深部开采过程中存在的安全隐患及预防措施.pdf

文章编号 １ ０ ０ ７－９ ６ ７ X２ ０ １ ８０ ６－１ ６－０ ３ 深部开采过程中存在的安全隐患及预防措施 ∗ 陈宝林, 姜洪波 中国有色集团 抚顺红透山矿业有限公司, 辽宁 抚顺１ １ ３ ３ ２ １ 摘 要红透山矿开采深度已经超过１３ ０ ０m, 随着开采深度的不断增加, 深井开采过程中的一系 列安全问题如地压活动、 高温等凸显出来.本文通过对开采过程中出现的安全事故案例 分析, 究其诱因, 深度剖析, 诠释安全事故案例, 并相应提出预防措施. 关键词岩爆; 深部开采; 高温; 事故案例 中图分类号T D ３ ２ ７ 文献标识码 A １ 概 述 红透山矿自１ ９ ５ ８年建矿以来, 从地表４ ５ ０m至 －９ ２ ７m水平累计开拓深度达到１３ ７ ７m, 开采深度 为１２ ５ ７m.矿脉走向近东西, 水平开拓长度超过 ２５ ０ ０m, 矿脉水平厚度０． ５１ ６ ０m.矿体空间上 分支复合大, 倾角变化亦大, 既有近水平、 缓倾或倾 斜产状, 也有急倾斜甚至反倾斜发育状况, 为国内金 属矿深井、 复杂难采矿山之一. 矿区出露地层主要为太古宙清原群红透山组, 成矿物质主要来源于太古宙早期海底火山喷发活 动.区域内岩浆岩发育, 岩性为石英闪长岩、 钠长伟 晶岩、 橄榄 辉长 岩、 玄武岩、 辉绿岩、 花岗闪长岩、 花岗闪长斑岩、 煌斑岩及奥长花岗岩等.矿岩坚硬, 完整性好, 由于地压问题突出, 特别是在采矿作业区 域, 易发生高强度的岩爆现象, 且往往会伴随落盘的 发生, 情形严重的还会造成人员伤亡的恶性事故. ２ 事故案例 ２． １ 落盘事故 ２ ０ ０ ８年４月, 铜锌矿－５ ８ ７中段１ ７采进行洒 水、 撬碴、 平场子作业时, 对现场进行了较为全面的 检查, 未发现现场有异常情况.但当两名岩工开始 凿岩作业时, 顶板上方突然落下一块３m１． ２m ０． ６m的矿块, 将两名岩工压在下面, 最终造成两名 岩工不幸死亡; 再如 ２ ０ ０ ３年１ ０月, 铜锌矿－６ ４ ７中 段６采, 撬碴工检查顶板的安全情况, 采场顶板碴全 部处理完, 并再次进行了二次确认, 但当作业人员由 采场内向外行走时, 顶板突然发生冒落, 将正在行走 中的两名作业工人砸倒在长５m 宽２m平均厚 ０． ４m 最厚处为０． ７m 重约１ ４ t的碴下, 造成一名 工人不幸死亡, 类似事故发生过多起. ２． ２ 地压活动 红透山矿地压活动自上而下, 由浅至深, 伴随整 个采矿过程.－２ ８ ７m中段在开采的十几年中几乎 每一年都有较大的地压活动事件发生;－３ ４ ７m中 段９采在开采期间曾连续冒落总面积达到６ ２ ７m ２, 约１． ５万t;－３ ４ ７m、－４ ０ ７m中段竖井卷扬硐室先 后发生较大面积的开裂和脱落, 被迫进行大范围锚 网支护;－４ ０ ７m中段采场冒落多有出现; －４ ６ ７m 中段巷道帮壁出现了多层与帮壁平行的破裂面, 使 巷道岩体剥落、 片帮;－５ ２ ７m中段在巷道掘进过程 中, 出现岩片弹射并伴有噼啪的响声;－５ ８ ７m中段 曾经发生因采场顶板大冒落将出矿铲车砸毁的严重 事件;－６ ４ ７m中段岩爆显现突出, 采场大面积冒落 现象频发, １ １采曾发生了大面积的落盘, 造成了人 员的伤亡, 整个采场被迫停采.２、 ３采放回采炮后, 致使盘区六平巷发生长达２ ０多米的落盘;－７ ０ ７m 中段下盘运输道火药库一段巷道两帮出现多层与壁 面平行的破裂面, 由外及里一层层剥落;－７ ６ ７m中 段９采在施工９－１进路时, 巷道帮壁发生了比较严 重的弹射现象, 程度和范围都比以前要强烈, 而且采 场也有小范围的落盘现象, 并时常伴有响声;－８ ２ ７ m中段巷道岩壁剪切开裂破坏频现, 出矿电耙道受 地压影响多有破坏. ３ 事故分析 铜锌矿井下采场内的落盘究其诱因可分为两 种 一种是地质构造如断层、 褶皱等弱节理面的失稳 而诱发采场落盘, 这种落盘一般仅限于采场的局部; 第３ ４卷第６期 ２ ０ １ ８年１ ２月 有 色 矿 冶 N O N－F E R R O U SM I N I N GA N D ME T A L L U R G Y V o l ． ３ ４． №６ D e c e m b e r２ ０ １ ８ ∗收稿日期２ ０ １ ８－０ ６－１ ３ 作者简介 陈宝林１ ９ ６ ８ , 男, 本科, 安全工程师, 从事采矿安全管理工作. 另一种是因地质变化而产生地应力, 在开采过程中 打破地应力的平衡而造成的地压活动所诱导的落 盘, 这种落盘往往是大面积, 且危害较大. ３． １ 地质构造诱发的落盘 红透山铜锌矿矿体的主体构造为近于直立的枢 纽倾竖式褶皱, 褶皱两侧闭合, 走向近似东西, 褶皱 轴面整体向南倾斜, 局部陡倾.