人工预测预报冒顶的实践经验.pdf

／ 一 ／ 人工 预测预报 冒顶 的实践经验 鹩 锕 矿 塑 7 [ 摘要 ] 针对我矿复杂的 地质情况 对冒 顶进行了成园舟类 分析了 『 起冒顶的原因 提出了界 面型 ，节理裂璩型 臀疆是最 器造成伤害 的冒两类型 并成功璜报了一起界面型太冒顶 ， 建免 了三十 掘进 工作 面人员 越羌的安全事故 ． 此外 还预报 了一 起断层畦碎带不 冒地 段 甩网喷代瞢了崔硅 ． 劣 ，开采难 度大 ，素有 东 区火焰 山 、西 区 水 帘洞 之称 ，年年均有 片帮 冒顶 造成 的工 伤事 故 1 9 9 0 年 以前 均有 工 亡。这 些 事 故 不 仅 严 重 影 响 着 我 矿 生 产 建 设 的 顺 利 进 行 ，而 且 也直 接 威 胁着人 们 的生 命 安全 。 如何预测 片帮冒顶 ． 把事故消除在萌芽状 态 防患 于未 然 ，一 直是我 矿亟待 解决 的一 个 重大课题 ． 本 文 就 东 乡铜 矿在采 掘过程 中 出现 的 片 帮 冒 顶 ．运 用 地 质 学 的基 本 理 论 和 方 法 ．根据多年的实践观察 ． 谈几点粗浅看 法 。 1区域地 质构造 、 岩层及水文地质 矿 区位于扬子准地台南缘 ，区域性临 川一余江大 断裂在矿 区南部 约2 k m处作北 东向通过 。断裂是本区构造变动最主要的 表现形式 ．断层遍布全区 ．尤以梓山组和 壶天群地层最为发育 ．按其走 向可分为三 组 ；北东向纵向张性断裂 F 、 F ， 等 ； 北西 向正 性平移正 断层 F。 o、 F一 一 等 近南 北向平移断层 F F 一 。 等 。 其中以北东向 断裂 规模 最 大 ．最 发 育 ，节 理 与各组 断层 相 适 应 ．密集 分 布于 断层 的两 侧 ，以走 向 儆 。 3 0 0。的一组剪切节量最 为发 育 。 矿 区水 文地质 较复 杂 ，石炭 系 含水 层 主 要有 构 遭 裂 隙 含 水 带 或 裂 隙 承 压 含 水 组 。碳酸盐 岩 、岩溶 洼地堆 积 物和 第三 系 下部砾 岩等 中等 富水 的含水层 以及 断裂 含 水带是 坑遘 充水 的主要 因素 。北东 向张性 断层组成南 、中 、 北三个断裂含水带 ． 分 别位 于 C2 3 一Ct 2 ．Cl j 一Cl 2 ，CI t 一 C h 之 间 ．其 中南带规 模 最大 ．实 际施 工 中的局部突水 、泥石流等与之密切相关 。 此外 ． 大气降水通过现已形成 的陷落 区 、 采空 区对工程稳 定性 也有 直接 影响 ． 2 片帮冒顶分类及其分析 片帮 冒顶 大多 发生 于岩 层 的不 连 续 面 上 ． 典型的地质不连续厩主要有 断层 、 不 整合接触 面 、岩性界 面 、节 理 、剪 切 带 等 ．经多年观察 ． 东 乡铜矿的片帮 冒顶可 归为四种类型 断层型 、接触型 、 界 面型 和节理裂隙型 。除去人为开采 不合理 布局 造成的地压外 ，岩性和构造是 影响坑 道稳 定的主要 内在 因素 ． 2 ． 1 断层型冒顶 此类 冒顶一般发生在断层破碎带上 ， 破碎 带 中构 造岩 的稳 固性视 胶 结 物性 质而 定 ．泥质 、粘 土等非 周结性 物 质及 可溶 性 一1 8 一 有色矿山 1 9 9 g ．4 维普资讯 的钙 质 、铁质 溶 于H， S O。水、绿 泥石等 充填于破碎带 中都将降低破碎带的抗剪强 度 而 易 产 生 冒落 ．此 外 ，断 层 面有 断 层 泥 ，措 断 层 面也 易 冒落 。