地下矿山顶板安全管理分级的思考
地下矿山顶板安全管理分级的思考
王永清
（武钢矿业有限责任公司程潮铁矿，湖北 鄂州 436051）
摘 要：总结了矿山井下顶板冒落造成事故的三种类型，根据围岩的结构类型建议将地下矿山顶板安全管理分为三级，明确责任，并分析了程潮铁矿井下顶板安全管理方面相应存在的问题，提供了思路供参考。
关键词：地下矿山； 顶板冒落事故； 分级管理； 措施
The consideration of roof safety management rating in underground mine
Yongqing Wang
(Cheng chao Iron Mine, Wugang Minging Ltd. Co., E zhou,Hubei,436051)
Abstract: In this paper, three kinds of the roof caving accidents are summarized in underground mine. According to the structural types of surrounding rock, it is suggested that the roof safety management is divided into three ratings and the responsibility is determined. At the same time, the relevant existing problems are analyzed in the underground roof safety management of Cheng chao Iron Mine, which
provides the thought for reference.
Key words: underground mine accidents of the roof caving rating
management measures
1 引言
有资料显示【1】，在国内的矿业事故、交通事故、爆炸事故、火灾、毒物泄露和中毒、建筑事故等六大类安全事故当中，矿山事故就占到了60％，其次是交通事故。而其中，井下矿山的顶板冒顶片帮、爆炸、透水、煤与瓦斯突出、炮烟中毒、火灾、矿车脱轨跑车等七大类事故中，顶板事故又占到了26.5～30% 。以武钢程潮铁矿来说，从最近两年事故统计的情况看，顶板的冒顶片帮事故占到了轻微伤以上事故的31％，而重伤级以上的事故大部分集中在巷道顶板的冒顶片帮，显示井下顶板的安全管理在矿山安全管理中占据着重要的地位，务必引起安全管理人员的高度重视。
2 顶板冒落事故类型
顶板冒落事故，最常见的就是井下巷道的顶板（含两帮）浮石的非预期冒落直接对在现场作业的设备以及人身的伤害，如程潮铁矿2002年的“2 . 15”片帮伤人事故、2003年的“9 . 12”伤人及“9 . 25”死亡事故莫不如此，国内矿山行业所统计的顶板冒落事故，绝大部分即属于这种类型。
图1 程潮铁矿2003年“9.25”事故现场
顶板冒落造成的危害性远不止如此。事实上，当采用房柱法等采矿方法以及在采用矿块崩落法拉底或者无底柱采矿法首采之前的放顶时，往往需要形成大面积暴露的顶板。如果管理不善，
也容易因为顶板的大规模崩落形成冲击波、岩爆等，造成严重的设备及人身伤害事故，甚至是矿山灾难。国内最典型的如2001年广西的“5 . 18”合浦县恒大石膏矿重大冒顶事故。原因就是由于主要巷道护巷矿柱明显偏小又不进行整体有效支护，加之矿房矿柱留设不规则，随着采空面积不断增加，形成局部应力集中。在围岩遇水而强度降低情况下，首先在局部应力集中处产生冒顶，之后出现连锁反应，导致北翼采区大面积顶板冒落，通往三水平北翼作业区的所有通道垮塌、堵死，造成29人死亡、直接经济损失456万元的特大事故。
此外，由于井下巷道顶板的冒落，还可能由此引发一系列的继发性事故，如造成风路堵塞致使作业人员炮烟中毒；沟通附近的水体造成淹井。典型例子如2003年的吉林省白山市“7 . 1”冒顶事故。事故原因就是：白山市社保公司道清小井有关人员在停产整顿期间下井维修绞车道时，发生冒顶（塌陷）事故，埋住５人。在抢救过程中，因安全措施采取不当，采煤巷道冒顶后，上层已经被废弃的另一条采煤巷道中的积水泄漏，抢救人员又有１６人被埋，最后确认被埋井下的２１人全部遇难；又如顶板冒落如引起流沙涌出时会造成地面的沉降。典型例子如2003年上海地铁线“7 . 1”事故。事故直接经济损失1.5亿元左右，而且造成地铁4号线几乎要改线。
