钟小荣 雷高

摘要：金属矿山顶板冒落事故发生频率高，事故一旦发生将给矿山企业造成巨大损失。为有效防止井下出现冒顶片帮事故，湖北三鑫公司根据历年地质基础工作和多年的工程实践经验，采取了顶板预分级和现场分级两阶段、三级管理模式，对不同级别的顶板采取相应的技术管理和现场管理措施。实践表明，该顶板分级管理方法科学、操作性强，达到了防范冒顶片帮事故发生的目的。

关键词：顶板分级;采掘工程;分级管理;预分级;现场分级

中图分类号：TD844文献标志码：A开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

文章编号：1001-1277（2021）07-0054-05doi：10.11792/hj20210711

地下矿山开采过程中，破坏了原岩的稳定状态，进而导致围岩顶板坍塌冒落、巷道变形破坏并伴随冲击气浪等问题，可能造成人员和设备损伤[1]。顶板冒落事故是金属矿山发生频率最高的事故之一，其事故发生数量和死亡人数约占井下采掘作业总事故的40 %以上，给矿山职工生命安全带来严重威胁，使矿山企业经济利益遭受巨大损失，对社会和谐稳定造成了不利影响[2-5]。顶板冒落事故不仅与矿岩结构有关，还与采矿方法、施工生产组织方式、顶板检查管理方法有直接关系。因此，研究顶板分级方法和现场管控措施，对促进地下矿山安全生产管理具有重要意义。

1 矿山概况

湖北三鑫金铜股份有限公司（下称“湖北三鑫公司”）位于华夏青铜文化发祥地湖北省大冶市，是一家以采选金铜矿为主的矿山企业，拥有鸡冠咀、桃花嘴2大矿区，采用竖井开拓方式，拥有2条主井、1条副井;采矿方法主要为分段空场充填采矿法、浅孔留矿采矿法和上向水平充填采矿法。矿床成因类型属高—中温热液矽卡岩型矿床，工业类型属铜金铁矽卡岩矿床。鸡冠咀、桃花嘴2个矿区紧密相连，地质条件相同，成矿作用相近，实际上是1个矿区的2个矿段。矿区围岩主要有火山角砾岩、闪长岩类与石英闪长玢岩，围岩组织结构致密坚硬，平均普氏硬度系数f=8～10;稳定性良好，但暴露时间过久或遇水容易风化。水文地质属简单—中等复杂类型。矿区内地表水系发达，与大冶湖相通。地下水主要为大理岩岩石溶水、裂隙水和溶洞水。

2 采掘工程顶板分级原则及方法

2.1 顶板分级原则

井下采掘工程顶板的危险程度多是由地质条件、技术设计和施工组织等多方面的主观和客观因素决定的。在进行顶板分级过程中，湖北三鑫公司坚持分级管理和综合预防原则，推广应用先进技术的本质安全化原则，以及顶板分级定性与定量评估相结合的原则。

井下采掘工程顶板分级采用顶板预分级和现场分级两阶段、三级管理模式。两阶段是指施工前对工程地质条件研判，先对拟揭露的顶板进行预分级;工程施工后根据现场环境及各方面综合条件再对采掘工程顶板进行现场分级。预分级和现场分级都将采掘工程顶板分为一级、二级、三级，一级危险程度最高。

2.2 顶板分级方法

以地质资料及设计院初步设计资料为依据[6-9]，根据采掘工程顶板岩石完整性、稳固程度、地质构造和矿岩破碎程度、采场或巷道跨度大小、顶板矿岩的透水性、是否在充填体中进行二次掘进等不同情况，在进行工程设计时，将矿区现有常见矿岩及充填体分为三级：一级岩性最差，二级次之，三级较好。采掘工程施工揭露后，组织地质、测量、采矿、安全等相关技术人员和管理人员，根据以上要素采掘工程的实际情况编制采掘工程顶板量化分级评估表（危险分值总分100分），对采掘工程顶板进行现场评估分级。

3 顶板分级

3.1 顶板预分级

以矿区内主要矿岩物理力学性质和矿区内主要矿岩综合质量指标为主要参考依据，對采掘工程中的顶板进行预分级。

1）矿区主要矿岩物理力学性质。参照湖北三鑫公司历年来的岩石力学研究工作，借鉴岩石力学研究成果，矿区内主要矿岩物理力学性质如表1所示。

2）主要矿岩综合质量指标。主要矿岩质量指标包括RQD值、节理组数指标（J n）、节理粗糙系数（J r）、节理蚀变系数（J a）、节理渗水折减系数（J w）、应力折减系数（SRF）等。矿区内主要矿岩综合质量指标（Q）计算结果如表2所示，其计算公式[10]为：

