地下矿山地压灾害安全评价报告

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1、1、概述地压灾害是每个矿山都无法回避的危害矿山安全生产的矿山地质灾害之一。华锡集团铜坑矿主要生产的三大矿体按上、中、下依次分布为：细脉带矿体、91号富矿体和92号巨型矿体。由于细脉带矿体上部存在发火区，同时受到民采的严重破坏，其开采技术条件十分复杂。目前，细脉带矿体、91号矿体开采还没有完全终止，铜坑矿形成了多矿体、多中段开采的局面，除此之外，上部细脉带矿体、91号矿体的开采和民采破坏区域形成了复杂的空区，92号矿体生产规模的不断扩大，采空区不断形成与扩大，使得铜坑矿的地压问题越来越突出。为了进一步控制地压灾害给铜坑矿带来的严重影响，必须在综合分析相关因素的基础上，运用定性与定量分析相结合的方

2、法，对铜坑矿防治地压灾害的技术方法与措施进行综合评判，找出薄弱环节，提出计策措施，从而进一步增强铜坑矿防治地压灾害的能力。2、地压问题与地压灾害2.1 广义地压和狭义地压地下采矿，最基本的生产过程就是破碎岩石和矿石，保护顶板和围岩的稳固性。开挖掘进井筒、巷道、碉室、采场（工作面），并加以保护（支护）以防止顶板和围岩垮落。开井送道，如果不加以支撑保护，井巷则发生变形或破坏。这种变形或破坏现象称为地压现象。采动影响区域内的岩体，称为围岩；区域外的岩体称为原岩，原岩作用于围岩上的压力，称为广义地压。围岩位移与所冒（落脱）离原岩的岩（板）作用于支护结构上的压力，称为狭义地压。2.2 地压问题与地压灾害

3、在日常生活中，人们经常耳闻目睹一些因地压造成的一些灾害现象，但到目前为止，对地压灾害还没有一个准确的定义。为此，本报告把地压灾害定义为：地压灾害即指在人类与地下工程环境相互作用过程中，人类活动作用超过地下工程环境的承载能力，致使地下工程环境的系统结构与功能遭到严重破坏，以至部分或全部失去其服务于人类的功能，甚至对重大设备、人类生命财产构成严重威逼；并因此反作用于人类，造成人类生命财产严重缺失的自然社会现象，它具有自然与社会双重属性。而所谓环境承载能力是指在一定时期与一定范畴内，以及最不利的工程环境条件下，坚持工程环境系统结构不发生质的改变，工程系统功能不遭受破坏前提下，工程环境系统所能承担的最

4、大阈值。这里强调的是人与工程环境系统的相互作用，而不只是人为因素造成的。地压灾害是由于人类在从事地下工程活动过程中有意或者无意的不当行为，导致工程环境系统处于一种不稳固的状态（显现地压问题）,并进一步通过累积由量变到质变，最终在外界或内部小的扰动作用下造成工程环境系统结构的突变，而失去其为人类服务的功能，甚至对人类生命财产构成严重威逼的地压现象。在现实工作中，地压问题与地压灾害往往被人们混为一谈。地压问题与地压灾害两个概念尽管有重叠成分，但还是有本质区别的。地压问题是对地下工程环境系统处于一种病态结构（或称不稳固状态）的表征，而并不强调由此产生的结果；相反，地压灾害所强调的是工程环境系统的这种

5、病态结构造成的危害结果。地压问题存在并不意味着有危害性结果产生，地压灾害是地压问题（地下工程系统处于一种不稳固状态）在外界或内部扰动作用下，发生突变的结果。地压灾害强调的是危害的结果，可见地压问题与地压灾害两个概念的内涵是不尽相同的。由地压造成的灾害，对矿井来说，主要是冒顶片帮；对采空区处理不当而引起的大规模地压活动来说，地压灾害表现为地表开裂、地面下沉、建筑物倒塌、切断水源等。金属矿山地质赋存条件变化大，采矿方法不尽相同，采场体积大，空区范畴广，地压显现特点不一，主要有：空区坍塌、顶底矿柱或者间柱垮落、采准坑道下沉、采场冒落、岩层错动及冲击地压等。冒顶事故是井下矿山生产过程中，对矿工人身安全

6、威逼很大，最为频发的灾害之一。据不完全统计，全国矿山每年工伤死亡人数中有40%是死于冒顶，无论何种矿山，冒顶事故死亡频率都是第一位，无论岩矿、金属矿、非金属矿，发生在掘进工作面的冒顶，多以局部冒落为特点，而发生在工作面或采矿场的冒顶,以大面积顶板冒落为特点，金属矿山空区大冒落最为危险。3、地压灾害的评判方法与挑选3.1 概述矿山地压灾害评判是对矿山地压灾害进行调查、统计、分析、评判的过程。在地压灾害成灾过程中，灾害活动情形是灾害评判的重点,灾害孕育阶段和灾后复原情形分别是灾害评判的背景条件和辅助内容。因此，地压灾害评判的内容包括危险性评判、易缺失性评判、破坏缺失评判和防治工程评判四个方面的内容