因为东 乡铜 矿的 断层 大多 具 有 一定 的断层水 ，而 断层 泥的 存在 无 疑构 成 了一道重要 的阻水屏 幕 ，水 压增加 孔 晾压 力 必定增 高 ． 从 而引起 断层 面有 效抗 剪 强 度 降低 ，一旦 应力平 衡 被打 破 ，沿 断层面 冒落的 可能性 也就 大大增 强 了 。实 际工 作 中 ，断层 易于识 别 ，但要 预 测其 是否 失稳 则 必须 跟 踪观 测 断层 带 面 的水 质 ，岩 层节理 、裂 隙 、岩层 位移 、岩 块松动等异 常变化 ． 方能做 出预报 ． 2 ． 2 接触面型 冒顶 接触 面主 要指 矿岩接 触面 。这类 冒顶 在采场发生最 为频 繁 ，情况 也最复 杂 ，腺 地质 因素 外 ，更 多的则是 由于 采矿 打破 了 原有 的应力平 衡而产 生的地 压 。发 生 冒顶 等严 重后 果 。其原 因一是 对 矿岩接 触 软弱 面认识 不足 ，开采 布局不合理 ．二是采场 空 区过大 ，三是 相邻采 场的影 响 引起高 应 力扰动 。我矿 l 、V 、 Ⅷ 矿体及硬 底板工程地质性质 如表 所示 。 矿体及瓦底扳岩石的工程地质性质表 囊麻发 岩心破碎 普氏 I号矿体 V粤矿体 1 I Ⅱ 号矿悻 岩 石 名称 育情 况 情 况 其它特征矗效 。 顶 矿 底 磺 矿 底 顶 矿 底 板 体 板 板捧 板 板 体 板 硅化 岩 较发育 较完整 1 0 1 5 硅化盘砾岩 较发育 较破碎 1 0 1 5 黄铜 黄铁矿 不发育 完整 易氧 化 8 ～l 2 石英砂岩 发育 破碎 5 ～1 2 构造角砾 岩 发育 破碎～较完整 温水崩解 2 ～1 0 粉砂岩 较发育 较破碎 5 ～8 砂质页岩 较发育 较破碎 4 ～B 页 岩 不发育 较破碎 温水戟 化 3 ～5 牯土 岩 不发育 完整～较完整温水软化 藉胀 2 ～5 砂页岩破碎带 发育 蕺 t 碎 温水软化崩解 l ～3 破碎花斑岩 发育 破碎 程水软化 1 ～3 注 1 _ 。 表示京 矿体右此 类岩石； 整十岩体从 上判下臆性减弱_ 盟性增强； 3 整 岩俸从上蓟下 坚固性不断靖霸 2 ． 3岩性界 面型 冒顶 东 乡铜 矿石 炭 组地层 为碎 屑 岩相 ．由 于沉积环境多变 ，因而岩石种类多 ， 岩性 变化大 、沉积 厚 度小 ，相邻岩 层 软硬对 比 性强 ．岩性界面成为重要的构造软弱面 ， 粘土岩 、页岩 、强蚀 变的花 岗斑岩 及砂 页 岩破碎 带 常呈 薄层 夹 于坚硬 岩层之 问 。由 于岩石裂隙 ，节理发育有利于地下水 的渗 透 ，因而岩性 界面 常常是应力 复合 面 ，随 着她应力增强软弱层发生蠕变 ， 层问粘结 度减小 导致顺 层裙 动 ．这 类 冒顶 一般 在巷 道形成 后有一 个应力重 新聚集 的过程 ．是 否 冒落视应力强 度而定 ．因而穗蔽 性好 ， 威 胁性大 。大 凡巷道 中非工作 面 的 冒顶 都 与此类冒顶有关 ．因此 ， 加强地质综合分 析预测预报显得尤为重要 。 凡工疆蔼预报冒疆的宴盛经齄一岳蒲 1 9 维普资讯 2 ． 4 节理裂隙型 冒璜 矿 区走 向3 0 0。的一组 剪切 节 理最为发 育 ，纵横交 错的 裂隙备类 岩层 中都很 普 遍 ，以砂岩 中走 向1 5 4 0。及 2 9 0 3 4 0。 两组裂 隙尤甚 ，而且 密 度大 ．岩 石被切 割 成块 ，单块岩 石强 度 虽大 ，但 稳定 性差 ． 着道 掘进 中由于放 炮等 因素 的影 响 消弱 了 节 理 、裂 隙 中 充 填 物 与 岩 块 之 问 的 结 台 力 ，璜板岩块常常在 自身重力 的作用下就 会 自行 脱 落 ．