3 顶板围岩的结构类型
井下巷道顶板冒落事故的发生，直接的原因就是巷道顶板围岩在开挖过程中及开挖完成后卸荷回弹变形松动。如果浮石脱离顶板围岩并正巧伤及作业的人员及设备，就造成冒顶事故。轻者皮肉之苦，重者车毁人亡。因此，顶板管理的第一要务就是，在巷道开挖前以及开挖过程中结合地勘、生勘资料以及地质编录资料等，对顶板围岩结构类型有一个大致的了解，初步判定开挖后可能出现的变形破坏型式，并据此确定相对合理的支护方式，如喷浆、锚杆(索)、砼、钢支架 甚至联合支护方式如喷锚网联合支护，以及后期的补强支护等。
按照岩体中结构面对围岩的切割状况，将顶板围岩的结构类型划分为4大类和8个亚类【2】，
如下。
按照分类表，当初步确定了井下巷道的顶板围岩的结构类型之后，我们就可以开始对稳定性不同的顶板进行管理级别的分类。
4 顶板管理级别的分类
分类的目的，就是对顶板安全状况进行风险评估（Risk Assessment）,以便为后续的顶板安全管理职责划分做准备。这样做的目的，不仅仅是为了明确责任，避免出现事后笼统扯，而且有利于优化顶板管理的人力资源，避免出现管理职能因错位造成的浪费或者不足。当然，分级也是相对的，主要分清各个管理层次谁主谁次的问题，不存在绝对的排他性，这一点需要在具体的操作中把握。
按照顶板围岩的结构类型不同，建议将矿山井下顶板的安全管理分为三级，即由低到高的三个层次。
4.1 第一级 Ⅰ、Ⅱ类顶板——班组级的自主管理
如果巷道顶板围岩的结构类型判定为Ⅰ、Ⅱ类，即顶板呈整体块状结构或层状结构，说明顶板安全状况很好或者较好，开挖后顶板将不会出现明显变形或者变形不足以构成冒顶安全问题。在这种情况下，顶板即使出现浮石，体重小也很小，分布也局限于个别部位。因此，顶板管理可以主要交由所在的施工班组自主管理，工段及以上级别只行使检查督促班组的职能。即主要是：班组进班后开机操作前，先用撬棍处理顶板（两帮），即所谓的“敲帮问顶”。具体操作程序详见操作工的技术规程和安全规程。事实说明，对这种低层次的顶板安全管理，车间以上级别不可能也完全没有必要实行大包大揽式的管理，因为从经济学的角度看，一是如果车间投入过多的精
力，管理带来的成本太高不合算，而班组安全管理职责荒废，也是一种安全管理资源的闲置；同时班组心理上会养成依赖思想，有百害而无一利。
现场情况表明：当围岩稳定状况较好时，只要严格遵循班组级自主的管理的程序，特别是严格执行“敲帮问顶”程序，顶板安全管理完全可以受控，顶板冒落伤人事故可以避免。反之，如果施工班组长时间在顶板“敲帮问顶”上麻木不仁，心存侥幸，也有可能出现浮石冒落伤人事故，如程潮铁矿的“9 . 12”冒顶事故就是很典型的案例。
4.2 第二级 Ⅲ、Ⅳ类顶板——车间以上级的顶板专项管理
如果巷道顶板围岩的结构类型判定为Ⅲ、Ⅳ类，即顶板呈破碎结构甚至散体结构，说明顶板安全状况较差甚至很糟糕，巷道开挖过程中以及开挖后使用过程中会随时出现新的变形破坏，顶板浮石经“敲帮问顶”处理后重现的频次很高，随机性强，块度也从小到大甚至巨块。这种情况下，顶板管理职责的重心必须从班组的自主管理转移到车间以上级的顶板专项管理。即：顶板管理除班组的日常“敲帮问顶”以外，应以专业顶板工的顶板检查，支柱工、维护工及砼支护工等的专业维护为主。事实说明，对这种难度较高的顶板安全管理，如果完全交由班组自主管理，投入高，效果差，性价比很低，从安全经济学角度看不合算，硬要如此是不负责任的表现；反之，交由专项管理则可以方便车间调动各工段的专项安全管理资源，效果相对较好。
在这类顶板专项管理中，有一类特别的顶板管理内容，即断层破碎带的顶板管理。对程潮铁矿近两年顶板事故的统计分析表明，绝大部分事故就是在断层破碎带下作业而造成的，由此可见过断层破碎带的顶板安全管理又是这类顶板管理的重中之重。
过破碎带时顶板管理难度大，在于当在破碎、散体结构的岩体中开挖及回采作业时，由于围岩受各种断层构造以及节理的切割，随着开挖及回采引起的地压变化，新的地压显现不断出现，