7、，其中危险性评判和易损性评判是灾害评判的基础，破坏缺失评判或灾害风险评判是灾害评判的核心，防治工程评判是灾害评判的应用。地压灾害评判的目的是通过揭示地压灾害的发生和发展规律，评判地压灾害的危险性及其所造成的破坏缺失、人类社会在现有经济条件下抗御灾害的能力，运用经济学原理评判减灾防灾的经济投入及取得的经济效益和社会效益。危险性评判的目的主要是分析评判孕灾的自然条件和灾变程度，通过分析地压灾害的形成条件和致灾机理，确定地压灾害的强度、规模、频度及其危害范畴等。易损性评判是对受灾体的分析，其目的是划分受灾体类型，统计受灾体损毁数量、损毁程度，核算受灾体的损毁价值。破坏缺失评判是对地压灾害发生后人员伤

8、亡数量、核算经济缺失程度，评定灾害等级和风险等级。防治工程评判主要用来评判地压灾害防治工程的经济效益、社会效益和环境效益，对防灾抗灾工程的资金投入和效益进行分析。安全评判的概念的提出由来已久，但用于地压灾害和岩土工程稳固性评判上只有近一二十年的历史。目前，在美国、日本、加拿大和我国的香港地区已开始了基于风险岩土工程与地压灾害稳固性控制方面的应用研究，例如香港地区在针对边坡稳固性及其发灾的安全评判方面，取得了一系列的成就。国内在地压灾害研究领域也开始了这方面的应用研究的探索，但国内在这方面的应用研究尚不成熟，还未形成理论上较系统的体系，在地压灾害方面，这也是目前的主要研究热点之一。在金属矿山地压

9、灾害评判方面，还未开展地压灾害安全评判这方面的研究工作。风险是不确定性结果的一种度量，所谓不确定性就是一个问题的结果存在两个以上的挑选。在地压灾害问题研究中，风险可以定义为在一定的人员伤害或经济、财产缺失水平条件下，某一具体地压灾害发生的概率值。安全评判是对一特定时期内涉及安全、财产及经济缺失的可能性及可能程度做出评判的系统过程。地压灾害安全评判可定义为对特定影响因素造成暴露于该因素的单体或区域地质灾害发生的机率及对人类社会产生危害的程度、时间或性质进行定量描述的系统过程。3.2 矿山地压灾害评判的类型矿山工程地压灾害具有多种不同的类型，各种类型灾害的致灾诱因又各不相同。因此，对矿山地压灾害的

10、评判，虽然从总体上讲各种类型的评判目标基本相同，但依据不同类型的地压灾害的特点，其具体方法则不完全相同。根据评判时间，地压灾害评判分为灾前预评判、灾期跟踪评判和灾后总结评判三种类型。地压灾害评判是对一个矿区地压灾害事件的危险程度和可能造成的破坏缺失程度的猜测性评判，它是制定减灾计策预案的基础；灾期跟踪评判是在灾害发生时对灾害缺失的快速评判，它是制定救灾决策和应急抗灾措施的基础；灾后总结评判是指在灾害终止后对灾害缺失进行的全面评判，它是决定救灾方案、制定灾后援建计划和防备次生灾害的重要依据。根据评判范畴或面积，可将地压灾害灾情评判分为点评判、面评判和区域评判三类。点评判点评判是指对一个地压灾害体

11、或具有相同活动条件及特点相对独立的灾害个体进行的评判，点评判的范畴一样是指灾害个体涉及到的范畴。点评判的对象是具体的单一的灾害体或灾害事件，通过评判,能比较准确地量化它的风险水平和缺失程度，可作为防治地压灾害工程设计与施工的依据。面评判面评判是对具有相对统一特点的区域（如开采区域）进行的评判，评判区范畴一样包括若干个采场、采区、开采直接影响范畴等区域。其目的是评判一个矿山一定范畴或整个矿区内的地压灾害的破坏缺失程度或风险水平，指导地压灾害防治工程并为区域开采规划提供依据。区域评判区域评判是指超出矿山开采直接影响范畴的大面积的矿山地压灾害灾情评判，评判范畴包括一个矿山之外的周边范畴；多个邻近矿山

12、组成的矿区及其周边可能影响到的范畴，一样达数平方公里、数十平方公里或上百平方公里以上，甚至跨过地区行政治理范畴。区域评判的目的是对因矿产资源开发导致的对区域性地压灾害的破坏缺失或风险水平进行评判，从而为区域减灾的宏观决策和区域经济规划提供依据。参照相关地压灾害评判方法和矿山开采方面的资料，针对金属矿山的特点对金属矿山工程地压灾害安全评判范畴及其特点进行分析，可概括为表1。表1矿山地压灾害评判范畴及特点评判类型点，平由1面评判区域评判评判对象灾害个体灾害群体或综合灾情区域性总体灾情评判范畴数十、百、千、万平方米数万平方米至数公里数公里以上评判意义为抗灾、救灾和防治工程的实施提供依据为矿山开采规划

