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1、ISSN1671-2900采矿技术第6卷第3期2006年9月CN43-1347/TDMiningTechnology,Vo.l6,No.3Sep.2006采空区顶板事故分析与安全管理张钦礼,朱永刚(中南大学,湖南长沙410083)摘要:顶板破坏是目前矿山主要灾害事故之一,其破坏模式包括顶板的离层垮冒、折断垮落、拱形冒落、楔形冒落、沿断层破碎带抽冒和其它不规则冒落。顶板事故受地质、水文和工程等多因素影响。本文在对顶板安全事故树分析基础上,确定了15条导致顶板事故的可能最小路
2、径,并据此提出了有效的顶板安全技术和管理措施。关键词:采空区;顶板;破坏模式;事故树分析法;安全管理近年来,随着我国经济的持续快速发展,各种灾自重以及构造力的作用下,顶板岩层之间分离或直害事故也同步上升,严重威胁人民生命财产的安全接顶板与老顶分离,产生弯曲变形,当弯曲变形产生和国民经济可持续发展,尤其是矿产资源开发领域,的拉应力超过岩层的极限抗拉强度时,顶板岩体即由于安全事故具有影响因素多、预见性差、后果严重向采空区垮冒,见图1。等特点,造成的人员伤害和经济损失更为巨大。资料显示,在国内的矿山事故、交通事故、爆炸事故、火灾、毒物泄
3、露和中毒、建筑事故等六大类安全事故中,矿山事故占60%。而在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%。近两年矿山事故统计资料分析表图1局部落石破坏明,因冒顶片帮引起的事故占重伤以上事故的绝大部分,在矿山轻伤以上事故中也占到了31%。由此(2)顶板折断垮落。如果中等厚度以下顶板岩可见井下顶板的安全管理在矿山管理中的重要地层虽然整体性好,但岩体强度较低且有倾角较大的位,必须引起安全管理人员的高度重视。断层破碎带垂直矿体走向切割采场顶板,由于有断由于采
4、空区顶板稳定性影响因素众多,破坏形层破碎带切割顶板,而断层带较弱,甚至沿断层破碎式各异,使顶板安全管理难度加大。本文将在对采带发生抽冒,直接顶板成为一个悬臂梁,在岩体自重空区顶板事故的产生机理和破坏模式归纳整理的基的作用下,岩梁在水平方向和垂直方向上发生折断础上,利用事故树分析方法对采空区顶板事故进行破坏,见图2。分析,找出影响顶板事故的主要因素,并据此提出有效的顶板事故预防安全技术措施和管理方法,为矿山可持续发展提供安全技术支撑。1顶板事故发生机理和破坏模式所谓顶板破坏模式,即指矿石回采过后,悬露顶图2顶板折断破坏板在其自重和次
5、生应力作用下的失稳破坏方式。长期的工程实践表明,顶板的破坏模式主要有:(3)顶板拱形冒落。该破坏模式的产生条件(1)顶板离层垮冒。顶板,尤其是层状岩体的是:顶板岩体结构类型为块状或破碎状岩体、层状但直接顶板,如果单层连续性好但层间结合差,岩层厚被节理裂隙切割的岩体、节理裂隙结合强度低,顶板度小而软弱,顶板跨度较大,岩石强度低,则在岩体厚度大。顶板岩体的岩块在其自重的作用下,逐渐张钦礼,等:采空区顶板事故分析与安全管理341向上冒落形成拱形是其破坏特征。果岩体的结构比较完整,构造变动小,节理裂隙发育(4)顶板楔形冒落。该破坏形式的产
6、生条件弱,相对岩体的强度高,则围岩相对稳固,采空区的是:顶板被一条或多条断层破碎带或较大裂隙切割,安全稳定性好,危险程度低;反之,岩体复杂的破碎并且与顶板夹角较小,岩体强度较低,顶板厚度较岩层,如果其构造变动强烈,构造影响严重,接触和大。若顶板被单个结构弱面切割,则形成的楔形体挤压破碎带、节理、劈理等均发育,结构面组数多、密在岩体自重的作用下发生折断垮冒;若被两个或多度大且彼此相互交切,则采空区的安全稳定性就差。个的结构弱面组合切割,则切割形成的棱柱或棱锥(2)地质构造。在复杂的地质构造带下开采,就会脱离母岩而冒落。所形成的采空区的安
7、全稳定性差,危险度高。如褶(5)沿断层破碎带抽冒。如果断层破碎带切割皱、岩脉、断层以及岩层的突变等等。特别是向斜的顶板,且断层破碎带较厚、倾角较大,则会发生沿断轴部岩层存在较大的地应力,聚集有大量的弹性变层破碎带的抽冒。如果断层破碎带垂直矿体走向展形能,一旦开挖或开采以后,若形成的采空区没有能布且直接顶板厚度较小,则断层破碎带的抽冒还会够及时得到处理,该部位就存在极大的危险性。继而引起顶板的折断垮冒。(3)矿体倾角。矿体倾角对顶板破坏和破坏模(6)顶板不规则冒落。若顶板厚度较小且无断式的影响规律是:倾角越大,顶板越不易破坏;倾角层破碎
8、带或大规模裂隙弱面切割,顶板岩体结构为越小,则易发生拱形冒落;横向切割顶板的结构面较块状或破碎状,或为层状顶板但被节理裂隙切割,节纵向切割顶板的结构面更容易引起顶板楔形垮冒。理裂隙黏结强度低,则不可能产生上述破坏形式,顶
