地下礦山地壓災(zāi)害安全評價報告

1、概述

地壓災(zāi)害是每個礦山都無法回避的危害礦山安全生產(chǎn)的礦山地質(zhì)

災(zāi)害之一。華錫集團銅坑礦主要生產(chǎn)的三大礦體按上、中、下依次分

布為：細脈帶礦體、91號富礦體和92號巨型礦體。由于細脈帶礦體

上部存在發(fā)火區(qū)，同時受到民采的嚴重破壞，其開采技術(shù)條件十分復(fù)

雜。目前，細脈帶礦體、91號礦體開采還沒有完全終止，銅坑礦形

成了多礦體、多中段開采的局面，除此之外，上部細脈帶礦體、91

號礦體的開采和民采破壞區(qū)域形成了復(fù)雜的空區(qū)，92號礦體生產(chǎn)規(guī)

模的不斷擴大，采空區(qū)不斷形成與擴大，使得銅坑礦的地壓問題越來

越突出。為了進一步控制地壓災(zāi)害給銅坑礦帶來的嚴重影響，必須在

綜合分析相關(guān)因素的基礎(chǔ)上，運用定性與定量分析相結(jié)合的方法，對

銅坑礦防治地壓災(zāi)害的技術(shù)方法與措施進行綜合評判，找出薄弱環(huán)

節(jié)，提出計策措施，從而進一步增強銅坑礦防治地壓災(zāi)害的能力。

2、地壓問題與地壓災(zāi)害

2.1廣義地壓和狹義地壓

地下采礦，最基本的生產(chǎn)過程就是破碎巖石和礦石，保護頂板和

圍巖的穩(wěn)固性。開挖掘進井筒、巷道、碉室、采場（工作面），并加

以保護（支護）以防止頂板和圍巖垮落。

開井送道，如果不加以支撐保護，井巷則發(fā)生變形或破壞。這種

變形或破壞現(xiàn)象稱為地壓現(xiàn)象。采動影響區(qū)域內(nèi)的巖體，稱為圍巖；

區(qū)域外的巖體稱為原巖，原巖作用于圍巖上的壓力，稱為廣義地壓。

圍巖位移與所冒（落脫）離原巖的巖（板）作用于支護結(jié)構(gòu)上的壓力，

稱為狹義地壓。

2.2地壓問題與地壓災(zāi)害

在日常生活中，人們經(jīng)常耳聞目睹一些因地壓造成的一些災(zāi)害現(xiàn)

象，但到目前為止，對地壓災(zāi)害還沒有一個準確的定義。為此，本報

告把地壓災(zāi)害定義為：地壓災(zāi)害即指在人類與地下工程環(huán)境相互作用

過程中，人類活動作用超過地下工程環(huán)境的承載能力，致使地下工程

環(huán)境的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能遭到嚴重破壞，以至部分或全部失去其服務(wù)于

人類的功能，甚至對重大設(shè)備、人類生命財產(chǎn)構(gòu)成嚴重威逼；并因此

反作用于人類，造成人類生命財產(chǎn)嚴重缺失的自然社會現(xiàn)象，它具有

自然與社會雙重屬性。

而所謂環(huán)境承載能力是指在一定時期與一定范疇內(nèi)，以及最不利

的工程環(huán)境條件下，堅持工程環(huán)境系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不發(fā)生質(zhì)的改變，工程系

統(tǒng)功能不遭受破壞前提下，工程環(huán)境系統(tǒng)所能承擔的最大閾值。這里

強調(diào)的是人與工程環(huán)境系統(tǒng)的相互作用，而不只是人為因素造成的。

地壓災(zāi)害是由于人類在從事地下工程活動過程中有意或者無意的不

當行為，導(dǎo)致工程環(huán)境系統(tǒng)處于一種不穩(wěn)固的狀態(tài)（顯現(xiàn)地壓問題）,

并進一步通過累積由量變到質(zhì)變，最終在外界或內(nèi)部小的擾動作用下

造成工程環(huán)境系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的突變，而失去其為人類服務(wù)的功能，甚至對