13、、灾害防治提供依据为矿区或区域性防灾减灾规划提供依据评判手段勘察、调查、分析、试脸调查统计、监（观）测、分析区域性调查、统计评判性质定量化定量化为主，定性为辅半定量、半定性3.3 矿山地压灾害安全评判基本体系3.3.1 地压灾害安全评判的基本要素灾害风险评判可以根据评判对象的不同分为二大类，一类是针对自然灾害的风险评判；一类是针对人为灾害的风险评判，即针对由人类社会活动而造成的灾害的风险评判。矿山地压灾害是人类从事生产活动破坏地质环境而直接导致的灾害，属于后者。根据地压灾害的成灾过程和灾情构成，把地压灾害基本要素归纳为以下五个方面：灾害背景要素或孕灾环境要素反映矿山地压灾害形成的要素有自然条件

14、和社会经济条件，其中自然条件主要包括评判区地质因素一地层、岩性、地质构造与新构造等因素；地势地貌因素一地貌类型、海拔高程、地势高差或切割深度等因素；采矿工艺一采矿方法、充填方法、崩落方式、爆破等；气候因素一气候类型、降水量、暴雨程度等因素；水文因素一所属水系、水位流量变化等因素；植被因素一植被类型、覆盖程度等因素。社会经济条件主要包括人口数量、密度；城镇及重要企业、工程设施的分布；工农业产值、国民生产总值及社会经济发展水平；防灾工程及减灾能力等。致灾体或灾害活动要素反映地压灾害活动程度，亦称为灾变要素。主要包括：灾害种类、灾害活动规模、强度、频次、密度、成灾范畴，灾变等级等。受灾体要素或承灾体

15、要素主要包括受灾体类型、数量、价值，对不同灾害的承御能力和灾后的可复原性等。破坏缺失要素主要包括地压灾害的破坏效应和缺失构成；受灾体种类、损毁数量、损毁程度；灾害造成的经济缺失；灾害等级、风险等级等。防治工程要素主要包括地压灾害防治工程措施、防治投入、防治成效与防治效益等。3.3.2 灾害安全评判的主要内容地压灾害评判是对地压灾害灾情进行调查、统计、分析、评判的工作。从一样意义上说，灾情评判的范畴应该包括灾害全部过程和各个方面的情形。但是，不同目的的灾情评判，其侧重点不同。以灾害治理服务中心的灾情评判，主要内容是灾害破坏缺失情形。然而对灾害破坏缺失的分析评判，不能孤立地进行，必须在分析灾害背景

16、条件基础上，深入调查和研究灾害的活动强度以及受灾体破坏缺失情形，才能核算灾害经济缺失，确定灾害等级或风险等级。根据地压灾害灾情构成和灾害评判过程，本报告将孕灾的自然条件和灾变程度分析称为危险性评判，其基本任务是分析地压灾害的活动条件，确定灾害活动强度（规模）、频度、密度、危害范畴；将孕灾的社会经济条件和受灾体分析称为易损性评判，其基本任务是划分受灾体类型，统计分析受灾体损毁数量、损毁程度、核算受灾体损毁价值；将灾害对人民生命财产所造成的缺失分析称为破坏缺失评判，其基本任务是核算人口伤亡和经济缺失程度，评定灾度等级和风险等级；将防汛抗灾工程分析称为防治工程评判，其基本任务是分析地压灾害的可防治性

17、，评判防治工程的经济效益、社会效益和环境效益。这4方面内容的大致步骤是：危险性评判和易损性评判一破坏缺失评判或灾害风险评判一防治工程评判。其中危险性评判和易损性评判是灾害评判的基础，地压灾害风险评判是地压灾害评判的核心，防治工程评判是灾害评判的应用。四个方面构成的地压灾害评判内容，逐层递进、相互联系、构成多层次的地压灾害评判系统，如图1所示。图1矿山地压灾害安全评判系统结构示意图3.3.3 地压灾害危险性评判地压灾害危险性是地压灾害自然属性的一面，评判的核心是地压灾害的活动强度。从定性分析看，地压灾害的活动强度越高，危险性越大，灾害的缺失越严重。地压灾害危险性可分为历史灾害危险性和潜在灾害危险

18、性。前者指已经发生的地压灾害的活动强度、评判内容为灾害类型、规模及分布状况等，如地表塌陷灾害、边坡滑坡灾害等;后者指具有致灾形成条件、目前尚未发生的地压灾害的潜在危害性，如大量开采的未充填空区、崩落法采矿的未处理顶部覆盖层等。针对不同类型的灾害的规模，采用前述的点、面和区域评判方法进行安全评判。(1)突发性地压灾害发生概率的确定地压灾害发生概率是倒塌、滑坡、岩溶塌陷、地震等突发性地压灾害危险性分析的重要指标。突发性地压灾害属于随机性事件，同时又具有重复性和周期性特点。在不同条件下，它们发生的几率和成灾程度不同。确定突发性地压灾害发生概率的方法很多，常用的有体会法、动力分析法与条件分析法、历史灾