在 冒顶 的工 伤事 故 中这 类 冒 顶最具有威胁性 ， 往往在毫无 征兆的情况 下岩 块 就从天而 降 ．因此 ，施 工 中必 须加 强敲 帮问顶 ， 方能减少 灾 害的发生率 ． 3 加 强现场管 理预测 预报片帮 冒顶 在 尚无仪器直接对围岩 进行测试 的情 况下 ，现场的地质素描和综合观察是做好 预测 预 报 的重要前 提 ．通过 构造 、岩性 、 水文地质 的综台分析对是否 片帮顶可作 出 定性预测 ．对危险地段做到超前支护 ，对 不冒地段可改进支护手段节约成本增加效 益 ．以下是近年来在现场管理 中所做的初 步尝试 ． 3 ． 1 预测 冒顶 ， 避 免人员伤亡 一 1 0 5 m开拓 大巷 掘进到2 7 线 附近 时 ， 岩 层 极 为 破 碎 ，岩 性 变 化 大 ，且 具 层 间 水 ，施 工时顺 利通 过 ，但 事 后顶 板滴水 不 断 ，经 过 一 段 时 间后 ，网 喷 出现 开 裂 现 象 ．当时 ， 2 3 线 、2 5 线 方 向有 三个昼 夜 施 工的作 业 面 如 图所示 ，一旦 2 7 线发 生 大 冒璜 ， 必将封死三个作业面 的出 口 ， 后果 难以设想 ．为此 ， 我们选择了2 7 线 如图 处 作为预测预报的重点 ．经过两个多月的 跟踪观测 ， 结合地质编录获得如下赍料 一 1 0 5 m 2 9 2 3 线平面示意盈 1 该地段 岩性 为黑色炭 质页岩 与灰 白 色砂岩 互 层 ，且 页 岩厚 度大 于砂岩 厚度 ， 页岩 节理 发育 ，层理 无序 ．砂 岩 中走 向3 O 一 4 O。及2 5 02 9 0。两 组裂 隙发育 ． 2 2 7 线 顶板滴 水在 观察 期同 两次 变混 浊 ， 一7 5 m中段2 7 线 附近无 采矿 工程和 人 为 影响 ，一1 0 5 m2 5 线水质清洁 ， 说明2 7 线顶 板滴水混浊与岩层扰动有关 ． 3 顶板网喷裂隙有所加宽 ，并伴有旁 侧小 裂踪 出现 ， 有时伴有小 块脱 落 。 4 砂岩岩 体 的渗遥性 中等 ，但 由于顶 底均有页岩隔水层存在 ，渗透将沿岩层倾 向及节 理裂 隙强 烈 向下渗 流 。页岩 备 向异 性渗透性 ，遇水软化崭胀 ，沿层面裂晾强 烈渗流的地下水将产生较高的渗透压力 ． 根据以上观察资料 ，我们认 为 。 该地 段地层倾 向1 3 0。与巷道走向1 1 3。成小角 度 斜交 ．尽 管砂 岩 中的节理 及 近 于垂直 层 面 的裂 隙对 地 下水是 重要 的 渗流 通道 ，但 页岩 层相 当于 隔水 层 限制 了砂岩 中渗 流 水 的垂直流动 。因此 ， 地下水的渗流方 向受 到 页岩 的控制 ，即沿砂 、页岩 接触 面方 向 。由于页岩 中地 下压力 下 降很缓 慢 ，页 岩遇水膨胀泥化 ， 使层面抗剪强度减小 ， 同时 ， 在砂 、页岩层面问产生很高的渗透 压造成了不稳定 ．裂晾增多 ， 滴水变浊及 小块脱落 ， 说明地压增大 ， 地下水的潜蚀 作用正在加剧 ， 粘滞 性运动正使得层面结 构 变得 疏 橙 ，应 力 集 中正 逐 渐 增 加 ．此 一2 0 一 有色r山 1 9 9 2 ． 4 维普资讯 外 ，三个 作业 面的 放炮 震动 也 加快着 该地 段的应力集中 ． 根据 以上分析 ． 我们馓 出了近期2 7 线 将发生界面型大冒顶的预测 ，建议有关部 门对该地段进行 发硪 ． 尽管在发磋 施工开 始时发生 了大 冒顶 ，堵死 了整个巷道 。 但 园事先 有 预报 ，因而 避免 了一 起恶性 事 故 的发生 。 又如 一1 0 5 m掘 进至2 1 线 时 ．