人類生命財產(chǎn)構(gòu)成嚴重威逼的地壓現(xiàn)象。在現(xiàn)實工作中，地壓問題與

地壓災(zāi)害往往被人們混為一談。地壓問題與地壓災(zāi)害兩個概念盡管有

重疊成分，但還是有本質(zhì)區(qū)別的。

地壓問題是對地下工程環(huán)境系統(tǒng)處于一種病態(tài)結(jié)構(gòu)（或稱不穩(wěn)固

狀態(tài)）的表征，而并不強調(diào)由此產(chǎn)生的結(jié)果；相反，地壓災(zāi)害所強調(diào)

的是工程環(huán)境系統(tǒng)的這種病態(tài)結(jié)構(gòu)造成的危害結(jié)果。地壓問題存在并

不意味著有危害性結(jié)果產(chǎn)生，地壓災(zāi)害是地壓問題（地下工程系統(tǒng)處

于一種不穩(wěn)固狀態(tài)）在外界或內(nèi)部擾動作用下，發(fā)生突變的結(jié)果。地

壓災(zāi)害強調(diào)的是危害的結(jié)果，可見地壓問題與地壓災(zāi)害兩個概念的內(nèi)

涵是不盡相同的。

由地壓造成的災(zāi)害，對礦井來說，主要是冒頂片幫；對采空區(qū)處

理不當而引起的大規(guī)模地壓活動來說，地壓災(zāi)害表現(xiàn)為地表開裂、地

面下沉、建筑物倒塌、切斷水源等。金屬礦山地質(zhì)賦存條件變化大，

采礦方法不盡相同，采場體積大，空區(qū)范疇廣，地壓顯現(xiàn)特點不一，

主要有：空區(qū)坍塌、頂?shù)椎V柱或者間柱垮落、采準坑道下沉、采場冒

落、巖層錯動及沖擊地壓等。冒頂事故是井下礦山生產(chǎn)過程中，對礦

工人身安全威逼很大，最為頻發(fā)的災(zāi)害之一。據(jù)不完全統(tǒng)計，全國礦

山每年工傷死亡人數(shù)中有40%是死于冒頂，無論何種礦山，冒頂事故

死亡頻率都是第一位，無論巖礦、金屬礦、非金屬礦，發(fā)生在掘進工

作面的冒頂，多以局部冒落為特點，而發(fā)生在工作面或采礦場的冒頂,

以大面積頂板冒落為特點，金屬礦山空區(qū)大冒落最為危險。

3、地壓災(zāi)害的評判方法與挑選

3.1概述

礦山地壓災(zāi)害評判是對礦山地壓災(zāi)害進行調(diào)查、統(tǒng)計、分析、評

判的過程。在地壓災(zāi)害成災(zāi)過程中，災(zāi)害活動情形是災(zāi)害評判的重點,

災(zāi)害孕育階段和災(zāi)后復(fù)原情形分別是災(zāi)害評判的背景條件和輔助內(nèi)

容。因此，地壓災(zāi)害評判的內(nèi)容包括危險性評判、易缺失性評判、破

壞缺失評判和防治工程評判四個方面的內(nèi)容，其中危險性評判和易損

性評判是災(zāi)害評判的基礎(chǔ)，破壞缺失評判或災(zāi)害風(fēng)險評判是災(zāi)害評判

的核心，防治工程評判是災(zāi)害評判的應(yīng)用。地壓災(zāi)害評判的目的是通

過揭示地壓災(zāi)害的發(fā)生和發(fā)展規(guī)律，評判地壓災(zāi)害的危險性及其所造

成的破壞缺失、人類社會在現(xiàn)有經(jīng)濟條件下抗御災(zāi)害的能力，運用經(jīng)

濟學(xué)原理評判減災(zāi)防災(zāi)的經(jīng)濟投入及取得的經(jīng)濟效益和社會效益。

危險性評判的目的主要是分析評判孕災(zāi)的自然條件和災(zāi)變程度，

通過分析地壓災(zāi)害的形成條件和致災(zāi)機理，確定地壓災(zāi)害的強度、規(guī)