19、害频数统计法等。对于活动频繁且有较长时间观测记录或充分研究资料的地压灾害，可通过进一步分析不同时间尺度的灾害周期性变化规律，根据体会确定不同规模灾害事件的发生概率。动力分析与条件分析方法是通过潜在灾害体的力学机制和形成条件分析，利用数学模型确定灾害发生概率的方法。历史灾害频数统计法是通过对地压灾害在历史上的活动次数进行统计，总结出不同规模灾害活动随时间的分布频数曲线，根据曲线类型确定灾害活动规模与灾害发生频率的关系，从而得出灾害发生的概率。(2)渐进性地压灾害发展速率的确定地压灾害发展速率是地裂缝、地面沉积与塌陷、海水入侵等渐进性地压灾害危险性分析的基础指针。渐进性地压灾害的评判对象是已经发生

20、灾害的地区，评判内容主要是地压灾害的未来活动强度和成灾水平，评判方法主要有约束外推法和模拟模型法两种。约束外推法是指通过分析系统内大量随机现象的变化规律，确定系统发展的约束条件，并依此估量系统未来发展趋势的方法。约束外推猜测的具体方法主要有德尔菲法、单纯外推法、趋势外推法、移动平均法、指数平滑活动、时间序列法等。常用的为单纯外推、趋势外推和时间序列分析法。在建立灾害活动规模与时间关系的基础上，依照已有的自然趋势外延，猜测未来不同时期灾害活动规模，并运算灾害发展速率。约束外推方法简便，对于那些有长期灾害活动记录，且灾害活动条件比较单一的评判目标最为适用。模型模拟法是根据“同态性原理”确定评判对象

21、的同态猜测模型,建立数学模型，分析未来状态与现实状态之间评判目标的数量关系，从而得出未来情形下的目标值。随着运算机技术的广泛应用，在灾害评判中还可以采用数值模拟技术，来猜测灾害活动的发展速率和不同条件下灾害的活动规模。地压灾害危害范畴的大小主要取决于灾害类型、灾害规模和人类干扰的程度及灾害的活动方式。准确地圈定地压灾害危害范畴，对不同地点、不同类型地压灾害的规模、活动方式及其破坏能力进行评判,是灾害评判和猜测灾害缺失的重要依据。区域地压灾害危险性区划的目的是把地质条件复杂、危险性程度参差不齐的大面积评判区，划分成若干个地压灾害活动条件和危险程度相近的单元，作为确定评判参数、实现区域评判的基础，

22、它所反映的是不同地区地压灾害危险性的相对差异。区域地压灾害危险性区划的基本步骤是：第一将评判区划分成若干单元，通过分析各个单元地压灾害活动的基本要素、成因机制；然后建立数学模型，利用数学模型对评判区域进行定量化运算，确定不同单元的危险性指数；最后根据危险性指数的分布特点和自然地理与社会经济条件进行分区。地压灾害危险性指数的运算方法有灰色聚类法、模糊综合评判法、信息病评判法等。3.4 铜坑矿地压灾害评判方法的挑选安全系统工程的内容主要包括事故成因、系统安全分析、安全评判和安全措施4个方面。安全评判是对系统存在的危险性进行定性或定量分析，得出系统的危险点和发生危险的可能性及程度，以猜测出被评判系统

23、的安全状况。安全评判方法就是以安全理论、现代数学控制理论等作为理论基础，用来分析、评判系统危险因素的工具，根据评判目的或采用的基本理论的不同，评判方法有数十种。地压灾害的评判方法与发生在矿山的地压灾害的种类密切相关，根据铜坑矿历史上发生的地压灾害事故的统计分析，在铜坑矿发生的地压灾害主要是冒顶和由采空区引起的地表塌陷，基于此，铜坑矿地压灾害的评判方法拟采用基于数量化理论对采场冒顶进行定量化分析，采用数值模拟的方法对采空区的稳固性进行分析，用数值模拟方法结合统计分析理论建立92号矿体开采重叠区下顶板安全厚度的数学模型，在此基础上，对铜坑矿发生大规模地压灾害的风险、防止采空区大规模冒顶的技术措施、

24、地表塌陷区域的监测方案等进行分析评判。4、铜坑矿地质概况与安全开采现状4.1 地质概况铜坑矿细脉带、91号和92号三大矿体呈上、中、下重叠产出，地质构造复杂。细脉带、91号矿体属大厂矿田西矿带长坡区锡大循环一一矿化物多金属矿床，产于长坡背斜东翼，受长坡背斜次一级纵向挠曲、横向裂隙控制。细脉带矿体赋存于泥盆系上统同车江组地层中，下部与似层状的91#矿体交组合并。整个细脉带矿体主要由一系列基本上平行的裂隙脉组成。主要矿体走向长度300-600m,厚度15-110mo矿体大部分直接顶板为碳质页岩，厚60-80m,稳固性好。在局部地段，碳质页岩与矿体有一下触破碎带，并成片深入到矿体内，岩层交错产出，挤