巷道变化明显。因此，这期间的顶板管理，由于专业性较强，除了作业人员的日常管理之外，重心应该转移到工段以上级的专业顶板管理甚至车间及矿级的专业技术管理。
从理论上讲，容易造成冒顶事故的断层一般主要为两种：张性断层和压扭性断层。一般说来，张性断层断距较大，断层中往往为泥质碎屑胶结充填，材质松软呈散体结构。一遇开挖临空即开始冒落，如遇顶板渗水则完全失去自持力，对巷道掘进施工威胁极大。而压扭性断层往往断距不大，断层内为软弱构造岩如绿泥石等所充填，岩体呈破碎状甚至散体状，开挖阶段即开始出现变形冒落；即使采用锚喷等技术得以稳固，在随后的回采阶段，由于回采引起的地压变化以及爆破震动，顶板变化将会非常快；而且由于有先期支护方式如喷浆层等造成的假象，特别容易引起回采期作业人员的麻痹大意。如果顶板管理不慎，极有可能造成严重的车毁甚至人亡的安全事故。如程潮铁矿2003年的“9 . 25”冒顶事故就是如此。
总结井下巷道的顶板管理的经验教训，对上特殊地段的管理，应强化如下措施：
4.2.1 对矿岩接触带、破碎带，必须强化边掘边锚工作，班组必须做到掘一米锚一米，锚杆宜采用预应力开缝式锚杆，锚杆施工质量包括孔径、部位、方向及数量等必须达标。技术部门应对顶锚施工班组进行实时的指导、监督。
4.2. 2 对较大的断层地带及裂隙发育地带，锚杆施工必须随掘随支到位、质量达标、进度及时。如果无法施工锚杆或施工后仍存有隐患，施工班组应及时上报车间以上安全管理部门登记。安全管理部门应联系技术部门提交更完善的的支护方案，包括条带支护、喷浆、扎网、混凝土浇灌、钢支护、弧拱支护、设计修改、反掘及停止施工等措施、并将方案由车间以上审批，交施工班组落实执行。
4.2.3 对沿脉巷与进路等交*的丁字口、十字口及其它开口地带必须用锚杆锁口，锁口的范
围为：离交*中心点十米范围以内。锁口时，巷道顶板的锚杆布置最好采用梅花形布眼。锚杆间距一般为800mm左右，甚至加密；长度在2000mm左右，甚至加长，确保端部固定在顶板稳定的基岩上 ；巷道两帮锚杆按设计施工，锚杆排距一般为1000mm左右，长度1800mm左右。
4.2. 4 对底板陷落地带，必须立即停止施工和通行，吊挂警示牌封闭入口，并及时上报车间安全管理部门，安全管理部门应联系技术部门提交支护方案。无法整改时，应及时上报矿有关部门，在此期间车间应停止施工。
4.3 第三级 空场类——矿以上级的专业管理。
除Ⅰ、Ⅱ及Ⅲ、Ⅳ两类顶板外，另外还有一种特殊的顶板结构类型，即由于采矿方法的客观要求而出现的、或者是因为爆破质量管理不善而造成的暴露面积很大的顶板，一般面积达数千平方米以上。在这种大面积空场下进行采矿等作业时，一旦开始出现顶板崩落，随后往往是大规模的。其危险性除了会因为滚石伤人之外，更危险的在于岩崩所产生的冲击波对人身及设备的危害。国外采矿史上，曾有顶板大规模崩落造成的冲击波将采矿设备吹成“麻花”的案例；国内最新案例如武钢程潮铁矿2004年“6.24”事故，因采空区突然冒落，冲击波将重达数吨的电气设备吹得满地滚，操作工的工作服被剥光，同时数万方的黄泥涌入井下造成数人伤亡，井下采矿生产几乎停顿。冲击地压的危害由此可见一斑。
国内金属矿山顶板事故统计分析表明，因这类空场而产生的顶板冒落事故，在六、七十年代以前以采用房柱法等空场法的矿山居多。如：锡矿山南矿，自1965年至1970年前后发生过三起影响范围很大的采空区大冒落，最大的一次冒落面积达34000m2，甚至使1＃主井的井架偏斜，冶炼厂的烟囱发生了明显的弯曲变形【3】；随后，由于地下金属矿山逐步转向要求顶板预先崩落的无底柱采矿法，事故大大减少。但是在仍采用房柱法的非金属甚至金属矿山，留下的采空场造成的冒顶事故隐患仍不能掉以轻心，否则也有可能造成大的甚至是灾难性的事故，如2001
年广西的“5 . 18”合浦县恒大石膏矿重大冒顶事故就是很典型的案例。
对这种类型顶板崩落的预测，短期准确预测的技术含量很高，难度也很大，因此现场安全管理难度很高，仅*车间级的顶板专项管理力量完全为力，因此只能交由由矿级以上的采矿专业工程师等组成的专家队伍专业管理，实际操作管理上一般交给有资质的、研究条件的专业科研院所等做专项课题研究。