模、頻度及其危害范疇等。易損性評判是對受災(zāi)體的分析，其目的是

劃分受災(zāi)體類型，統(tǒng)計受災(zāi)體損毀數(shù)量、損毀程度，核算受災(zāi)體的損

毀價值。破壞缺失評判是對地壓災(zāi)害發(fā)生后人員傷亡數(shù)量、核算經(jīng)濟

缺失程度，評定災(zāi)害等級和風(fēng)險等級。防治工程評判主要用來評判地

壓災(zāi)害防治工程的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益，對防災(zāi)抗災(zāi)工程

的資金投入和效益進行分析。

安全評判的概念的提出由來已久，但用于地壓災(zāi)害和巖土工程穩(wěn)

固性評判上只有近一二十年的歷史。目前，在美國、日本、加拿大和

我國的香港地區(qū)已開始了基于風(fēng)險巖土工程與地壓災(zāi)害穩(wěn)固性控制

方面的應(yīng)用研究，例如香港地區(qū)在針對邊坡穩(wěn)固性及其發(fā)災(zāi)的安全評

判方面，取得了一系列的成就。國內(nèi)在地壓災(zāi)害研究領(lǐng)域也開始了這

方面的應(yīng)用研究的探索，但國內(nèi)在這方面的應(yīng)用研究尚不成熟，還未

形成理論上較系統(tǒng)的體系，在地壓災(zāi)害方面，這也是目前的主要研究

熱點之一。在金屬礦山地壓災(zāi)害評判方面，還未開展地壓災(zāi)害安全評

判這方面的研究工作。

風(fēng)險是不確定性結(jié)果的一種度量，所謂不確定性就是一個問題的

結(jié)果存在兩個以上的挑選。在地壓災(zāi)害問題研究中，風(fēng)險可以定義為

在一定的人員傷害或經(jīng)濟、財產(chǎn)缺失水平條件下，某一具體地壓災(zāi)害

發(fā)生的概率值。安全評判是對一特定時期內(nèi)涉及安全、財產(chǎn)及經(jīng)濟缺

失的可能性及可能程度做出評判的系統(tǒng)過程。地壓災(zāi)害安全評判可定

義為對特定影響因素造成暴露于該因素的單體或區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生

的機率及對人類社會產(chǎn)生危害的程度、時間或性質(zhì)進行定量描述的系

統(tǒng)過程。

3.2礦山地壓災(zāi)害評判的類型

礦山工程地壓災(zāi)害具有多種不同的類型，各種類型災(zāi)害的致災(zāi)誘

因又各不相同。因此，對礦山地壓災(zāi)害的評判，雖然從總體上講各種

類型的評判目標基本相同，但依據(jù)不同類型的地壓災(zāi)害的特點，其具

體方法則不完全相同。

根據(jù)評判時間，地壓災(zāi)害評判分為災(zāi)前預(yù)評判、災(zāi)期跟蹤評判和

災(zāi)后總結(jié)評判三種類型。地壓災(zāi)害評判是對一個礦區(qū)地壓災(zāi)害事件的

危險程度和可能造成的破壞缺失程度的猜測性評判，它是制定減災(zāi)計

策預(yù)案的基礎(chǔ)；災(zāi)期跟蹤評判是在災(zāi)害發(fā)生時對災(zāi)害缺失的快速評

判，它是制定救災(zāi)決策和應(yīng)急抗災(zāi)措施的基礎(chǔ)；災(zāi)后總結(jié)評判是指在

災(zāi)害終止后對災(zāi)害缺失進行的全面評判，它是決定救災(zāi)方案、制定災(zāi)