25、压明显。含硫矿石在一定条件下氧化发热，与碳质页岩接触条件下易自燃发火。91号矿体为似层状细脉浸染交代型矿体，矿脉赋存于宽条带灰岩、细条带灰岩和小扁豆灰岩中，矿体呈缓倾斜似层状，细条带灰岩是主要含矿层位。矿体走向近东西（EW）,倾向北（N）,倾角1520,矿体规模较大，走向长1066m,倾斜长480m,最大厚度50m,平均厚度15m,赋存标高335、490m。矿体顶板小扁豆灰岩属较稳固岩层；矿体分三层：上下部属中等以上稳固岩层，中部属中等稳固岩层；底板宽条带灰岩属中等以上稳固岩层。矿岩节理裂隙发育，完整性良好，力学强度较高，普氏硬度系数均在10以上，但矿岩层理较发育，顶板岩层内有楔形体或板状块体

26、的不稳固结构体，在爆破动载影响下，有可能导致失稳。原岩应力场为水平构造应力所制约。92号矿体产出于长坡一铜坑矿床下部，矿床位于大厂倒转背斜北西倾伏端，轴向由300。突转为0方向及近东西向构造隆起与北西向构造叠加部位。矿床受倒转背斜和与之大致平行的次级隐伏背斜以及轴向近东西的短轴背斜复式倾伏端所控制。矿体顶板围岩为宽条带灰岩、泥灰岩及部分硅质岩。单轴抗压强度可达80MPa左右，宽条带灰岩和泥灰岩裂隙不发育，宽条带灰岩厚度为15、20m,泥灰岩厚3nl左右。硅质岩性脆，裂隙发育，矿体内单位裂隙脉为5、8条/m,如包含无矿裂隙，则单位裂隙为8、11条/m,伸张性3.02cm/m。矿石坚硬，普氏系数为

27、15.6,难凿易爆，爆破块度平均。根据现场地质调查和地质编录资料分析，各区段由节理裂隙构成的顶板、边墙可能形成的裂隙块体，其破坏形式以矿柱、边壁的片帮和顶板层状垮落为主。按“Q值法”的质量评判，围岩属中等稳固，矿体裂隙发育，稳固性差，特别在应力集中区顶板和矿柱极易垮落。矿区水文地质简单，坑道涌水量主要以裂隙水为主，地表补给，单位涌水量小。矿区地应力场为：o尸25.4MPa,近水平方向：o 2=17. IMPa,近水平方向：o 3=7.3MPa,近铅垂方向。其中，。1的方向为330,与勘探线方向相近。地应力特点是第一主应力（近水平方向）大于垂直应力两部，但三个方向的地应力绝对值并不很大，随着采深

28、增加，垂直应力增大。在空区周边，无论水平方向还是垂直方向都有应力集中现象。4.2 采空区状况(1)原长坡矿老采区空间状况原长坡矿区为细脉带上部和边部早期开采范畴，对目前三大矿体开采基本无影响。自1953年开采至今，已形成大小空区体积162.09万采空区分布在一中段770nl与七中段505m之间。其中，用浅孔留矿法形成的空区108.7万m3；用分段空场法形成的空区54.8万m3o 人工废石充填处理空区43.23万m3,其他空区采用了封堵密闭隔离的方法。1988年1990年，原长坡矿与长沙矿山研究院联合对长坡矿区空区与治理情形进行调研，结果指出，长坡矿区空区有如下特点：虽然空区总体积大，但空区连续

29、性差，实空比大，达95%左；还留有35m 顶柱，80%以上采空区均残留有缓冲垫层，后期采取了封堵隔离措施。实践证明，长坡区域空区虽然体积较大，但由于采取了切实有效的治理措施，加之多年的塌陷填充和应力开释，该区域大部分范畴岩层已基本趋于稳固。(2)细脉带矿体空区现状细脉带矿体87年10月之前，采用无底柱分段崩落法回采，未崩落部分形成了约50万空区。87年10月之后，因矿石自燃被迫改变采矿方法，改为空场嗣后充填采空区的采矿方法。至今635m以下开采约46万空区位于505m635m之间。细脉带区域已形成了东部(10*线以东)和下部(505m570m)两个充填区。1995年1997年，由于民采破坏窿盗

30、采细脉带一分层四分层封闭区内的保安矿柱和隔火矿柱，致使发生了细脉带”97.12.18”和“98.3.12”两次地表塌陷事故。细脉带570m以上，10#线以西空区大约有14.4万采空区内均不同程度有废石垫层；10#线以东570m以上空区量约20.84万/,部分用碎石胶结及废石充填，充填量为12.58万细脉带505nl570m区域空区量主要以I试、II试空区为主，空区量约11.08万已经用废石进行了部分充填。表47细脉带矿体采充现状表（至2003年底）序号采场编号空区面积（作）空区量（m3）空区治理（m）剩余空区备注充填密闭冒落1大121X233926392622#47X1430500305000

31、12.18已垮满33#25X143710037100012.18已垮满4大420X415730573056#46X14379003790003.12已垮满1#48X14158401584068#47X14366003660003.12已垮满79#52X1439100391000碎胶已充满89#-10#18X14800800910#42X1417277172770碎胶已充满1011#56X1443400434000碎胶已充满11大1235X2537277372771213#84X145960014650303501460013大1418X27979297921415#74X14558475584

