设更厚的中段顶柱，即护顶矿柱，使得顶板地压控制在合理水平。

（4）通过分析冒顶发生的时间规律，发现回采时间短的巷道冒顶事故发生较少。因此，减少进路巷道暴露的时间能有效减少冒顶的发生。建议在冒顶频发的区域适当缩短进路的长度，提高作业循环次数和效率。在进路回采结束后及时进行充填，同时确保充填质量。此外，冒顶发生率与季度存在关系，建议平衡生产任务，避免生产任务过于集中或者逐渐递增等不合理安排。

4.2 组织管理措施

（1）通过历史资料识别易发生冒顶的部位与区域，对这些区域进行单独加强监管，在条件允许情况下布置地压监测系统，以便进行监测预警。

（2）细化安全事故的应急预案，明确停止生产、人员撤离的具体条件。

（3）确定锚网施工、打眼或挂网等作业的安全管理制度，加强作业工人安全意识教育，严禁违章操作等［12］。

（4）加强安全教育和技术培训，杜绝违章作业和违章指挥。针对职工中存在的麻痹侥幸心理和盲目蛮干行为，加强遵守劳动纪律和操作规程的思想教育，从两方面入手搞好技术培训：一是进行采矿生产技术知识的培训，使工人对所采用的采矿方法做到心中有数，不因不懂安全操作规程而违章作业；二是进行支护方法、排险方法等知识的学习和训练。

（5）加强施工和工程质量验收与安全检查，及时发现事故苗头，排除不安全因素。依靠职工和安全、技术、生产专业管理人员做好预防工作。

（6）对冒落进路或区域根据矿山具体情况和矿石品位等多种因素考虑是否修复，在经济性合理情况下支护或修复，如果不具备条件，果断放弃。