后援建計劃和防備次生災(zāi)害的重要依據(jù)。

根據(jù)評判范疇或面積，可將地壓災(zāi)害災(zāi)情評判分為點評判、面評

判和區(qū)域評判三類。

①點評判

點評判是指對一個地壓災(zāi)害體或具有相同活動條件及特點相對

獨立的災(zāi)害個體進行的評判，點評判的范疇一樣是指災(zāi)害個體涉及到

的范疇。點評判的對象是具體的單一的災(zāi)害體或災(zāi)害事件，通過評判，

能比較準確地量化它的風(fēng)險水平和缺失程度，可作為防治地壓災(zāi)害工

程設(shè)計與施工的依據(jù)。

②面評判

面評判是對具有相對統(tǒng)一特點的區(qū)域（如開采區(qū)域）進行的評判，

評判區(qū)范疇一樣包括若干個采場、采區(qū)、開采直接影響范疇等區(qū)域。

其目的是評判一個礦山一定范疇或整個礦區(qū)內(nèi)的地壓災(zāi)害的破壞缺

失程度或風(fēng)險水平，指導(dǎo)地壓災(zāi)害防治工程并為區(qū)域開采規(guī)劃提供依

據(jù)。

③區(qū)域評判

區(qū)域評判是指超出礦山開采直接影響范疇的大面積的礦山地壓

災(zāi)害災(zāi)情評判，評判范疇包括一個礦山之外的周邊范疇；多個鄰近礦

山組成的礦區(qū)及其周邊可能影響到的范疇，一樣達數(shù)平方公里、數(shù)十

平方公里或上百平方公里以上，甚至跨過地區(qū)行政治理范疇。區(qū)域評

判的目的是對因礦產(chǎn)資源開發(fā)導(dǎo)致的對區(qū)域性地壓災(zāi)害的破壞缺失

或風(fēng)險水平進行評判，從而為區(qū)域減災(zāi)的宏觀決策和區(qū)域經(jīng)濟規(guī)劃提

供依據(jù)。參照相關(guān)地壓災(zāi)害評判方法和礦山開采方面的資料，針對金

屬礦山的特點對金屬礦山工程地壓災(zāi)害安全評判范疇及其特點進行

分析，可概括為表1。

表1礦山地壓災(zāi)害評判范疇及特點

評判類型點評判面評判區(qū)域評判

評判對象災(zāi)害個體災(zāi)害群體或綜合災(zāi)情區(qū)域性總體災(zāi)情

數(shù)十、百、千、萬平

評判范疇數(shù)萬平方米至數(shù)公里數(shù)公里以上

方米

為抗災(zāi)、救災(zāi)和防治為礦山開采規(guī)劃、災(zāi)害防為礦區(qū)或區(qū)域性防災(zāi)減

評判意義

工程的實施提供依據(jù)治提供依據(jù)災(zāi)規(guī)劃提供依據(jù)

勘察、調(diào)查、分析、調(diào)查統(tǒng)計、監(jiān)（觀）測、

評判手段區(qū)域性調(diào)查、統(tǒng)計

試驗分析

評判性質(zhì)定量化定量化為主，定性為輔半定量、半定性

3.3礦山地壓災(zāi)害安全評判基本體系

3.3.1地壓災(zāi)害安全評判的基本要素

災(zāi)害風(fēng)險評判可以根據(jù)評判對象的不同分為二大類，一類是針對

自然災(zāi)害的風(fēng)險評判；一類是針對人為災(zāi)害的風(fēng)險評判，即針對由人

類社會活動而造成的災(zāi)害的風(fēng)險評判。礦山地壓災(zāi)害是人類從事生產(chǎn)