32、7011.24垮落充满15大1614X2146884688011.24垮落充满1617#72X144490044900011.24垮落充满17大1826X2772527252011.24垮落充满1819#40X143032430324011.24垮落充满19570-625合计5178531144273154618796520I试1275450001200033000011.24垮落充满21I试-H试25X23116711670011.24垮落充满22II试11181260312000603011.24垮落充满23II试一III试16X232858285824505m4#560574057400

33、11.24垮落充满25505m8#12002592225000922011.24垮落充满26531nl4#32861437414374011.24垮落充满275#72417241287#521652162918#737473745311n号矿体5949594930531m79#脉142303000500062303112#线似层状矿体6150615032531-5601#主脉6130613033505-570合计159954531670596394714834总计6778071675940375100135113677807(3) 91#矿体空区状况分析91#矿体自83年采出矿至今，已形成开挖

34、空间250万m3o采空区分布在374483m标高，位于14#32#线之间。91#矿体空区治理采用了充填、隔离、密闭方式。大体上把空区隔离为五个区域：即一盘区、二盘区、三盘区、四盘区和东盘区。91矿体采空区已充填(棒磨砂胶结充填+块石胶结充填+少量废石充填)170m:密闭空区量23.22万布，强制或自然崩落量21.2万一,形成垫层空区量30.28万n?。截止2003年底，总处理空区量224.6万m)91号矿体回采和采空区治理基本完成。表4-291#矿体采充现状表(至2003年底)盘区号采场编号面积nf空区量 n?空区治理(n?)剩余空区 m1备注充填密闭冒落I盘区11+2112568033426

35、3377I1+2-I1+12560429213111+193023746237460I1+1-1试11959562113970I试96647420474200I 试一112065220652001114454742047420011-1266040708323368372098.8垮1215225048050480012-13456262082620801314794222742227013-14510203702037001412313312733127014-0110501610622093577103200127972797001-0270017618132214397002539408

36、440840小计41428537071419371837215828II 盘区II1N5071368751973690480002000年垮III14403267515200963078450II1-II210878864522330112151763616636160II2-II3124833081254697612011314404876948253516II3-II41260370963709601141440431384313800II4-II51170309832962113620115144039951399510II5-II6112761042385301165501650016

37、5000II6-II74651577115771011760013440134400II7-II8465920092000118495769776970II8S22102210031872018720003-0469996999000468282088208004-055282656265600056538936893605#盲矿体15260152600470(24-26)11621162小计49190943473640640126453888HI 盘区III1115622632226320III1-III2364113331133300III2159056532565320III2-III3

38、544231901449486960III3160550331503310III3-III41290410763202690500III416051008161008160III4-III5946214481431271360III5120070217702170III5-III610403183817356144820III6159887321873210III6-III710404016332147080160III7116772177721770III7-III81602158545632102220III8120011148111480III8-III试17501750III试1570

39、36283362830小计6941096347574958680161750IV 盘区IV166396639IV2143097384973840IV352681445124011.24垮落IV499050989509890IV58762954412710168340IV5+110428104280IV5+2800992899280IV685212213764545680IV6+148018506185060IV788628228282280IV8949194910TV987319723197230IV109301541315413IV11120076235267097IV12137141371

40、40IV12-IV1320282028IV13194209035103850IV14620962090IV15311251532615799IV10-IV620452045016-1#335903359011.24垮落IV4-IV757502975453011.24垮落IV1612071207IV1767386738505-14#西39423942505-14#东36503650小计420564310283338321393662513E盘区E1底564856480E1N444144410E177013042130420E2120026136261360E357220812208120E3柱7

41、6937693E476025952259520E4底714771470E5-E675818033180330E586016447164470E5底778877880强制崩落E6615126341053820960E6-E7300598859880E7480114311430A880016663166630B190191503439850C5170393312370A-B91429142034#E9219210D6795879580小计23177713809170887151067693盘区柱18#45308453080022#2238222382026#32155321550030#34499

42、34499032#3820382000364288532725580405D154909490914#191052813820小计147868139019394004909总计240051220276002182565807596581(4) 92号矿体空区状况分析92号矿体目前进入较大规模的开采时期，七个生产盘区中，采出矿量210多万吨，形成采空区体积70多万个别矿柱和顶板发生垮塌。2003年3月27日下午，R41-R43采场段发生了一次面积较大的矿柱垮塌和顶板自然冒落。该区域去年自7月份R41-R42柱， R42-R43柱发生过矿柱垮塌以来，因层状裂隙发育和陡直的断裂面切割，显得非常危险。

43、今年三月中旬以来，该区发生很大的岩体声发射响声。根据监测情形，3月18日上午停止了该区域的作业。由于采取了一系列措施，没有造成事故危害。根据R采区顶板垮落分析，矿柱垮落主要原因为：岩体稳固性差、岩性脆，节理裂隙很发育，地质构造的原因，矿柱和顶板围岩受断裂及节理切割，加之大孔径爆破导致矿柱侧帮片塌，使矿体岩体破碎屈服，垮塌的可能性大大增加；顶板垮落原因；随着采空区增大，顶板产生拉应力破坏，R42-R43柱垮塌后，重叠区夹层塌落，并引起上方充填体垮落到空区。表4-392#矿体终止采出矿采场空区及充填现状表（至2003年底）盘区号采场编号空区面积而空区量3 m空区治理（mb剩余空区一备注充填密闭冒落