Q=RQDJ n×J rJ a×J wSRF（1）

根据矿岩物理力学性质、矿岩综合质量指标，将矿区内矿岩进行预分级，预分级结果如表3所示。

从表3可以看出：湖北三鑫公司矿岩坚硬块状大理岩、坚硬块状闪长岩、闪长玢岩采场顶板稳定性预分级为三级;岩溶较发育的中等坚硬大理岩、中等坚硬的块状石榴子石矽卡岩及中等坚硬的构造岩类顶板预分级为二级;透辉石矽卡岩及软弱至中等坚硬的碎裂构造角砾岩及充填体顶板预分级为一级。

3.2 顶板现场分级

由地质、测量、采矿和安全等专业技术人员和管理人员组成现场评估组，对量化后的地质类（如表4所示）和采矿类（如表5所示）危险因素进行评估。其中，地质类危险因素权重占70 %，采矿类危险因素权重占30 %。现场评分大于或等于75分的为一级顶板，评分在50～75分的为二级顶板，评分小于或等于50分的为三级顶板。

3.2.1 一级顶板

凡具备下列条件之一，列为一级顶板：

1）不良胶结充填体条件下的所有顶柱、间柱、底柱等二步骤浅采采场，采场顶板5 m之内存在老巷道跨越采场的浅采采场。

2）存在脉内构造，采场顶板岩石极不稳固，层、节理裂隙发育且有较大破碎带的浅采采场及巷道。顶板有淋水、渗水现象的采场。

3）凡在断层、溶洞、破碎带、接触带或不良充填体中掘进施工井巷工程中的顶板。

4）顶板量化评估分级危险因素评分为75分及以上的采掘工程中的顶板。

3.2.2 二级顶板

凡具备下列条件之一，列为二级顶板：

1）顶板矿岩较稳固，矿石层、节理裂隙比较发育，围岩比较破碎，存在局部渗水现象。

2）在易风化的矽卡岩、闪长玢岩、粉砂岩、高硫矿石等矿岩中掘进施工井巷工程中的顶板。

3）顶板量化评估分级危险因素评分在50分以上、75分以下的采掘工程中的顶板。

3.2.3 三级顶板

除一、二级顶板以外，岩石坚固，层、节理裂隙不发育，且围岩极稳固的采掘工程中的顶板;顶板量化评估分级中危险因素评分在50分及以下的采掘工程中的顶板，列为三级顶板。

4 顶板分级管理

4.1 顶板分级技术管理

4.1.1 巷 道

预分级为一级顶板巷道，设计时必须同时设计巷道支护方式。一级顶板巷道必须采用锚网喷浆联合支护、浇筑钢筋混凝土（或混凝土）或钢架支护等永久支护方式。在掘进工作面与永久支架之间还必须采用锚网等临时支护措施，如图1-a）所示。现场分级为一级顶板的掘进工程按照预分级支护措施执行，特殊情况下，如现场岩性特软，无自立强度情况下，还要采取超前支护或短掘短支等措施。

预分级为二级顶板巷道，设计时也必须同时进行支护设计，一般采用素喷支护或锚网喷支护，如图1-b）所示。现场分级为二级顶板的掘进工程按照预分级设计支护措施执行，如果现场条件发生变化需要升级为一级顶板的，按照一级顶板管理技术措施执行。

预分级为三级顶板巷道，设计时一般无需支护或局部采取素喷支护或锚杆支护。

4.1.2 采 场

预分级为一级顶板采场，设计时必须同时有安全设施设计及安全技术措施，并向施工单位进行安全技术交底。预分级为一级顶板采场，设计支护方式主要采用锚网支护或密集螺旋（液压）支护，如图2-a）所示。一级采场顶板的采矿设计必须明确限定顶板跨度、高度、暴露面积，以及采、供、充循环时间，并要求在设计中明确规定工程施工顺序，确保人员在有支护的环境下进行采、出矿作业。

预分级为二级顶板采场，设计支护方式主要采用锚网支护或锚杆支护，如图2-b）所示。采场经过现场评估为二级顶板采场的，必须采取锚网支护或强制放顶等安全技术措施。

预分级为三级顶板采场，一般采取局部锚杆支护措施;现场鉴定评估为三级顶板的，一般不需要采取支护措施，局部可以采用锚杆支护。

4.2 顶板分级现场管理

采掘工程施工时必须加强顶板现场管理和检查。施工单位必须明确规定顶板安全管理和检查责任人，建立顶板管理台账，在每个采场入口悬挂管理责任牌。一级顶板采场必须建立专门安全管理台账，一级顶板安全管理责任人为本中段主要负责人或分管负责人，安全检查责任人为工段长或分管工段长和专职安全员。二级顶板安全管理责任人为本中段工段长或分管工段长，安全检查责任人为值班长和专职安全员。