活動破壞地質(zhì)環(huán)境而直接導(dǎo)致的災(zāi)害，屬于后者。根據(jù)地壓災(zāi)害的成

災(zāi)過程和災(zāi)情構(gòu)成，把地壓災(zāi)害基本要素歸納為以下五個方面：

①災(zāi)害背景要素或孕災(zāi)環(huán)境要素

反映礦山地壓災(zāi)害形成的要素有自然條件和社會經(jīng)濟條件，其中

自然條件主要包括評判區(qū)地質(zhì)因素一地層、巖性、地質(zhì)構(gòu)造與新構(gòu)造

等因素；地勢地貌因素一地貌類型、海拔高程、地勢高差或切割深度

等因素；采礦工藝一采礦方法、充填方法、崩落方式、爆破等；氣候

因素一氣候類型、降水量、暴雨程度等因素；水文因素一所屬水系、

水位流量變化等因素；植被因素一植被類型、覆蓋程度等因素。社會

經(jīng)濟條件主要包括人口數(shù)量、密度；城鎮(zhèn)及重要企業(yè)、工程設(shè)施的分

布；工農(nóng)業(yè)產(chǎn)值、國民生產(chǎn)總值及社會經(jīng)濟發(fā)展水平；防災(zāi)工程及減

災(zāi)能力等。

②致災(zāi)體或災(zāi)害活動要素

反映地壓災(zāi)害活動程度，亦稱為災(zāi)變要素。主要包括：災(zāi)害種類、

災(zāi)害活動規(guī)模、強度、頻次、密度、成災(zāi)范疇，災(zāi)變等級等。

③受災(zāi)體要素或承災(zāi)體要素

主要包括受災(zāi)體類型、數(shù)量、價值，對不同災(zāi)害的承御能力和災(zāi)

后的可復(fù)原性等。

④破壞缺失要素

主要包括地壓災(zāi)害的破壞效應(yīng)和缺失構(gòu)成；受災(zāi)體種類、損毀數(shù)

量、損毀程度；災(zāi)害造成的經(jīng)濟缺失；災(zāi)害等級、風(fēng)險等級等。

⑤防治工程要素

主要包括地壓災(zāi)害防治工程措施、防治投入、防治成效與防治效

益等。

3.3.2災(zāi)害安全評判的主要內(nèi)容

地壓災(zāi)害評判是對地壓災(zāi)害災(zāi)情進行調(diào)查、統(tǒng)計、分析、評判的

工作。從一樣意義上說，災(zāi)情評判的范疇應(yīng)該包括災(zāi)害全部過程和各

個方面的情形。但是，不同目的的災(zāi)情評判，其側(cè)重點不同。以災(zāi)害

治理服務(wù)中心的災(zāi)情評判，主要內(nèi)容是災(zāi)害破壞缺失情形。然而對災(zāi)

害破壞缺失的分析評判，不能孤立地進行，必須在分析災(zāi)害背景條件

基礎(chǔ)上，深入調(diào)查和研究災(zāi)害的活動強度以及受災(zāi)體破壞缺失情形，

才能核算災(zāi)害經(jīng)濟缺失，確定災(zāi)害等級或風(fēng)險等級。

根據(jù)地壓災(zāi)害災(zāi)情構(gòu)成和災(zāi)害評判過程，本報告將孕災(zāi)的自然條

件和災(zāi)變程度分析稱為危險性評判，其基本任務(wù)是分析地壓災(zāi)害的活

動條件，確定災(zāi)害活動強度（規(guī)模）、頻度、密度、危害范疇；將孕

災(zāi)的社會經(jīng)濟條件和受災(zāi)體分析稱為易損性評判，其基本任務(wù)是劃分

受災(zāi)體類型，統(tǒng)計分析受災(zāi)體損毀數(shù)量、損毀程度、核算受災(zāi)體損毀

價值；將災(zāi)害對人民生命財產(chǎn)所造成的缺失分析稱為破壞缺失評判，

其基本任務(wù)是核算人口傷亡和經(jīng)濟缺失程度，評定災(zāi)度等級和風(fēng)險等

級；將防汛抗災(zāi)工程分析稱為防治工程評判，其基本任務(wù)是分析地壓

災(zāi)害的可防治性，評判防治工程的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益。

這4方面內(nèi)容的大致步驟是：危險性評判和易損性評判~破壞缺失評

判或災(zāi)害風(fēng)險評判一防治工程評判。其中危險性評判和易損性評判是

災(zāi)害評判的基礎(chǔ)，地壓災(zāi)害風(fēng)險評判是地壓災(zāi)害評判的核心，防治工

程評判是災(zāi)害評判的應(yīng)用。四個方面構(gòu)成的地壓災(zāi)害評判內(nèi)容，逐層

遞進、相互聯(lián)系、構(gòu)成多層次的地壓災(zāi)害評判系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1礦山地壓災(zāi)害安全評判系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