44、2盘区20680*183368503368521380*1850959050959小计84644000846444盘区41180*18326321943613196041280*254662804662841480*25401771417726000041647*2521035021035小计14047233613391960676635盘区50270*18276182761850370*256024160241小计87859000878596盘区60980*15225271007712450061080*20320489965220830小计54575200423453300R盘区4057*

45、15155061161438920冒落充满40-41柱60*10698469840冒落充满4177*15255011782376780冒落充满42100*1530372303720冒落充满43100*1552856528560冒落充满小计1312192943701017820合计4987698309273729101782240166说明：R盘区的41-42柱、42-43柱未采，由于间柱预留尺寸偏小，空区暴露面集中,于2003年3月27日发生顶板大面积冒落。为满足生产指标要求，开采范畴从598nl355m有10个中段，作业面多，难于进行系统的安全治理。其中，细脉带矿体开采在一定程度上受火区影响

46、；91号矿体回采没完全终止，与92号矿体大范畴开采相互制约。I )细脉带矿体开采留下的空区目前没有完全充填和治理，在12-1线10-1线邻近部分在97.12.8垮塌高度至隔火矿柱640m左右。随着空区的扩大和联通，细脉顶板难以控制，有可能在一定范畴内垮通隔火矿柱，影响至地表；II )91号矿体开采留下部分空区，目前91号矿体16#22#线之间因空区联通，存在地压倾向；111) 92号矿体已形成的70多万符的采空区，虽然已用废石进行了部分回填，但92号矿体各盘区推进速度较快，将近一半的采场进行了部分开挖，下一步的安全回采和地压治理难度很大。IV)地压活动有阶段性显现和发展趋势随着三大矿体开采范畴

47、的增大，应力转移和重新调整，空区边部都有不同程度的地压现象出现；由于92号矿体的矿岩结构和地压特点，目前已发觉的地压问题主要是部分矿柱倒塌造成少数地段顶板冒落，此外，随着采区压力向周围转移，重叠区冒落拱上方影响范畴也在逐步扩大。4.4 地压灾害发生气制及其特点(1)在构造应力作用下的宏观地压特点在以水平应力为主的地应力作用下，铜坑矿三大矿体的开采在一定程度上受到构造应力的破坏影响，但由于地应力不大，只是在大空区周边，沿330。方向有水平应力集中作用，产生近似平行于勘探线方向的剪切破坏，高大空区边壁易显现拉应力破坏等现象。(2)危险因素及可能带来的主要安全隐患铜坑矿目前阶段主要的地压危险因素除细

48、脉带矿体火区以外，主要是受开采和环境因素影响造成采空区可能的突发性垮落、矿柱破坏、隔离层的失稳，以及区域性的应力破坏和大范畴地压隐患等。细脉带矿体开采在火区在一定条件下可能垮塌后，带来高温有害气体和采空区垮落冲击的危险隐患。根据有限元运算结果，顶板面积过大将显现拉应力和屈服破坏，细脉带采场顶板其屈服深度在采场宽度35nl时达10m。当采场垮度35m,长度60m左右，即顶板暴露面积达2000多m?时，长时间暴露情形下顶板可能冒落一定高度。对91号矿体多年的地压监测和研究结果表明，高应力盘区柱易发生垮塌，由于采取了充填等治理措施，目前处于基本稳固状态，92号矿体开采根据数值模拟运算和现场观测结果，

49、92号矿体已形成新的采空区，若顶板处理和空区治理跟不上，可能在一定时期内显现较大范畴的地压问题。4.5 发生地压灾害的主控因素分析影响采空区稳固性的因素主要有：地质构造、围岩物理力学性质、采空区的大小和形状、构造弱面的影响、开采深度、空区暴露时间、地下水和地面水系的影响、原岩应力、采矿活动影响因素等及空区处理质量等。发生地压灾害的主控因素：(1)内因：岩体质量及其内部积蓄的应变能因开挖引起的开释,空区形成后围岩垮塌的势能，以及由此产生位移并在地应力作用下作功等。(2)环境因素：除上述主导的内在因素外，周围采动的影响、应力转移、承载、卸压等应力扰动，以及民采的破坏干扰、爆破等诱发因素综合作用。就

50、铜坑矿实际情形，地压活动的主要影响因素，即所谓主控因素有：1)矿区地应力场大厂矿区原岩应力场主要是自重应力和构造应力迭加的结果。岩体在漫长的地质年代中，经历了多次的构造运动，而每次构造运动又都是当时的构造应力场作用的结果，构造运动之后，由于时间效应和其他原因，构造应力会逐步地，部分或全部地开释，甚至被新的构造应力所取代。因此现今的原岩应力状态，具体地说，矿区原岩应力场受燕山运动构造应力场或者其残余构造应力的控制，其准水平面内的两个主应力将分别平行和垂直于燕山运动的构造线。区域构造线方向NW33O0,区域构造线垂直方向NE60。2）工程地质条件、地质构造、矿体与围岩力学性质等。92号矿体赋存于硅