褶皱的枢纽和翼部 包裹着矿体, 所以矿体受褶皱构造控制十分明显, 并 随褶皱面弯曲.同时, 矿体侧伏角度变化非常大, 返 倾现象时有发生, 分枝复合现象亦频繁.还有个别 矿体处在逐步歼灭状态, 矿岩接触面常为绿泥石充 填, 并且在地下裂隙水作用下, 绿泥石表面变得十分 松软、 光滑, 降低摩擦力.另外, 矿岩间的褶曲结构 复杂, 水平节理、 裂隙发育, 且未揭露前从外观上很 难发现, 目前也没用较好的仪器设备对其进行检测. 所以, 每当回采至矿体上下盘时, 尤其是上盘极易因 褶皱构造的影响而造成落盘.表１是近几年对较大 冒落事件的统计. 表１ 典型落盘事件统计m 序号地点 冒落体尺寸 长宽厚度 地质构造 １－６ ４ ７中段６采上盘３１． ５０． ６ 断层 ２－６ ４ ７中段４ ５采下盘５３１ 断层 ３－６ ４ ７中段５ ０采上盘１ ０５１． ８ 褶皱 ４－７ ６ ７中段１ ７采上盘３． ４２１． ２ 褶皱 ５－５ ８ ７中段２ ８采上盘２１． ３０． ７ 褶皱 ６－６ ４ ７中段２ ０采上盘６２． ３１． ２ 褶皱 ７－７ ０ ７中段３、４、５采区２ ０５３ 断层 ８－７ ６ ７中段１ ５、１ ６采上盘５２． ４２． １ 褶皱 ９－８ ２ ７中段６采上盘６３１． ６ 褶皱 从表１中可以看出, 因褶皱构造而诱发的冒落 远远要高于因断层造成的冒落.这是因为皱曲面与 矿体的接触面十分光滑、 摩擦力小, 当矿体受爆破震 动影响后, 加急褶皱与矿体接触面间的裂隙.同时, 爆破活动自身也会对矿体造成一定深度的损伤, 其 影响范围一般在２m左右.所以落盘事件多数发 生在爆破后３h以内. ３． ２ 地压活动诱导的落盘 岩爆是地压活动的一种外在表象, 其表象为弹 射、 坍塌、 劈裂等形式.岩体内应力受到开挖扰动 后, 应力重新分布, 主要集中在矿柱或巷道等工程的 拱肩部位.随着开采深度的增加, 地应力随之增加, 特别在采深超过１０ ０ ０m以下的地段, 由于自重和 构造应力的综合作用, 地压活动往往表现的较为频 繁.红透山矿采掘深度超过１０ ０ ０m且矿体位于倾 竖褶皱内, 因此受深部褶皱构造应力影响十分明显, 尤其在爆破活动后更为突出.应力释放的外在表现 常常是片帮、 劈裂, 并伴随很大响声.例如２ ０ １ ６年 ７月３日至１ ２日,－７ ０ ７中段２ ７采区域, 连续发生 三次的有声响的岩爆事件; ２ ０ １ ７年, 仅在５月１ ２日 １ ５日的数天内, 同样的区域又连续发生了４次明 显的岩爆现象, 现场能够听到明显的震动声响.这 种在同一区域不同时间内连续发生岩爆现象, 说明 地压活动具有周期性, 每一次岩爆发生后, 地应力得 以释放, 地压活动随后就趋于平静.但岩石的应变 还没有就此结束, 而是在继续蓄积应力, 孕育着下一 次岩爆, 也恰恰反映出了应力的集中是漫长的过程. 地压活动频繁区域一般会发生在矿体倾角骤然 变化处或矿体厚度发生了变化.当矿体倾角或倾向 发生变化时, 岩体内部会留存相应的应力.例如－ ５ ８ ７m中段３ ５采, 由地质剖面可以看到, 此采场的 矿体空间形态上发生极大变化, 倾伏角发生了两次 明显的变化, 矿体倾向由北向南发生了急速转弯, 倾 伏角由８ ９ 变为５ ０ 左右, 当采到该区域时发生了帮 壁片落现象.另一种就是矿体水平厚度发生变化 时, 同样也会产生冒落.例如－７ ６ ７m中段１ ２采, 矿体水平厚度由原先的３ ０m骤然减小到１ ２m, 造 成采场顶板较大面积冒落.这种矿体倾角或水平厚 度急剧变化的矿体以－５ ８ ７m中段和－７ ６ ７m中段 为典型且集中, 这是因为铜锌矿井下矿体 矿柱 中 心线在垂向上呈现“ s” 型, 而－５ ８ ７m中段和－７ ６ ７ m中段正处于“s” 型的两个转折部位.在这两个中 段多个采场都发生过“ 矿震” 现象, 有人现场作业时, 多次听到岩石的开裂震动声响, 严重时声响过后伴 随着全采场抖动, 巨大的空间充满了被震落的大量 岩粉, 短时间能见度极低. 岩爆型地质灾害在红透山矿井下显现较为突 出, 对作业人员的安全构成现实的威胁, 已经严重干 扰了矿山的正常生产, 开采过程中造成了较大的经 济损失, 是一个重大的技术研究难题. ４ 应对事故措施 ４． １ 针对落盘措施 锚索支护技术是一种把钢绞线装入一定直径、 深度的锚索孔内, 然后利用注浆泵注入一定比例的 水泥砂浆, 其凝固之后岩体内应力增大, 强度提高, 从而维护岩体稳定的一项技术.