安全管理责任人对一级顶板采掘工程每周至少检查2次。公司总（副总）工程师、生产技术部和健康安全环保部负责人每周参与检查1次。分管中段的地质、测量、采矿专业工程技术人员每周参与检查不少于2次，并做好检查记录。现场安全员每周参与检查不得少于3次，并建立一级顶板监管台账。健康安全环保部每月组织1次顶板专项检查，并将检查结果及整改措施及时公示。

安全检查责任人对一级顶板检查每班不得少于2次。第1次检查必须在作业前进行，对采场进行安全确认;第2次检查应在班中进行，主要是复查隐患的处理情况及顶板变化情况，将检查结果报告有关领导并做好检查记录。对二、三级顶板每班检查1次，并认真填写安全确认牌。

一级顶板采掘工程，施工单位必须编制施工組织设计和安全保障措施，并将施工作业人员和安全管理人员值班安排表报健康安全环保部备案。一级顶板采场的浅采施工必须由有一定经验的人员进行，同时要保持施工人员相对稳定。采场施工人员作业前必须检查各自作业面顶板、边帮岩石情况并清理所有浮石。一级顶板采场施工时必须设专人监护。

严格控制采场采充周期。通过合理的生产组织及加大采场采出矿强度等措施缩短空区暴露时间。所有结束采出矿作业的采场空区必须及时充填，并保证充填接顶率高于90 %。

5 结 语

井下采掘工程顶板进行预分级，可对施工段可能存在的危险因素进行预判，设计时采取相应的支护方式及预防措施，能有效预防事故的发生。现场顶板分级，进一步确认施工段顶板现状，及时调整顶板分级等级，并制定相应的管理措施，使顶板管理更科学、具有更高的操作性，达到防范冒落片帮事故发生的目的。

实践表明，通过对采掘工程顶板的预分级，采掘过程中的再分级并动态监管，并对照顶板现场分级标准及时调整顶板等级和采取相应的监管措施，有效地控制了矿山顶板冒落事故的发生，为井下生产提供了安全可靠的作业环境，在类似地下矿山中具有一定的借鉴推广意义。

[参 考 文 献]

[1] 王薪荣.红岭铅锌矿采空区稳定性分析[D].沈阳：东北大学，2014.

[2] 王哲哲.程潮铁矿充填采场下部顶板稳定性分析及支护优化研究[D].武汉：武汉科技大学，2019.

[3] 孙继平，钱晓红.2004—2015 年全国煤矿事故分析[J].工矿自动化，2016，42（11）：1-5.

[4] 于健浩，毛德兵.我国煤矿顶板管理现状及防治对策[J].煤炭科学技术，2017，45（5）：65-70.

[5] 李胜辉，叶会师，邓熙，等.无底柱分段崩落法采场顶板安全管理措施浅析[J].化工矿物与加工，2016，45（7）：60-62，65.

[6] 湖北省鄂东南地质大队.湖北省大冶县鸡冠咀铜金硫矿勘探地质报告[R].黄石：湖北省鄂东南地质大队，1989：78-83.

[7] 湖北省鄂東南地质大队.湖北省大冶县金湖乡桃花嘴铜铁矿详查地质报告[R].黄石：湖北省鄂东南地质大队，1995.

[8] 湖北省鄂东南地质大队.湖北省大冶市桃花嘴铜金铁矿床Ⅱ号矿体群勘探中间储量报告[R].黄石：湖北省鄂东南地质大队，2001.

[9] 陈建双，葛文杰，王飞，等.湖北三鑫金铜股份有限公司3 000 t/d采选改扩建工程初步设计书[R].长沙：长沙有色冶金设计研究院有限公司，2011.

[10] 李夕兵，李地元，赵国彦，等.金属矿地下采空区探测、处理与安全评判[J].采矿与安全工程学报，2006，23（1）：24-29.

Roof grading and management in the underground

mining excavation engineering of Hubei Sanxin company

Zhong Xiaorong，Lei Gao

（Hubei Sanxin Gold & Copper Co.，Ltd.）

Abstract：The roof fall accidents happen frequently in metal mines.Once the accidents happen，there will be a great loss suffered by the mine.In order to effectively prevent roof fall and wall caving from happening underground，Hubei Sanxin company，based on historical geological basic work and many years  engineering practice experience，adopts two-stage and three-grade management mode of roof pre-grading and onsite grading to carry out corresponding technical management and onsite management measures to different grade roofs.The practice shows that the roof grading and management method is scientific and easy to operate，and can meet the goal to prevent roof fall and wall caving from happening.

Keywords：roof grading;mining excavation engineering;grading and management;pre-grading;onsite grading