51、质岩中。岩石层理及裂隙相当发育，硅质岩性脆，节理裂隙脉密度一样为58条/米，如含无矿裂隙一样为815条/米，伸张性3.02cm/米。抗压强度最大达153MPa,矿石坚硬，普氏系数15.6。矿体顶板围岩为宽条带灰岩，泥灰岩及细条带硅质岩，层理及节理裂隙不发育。现场地质调查得出，各区段由节理裂隙构成顶板、边墙可能形成的裂隙块体，其破坏形式以片帮和垮落为主。3）三大矿体赋存条件和相互制约的关系92号矿体规模庞大，产状平缓，与地层产状基本一致，顶板围岩及矿石稳固性好，矿石“难凿易爆”型。92号矿体与91号矿体和细脉带矿体紧密相连、相互依存。92号矿体与上覆的91号矿体，在矿体中心部位二者相连重叠，其余

52、部位均有夹石隔开，夹石平均厚度为16.57米，最大厚度达40米。91号矿体上部为急倾斜细脉带矿体,其根部与91号矿体相连。细脉带矿体地面火区塌隐面积3.81万平方米，其中铜坑区地面火区塌隐面积2.86万平方米。在一定条件下，存在空区垮塌冲击或岩层移动、细脉带火区的影响因素、91号开采空区及充填体影响、92号矿体大规模开采采动影响等危险因素。4）开采环境的复杂性岩体开挖理论认为，开挖系统是一个控制系统，由分层次的有序的协同系统构成，是具有若干层次的有序系统；每个层次中又由特定功能的子系统构成，这些子系统既协同又制约，各自的功能和目的是确定的。但是，铜坑矿区20多年开采史表明，矿区在400米深度上

53、,同时开采着重迭的三大矿体，已构成一个多矿体多中段的重复采动的开采系统。系统中的采矿过程是一个动态的过程，“时空”是不可逆转的，整个矿山开采工程不是一次完成的，前一次开挖对以后各次开挖都产生影响的，这就使得开采系统和开采环境更加复杂多变，大大地增加了后期采矿的难度。5）采空区影响很大铜坑矿三大矿体开采历史上采动和留下空区垮塌后的可能冲击，受上部存在的火区的影响，92号大爆破的冲击，以及外部因素一民采干扰破坏，受空区影响，空区两侧水平应力和垂直压力增大，可能存在突然冲击影响和隐患。6）其它因素采动影响、动载等干扰因素加速地压能量的开释，地层活动诱发岩爆或微震等。除上述主控因素外，存在可能的直接诱

54、发原因，其主要的几种触发形式：矿柱破坏引起地压灾害发生；大规模开采的空区暴露面积达到极限；地震波与爆破冲击波的诱发作用。就铜坑矿而言，地压活动的形式可分为：局部冒顶片帮、采场冒顶和矿柱破坏、空区垮塌与岩层移动以及区域性地压活动。5铜坑矿采场冒顶危险性评判5.1 概述矿山的顶板岩体冒落事故，依其冒顶片帮的范畴和伤亡的人数，一样可分为大冒顶、局部冒顶和松石冒落三种。大冒顶一样发生在属沉积岩矿种开采的矿山，冶金矿山较少发生。冒顶事故多发生在以下几种情形：在岩层层理、节理、断层比较发育易离层的工作面，在深矿井、超深矿井、爆破通风后排除工作不当的工作面。由于冒顶事故的影响因素十分复杂，且有些因素为定性因

55、素，为此采用数量化理论对铜坑矿采场冒顶的危险性进行评判。5.2 置顶事故发生的原因分析冒顶事故的发生，一样与矿山地质条件、生产技术和组织治理等多方面的因素有关。5.2.1生产组织治理方面采矿方法挑选及顶板支护不合理采矿方法挑选不合理是引发冒顶事故的一个主要原因。采场工作面支护方法不合理或支护不及时，是导致冒顶事故的另一个主要原因。当工作面邻近的顶板岩石比较破碎，构造比较发育时，支护方法不合理或支护不及时，极易造成顶板突然冒顶或片帮，引发事故。浮石处理不当巷道内松石冒落多半发生在距工作面10米以内，采场内松石冒落多半发生在采场顶板并不太高的地方，浮石处理不当，排除工技术不熟练，检查不周，疏忽大意甚至没有检查，是造成冒顶伤亡事故的原因之一。浮石处理不当所引起的伤亡事故，大多是由于浮石处理前对工作面顶帮缺乏全面细致的检查，以及浮石处理时站立的位置不当和排除工的技术不熟练等造成的。防护用品使用不当。在矿井内工作时，由于没有正确使用防护用品而使冒顶事故扩大化的事例常有发生。人员治理跟不上。一是井下使