通过施加预应力, 实现主动支护围岩的作用, 锚索安装后, 随着深度的 增加, 轴向应力呈先增加后减小的变化趋势, 较大的 锚固深度可以使下部不稳定的岩层悬吊在上部稳定 ７１ 第６期 陈宝林等 深部开采过程中存在的安全隐患及预防措施 的岩层中, 保持围岩的稳定性; 在锚固作用下层状岩 体能够形成组合梁结构, 增加围岩的稳定性; 在预应 力作用下, 围岩产生压缩, 围岩在锚索的弹性压缩下 形成“ 承载拱” 结构, 提高了围岩的整体性和内在抗 力, 增加围岩的稳定性.因此, 在岩体没有发生大的 破坏之前进行锚索支护控制, 可以调整围岩的应力 状态, 提高岩体的自身承载能力, 从而提高岩体的稳 定性. ４． ２ 针对岩爆措施 隔班作业制度, 是在爆破后间隔一个或两个班 次然后再进入爆破现场作业.这种制度可以很好地 规避因爆破作业而诱发的冒落.采场爆破作业后, 围岩中原有的应力场平衡状态遭到破坏, 岩体内部 裂纹在应力作用下继续产生和发育.但随着时间的 不断推移, 一般为在其后的数小时内围岩开始恢复 到开挖前的稳定状态, 这一点通过微震监测和声发 射测试得到了认证[ １４].尽管爆破后数小时内岩爆 活动频发, 但这一时段正是无人作业的空班, 因极少 造成人员伤亡. ５ 结 语 通过对深井开采过程中安全事故的分析, 可知 采矿过程中对地质构造的详细描述极为重要.地质 技术人员在编录采场时, 不能忽视各种地质构造, 必 须要详细记录下来, 包括构造的走向、 倾向、 倾角等 等.采矿工程技术人员在设计过程中, 根据地质人 员提供的资料应用赤平极射投影分析地质构造的稳 定性, 给出相应的安全措施. 参考文献 [１] 赵兴东, 李元辉, 等．红透山矿深部开采岩爆潜在区微震活动性 研究[J]．东北大学学报 自然科学版 , ２ ０ ０ ９, ０ ９ １３ ３ ０－ １３ ３ ３． [２] 郭 勇．红透山铜矿地压监测与研究述评[J]．有色矿冶,２ ０ ０ ３, ０ １ ９－１ ２． [３] 李俊平, 等．声发射技术在采矿工程中的应用[J]．中国钼业, ２ ０ ０ ０, ４ １ ６－１ ９． [４] 冯巨恩, 吴 超．金属矿床采掘过程围岩失稳状态的声发射监 测实践[J]．地球物理学报, ２ ０ ０ ５, １ １． １４ ６ ０－１４ ６ ５． A n a l y s i so fS e c u r i t yR i s k sa n dP r e v e n t i o nM e a s u r e s i nD e e pM i n i n g CHE NB a o Ｇ l i n,J I ANG H o n g Ｇ b o F u s h u nH o n g t o u s h a nM i n i n gC o．L TD,C h i n aN o n f e r r o u sM e t a lG r o u p,F u s h u n１ １ ３ ３ ２ １,C h i n a A b s t r a c tT h em i n i n gd e p t ho fH o n g t o u s h a nM i n eh a s e x c e e d e d１ ３ ０ ０m敭W i t h t h e i n c r e a s i n gd e p t ho fm i n i n ga n d a s e r i e so f s a f e t yp r o b l e m s s u c ha s g r o u n dp r e s s u r e a n dh i g h t e m p e r a t u r e a r e s i g n i f i c a n t l y i nd e e pm i n i n g 敭 T h i s p a Ｇ p e r a n a l y z e s t h e c a s e so f s a f e t ya c c i d e n t s i n t h em i n i n g i n v e s t i g a t e s t h e c a u s e s d e p t h sp r o f i l e a n a l y s i s i n t e r p r e t s t h e c a s e so f s a f e t ya c c i d e n t s a n dp u t s f o r w a r dc o r r e s p o n d i n gp r e v e n t i o nm e a s u r e s 敭 K e yw o r d sr o c k b u r s t d e e pm i n i n g h i g ht