进入 断层 破碎带 ．破碎 带 为张性 角砾岩 ．角砾砾 径 2 4 0 c m不等 ．泥 质胶 结 ．角砾与 拢质接 触面普遍具渗水的湿润面 。根据此情况 ， 推测该断层破碎带含有较大的断层水 ． 有 可 能发生 突水性 冒顼 ．该 推测 稷 快得到 证 实 ， 从而 避免 了伤亡 ． 3 ． 2 预测顶 板稳 固性节约生 产成 本 如 ～1 0 5 m大 巷 掘 进 到 1 51 3 线 之 问 时 ． 2 0 多米 巷遭 顶板 滴水 如 注 ．施工 进度 缓 慢且有 越掘水 越大 的趋势 ．施 工单位 强 烈要求 发磁 ．为此 ，我 们对 该地段 进行 了 稳 固 性预 测 ．该地 段处 于断 层破 碎带 中 ， 破碎带为硅质和铁质胶结的褐红色破碎角 砾岩 ． 岩层异常破碎 ． 但成份单一 ． 无论 泥质和钙质 。由于该地段 自2 1 线起一直处 于断层 破碎带中 ， 且角砾成份相同 ， 虽然 2 1 线 角 砾岩 为泥质 胶结 ．但 2 1 线 处 于断 层 面 ，断层泥的作用较 突出 ．不过一过2 1 线 泥质立刻减少 ．所以 ． 2 1 线至1 3 线间的破 碎带应为同一 断层破碎带 ． 2 1 线的突水 冒 顶不但对断层水起到 了疏干作用 ． 而且释 放 了地 应力 ．缓 解 了整个破 碎 带 的应 力集 中 ．据此 ， 我们认为1 5 1 3 线的大面积滴 水将逐渐减少 ．破碎的硅化角砾岩透水蛀 极好 ，不利于高渗透压的形成 ．再加硅质 铁质 都 难溶 于水 ，所 以该 地段发 生 冒顶 的 可能性较小 ． 建议不用发磕 而采用锚杆和 网 喷 支护 ．这 一建议 被 采纳 ，从 目前 情况 看 ． 1 51 3 线顶 板 已基 本无 水 ．也无 明显 地 压 显 现 ． 其它 ． 一1 0 5 m医2 1 线的突水性冒璜而 改道 工程 ．通过稳 固性 预测 ，对工程 进入 破 碎带时 ． 提 出加 快施工进度 ，及 时支 护 ，加强监 测出现异 常立刻 发磺 的方 案 ， 使改道工 程顺 利完工 ． 4 结束语 研 究 预测预 防片 帮 冒顶 问莲 是安 全 生 产 、提高经济效 益和 降低贫 化损 失 的一项 重大课题 。对开拓 、 采准工程稳匿性预测 是 近 年来作 的一些 尝试 ，意 在抛 砖 引玉 ， 为 加 强 矿 山生 产 技 术 管 理 提 出 目标 和 方 向 ，以减少片冒带来的直接和间接危害 ． 经过几年的实践话动 ， 我们认为 1 工 程施工 中常会 出现 各种 难以预 料 的岩石力 学 与工 程地质 问题 ，所 以 ，必须 加 强 现场地 质调查 与监 测工 作 ，掌握可 能 产生冒顶的先兆及其特征 ． 预测 冒顶 的部 位 、 规模和相对时间 ，针对不罚情况 ，预 先采取防护措施 ． ’ 2 对可产生膨胀压力的粘土岩 、 炭质 页岩 、 页岩等岩层 ， 应加快旋工进度 ，网 喷及时 ， 尽量减少岩石在空气 中的暴露时 问 ， 一旦地压显现 ． 巷道出现裂晾 、底鼓 等现象 ， 应立刻进行二次支护 ． 3 岩矿破碎 ， 工程地质条件复杂 ． 地 压 大 已成为东 乡矿 一大结症 ．因此 ．加 强 岩石力学研究 ， 建立适台本矿条 件的岩石 分级体系 ． 推荐台理的支护形式 ， 开展巷 道 、 采场稳固性等项 目的综合研究 ， 无疑 将极大地促进矿 山的安全生产 ． 责任编辑 解忠 工曩爵瑶撮膏硪的宴盛齄I } 一J 爵 { I ． 韩 一 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