e m p e r a t u r e a c c i d e n t c a s e 􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏 上接第１ １页 G e o c h e m i c a lC h a r a c t e r i s t i c sa n dD i s c u s s i o no nG e n e s i so f t h eL a t eC a r b o n i f e r o u s f r o mA l i g e y aA r e a,A－R o n gB a n n e r,I n n e rM o n g o l i a WANGG u o Ｇ j u n L i a o n i n gN o n f e r r o u sG e o l o g i c a lE x p l o r a t i o nI n s t i t u t eC o．,L t d．,S h e n y a n g１ １ ０ ０ １ ３,C h i n a A b s t r a c tA l i g e y aa r e a i s l o c a t e d i nt h eX i n g a nm a s s i f a n dS o n g n e nm a s s i fo fL a t eP a l e o z o i cc o l l i s i o n a lb e l t n e a r t h eN o r t hE a s t t r e n d i n gm a g m a t i c a c t i v e t e c t o n i cb e l t 敭 B a s e do nt h e s t u d yo f r o c km i n e r a l o g y p e t r o Ｇ c h e m i s t r ya n dg e o c h e m i s t r yo ft h eL a t eC a r b o n i f e r o u sf i n eg r a i n e dm o n z o n i t i cg r a n i t ea n dm e d i u m－f i n e g r a i n e dm o n z o n i t i cg r a n i t e t h ep e t r o g e n e s i sa n dt e c t o n i cs e t t i n ga r ed i s c u s s e d 敭 S h o wt h a tt h ec h e m i c a l c h a r a c t e r i s t i c so f r o c k s g r a n i t ea sSt y p eg r a n i t e m a i n l yb yc r u s t a lm a t e r i a l a n dr e m e l t i n g s h o wt h e f e a Ｇ t u r e so fR E Ea n d t r a c e e l e m e n t s R E Ei s l o w L R E Ee n r i c h m e n t t h e r o c k s a r e e n r i c h e d i n l a r g e i o n l i t h o Ｇ p h i l ee l e m e n t sR b T h B a U a n dc o m p a r e dw i t ht h e l o s so fS r Y Y b L u 敭 B a s e do nt h ep e t r o l o g i c a l a n dg e o c h e m i c a l f i n d i n g s i t i sc o n s i d e r e dt h a tt h eg r a n i t e sf o r m e di nt h ep o s tc o l l i s i o n a le n v i r o n m e n to f t h ec o l l i s i o nb e t w e e nt h eX i n g a nm a s s i f a n dt h eS o n g n e nm a s s i f 敭 K e yw o r d sa l i g e y aa r e a g r a n i t e s g e o c h e m i s t r y ８１ 有 色 矿 冶 第３ ４卷