3.3.3地壓災(zāi)害危險性評判

地壓災(zāi)害危險性是地壓災(zāi)害自然屬性的一面，評判的核心是地壓

災(zāi)害的活動強度。從定性分析看，地壓災(zāi)害的活動強度越高，危險性

越大，災(zāi)害的缺失越嚴重。地壓災(zāi)害危險性可分為歷史災(zāi)害危險性和

潛在災(zāi)害危險性。前者指已經(jīng)發(fā)生的地壓災(zāi)害的活動強度、評判內(nèi)容

為災(zāi)害類型、規(guī)模及分布狀況等，如地表塌陷災(zāi)害、邊坡滑坡災(zāi)害等;

后者指具有致災(zāi)形成條件、目前尚未發(fā)生的地壓災(zāi)害的潛在危害性，

如大量開采的未充填空區(qū)、崩落法采礦的未處理頂部覆蓋層等。針對

不同類型的災(zāi)害的規(guī)模，采用前述的點、面和區(qū)域評判方法進行安全

評判。

(1)突發(fā)性地壓災(zāi)害發(fā)生概率的確定

地壓災(zāi)害發(fā)生概率是倒塌、滑坡、巖溶塌陷、地震等突發(fā)性地壓

災(zāi)害危險性分析的重要指標。突發(fā)性地壓災(zāi)害屬于隨機性事件，同時

又具有重復(fù)性和周期性特點。在不同條件下，它們發(fā)生的幾率和成災(zāi)

程度不同。確定突發(fā)性地壓災(zāi)害發(fā)生概率的方法很多，常用的有體會

法、動力分析法與條件分析法、歷史災(zāi)害頻數(shù)統(tǒng)計法等。

對于活動頻繁且有較長時間觀測記錄或充分研究資料的地壓災(zāi)

害，可通過進一步分析不同時間尺度的災(zāi)害周期性變化規(guī)律，根據(jù)體

會確定不同規(guī)模災(zāi)害事件的發(fā)生概率。

動力分析與條件分析方法是通過潛在災(zāi)害體的力學(xué)機制和形成

條件分析，利用數(shù)學(xué)模型確定災(zāi)害發(fā)生概率的方法。

歷史災(zāi)害頻數(shù)統(tǒng)計法是通過對地壓災(zāi)害在歷史上的活動次數(shù)進

行統(tǒng)計，總結(jié)出不同規(guī)模災(zāi)害活動隨時間的分布頻數(shù)曲線，根據(jù)曲線

類型確定災(zāi)害活動規(guī)模與災(zāi)害發(fā)生頻率的關(guān)系，從而得出災(zāi)害發(fā)生的

概率。

（2）漸進性地壓災(zāi)害發(fā)展速率的確定

地壓災(zāi)害發(fā)展速率是地裂縫、地面沉積與塌陷、海水入侵等漸進

性地壓災(zāi)害危險性分析的基礎(chǔ)指針。漸進性地壓災(zāi)害的評判對象是已

經(jīng)發(fā)生災(zāi)害的地區(qū)，評判內(nèi)容主要是地壓災(zāi)害的未來活動強度和成災(zāi)

水平，評判方法主要有約束外推法和模擬模型法兩種。

約束外推法是指通過分析系統(tǒng)內(nèi)大量隨機現(xiàn)象的變化規(guī)律，確定

系統(tǒng)發(fā)展的約束條件，并依此估量系統(tǒng)未來發(fā)展趨勢的方法。約束外

推猜測的具體方法主要有德爾菲法、單純外推法、趨勢外推法、移動

平均法、指數(shù)平滑活動、時間序列法等。常用的為單純外推、趨勢外

推和時間序列分析法。在建立災(zāi)害活動規(guī)模與時間關(guān)系的基礎(chǔ)上，依

照已有的自然趨勢外延，猜測未來不同時期災(zāi)害活動規(guī)模，并運算災(zāi)

害發(fā)展速率。約束外推方法簡便，對于那些有長期災(zāi)害活動記錄，且

災(zāi)害活動條件比較單一的評判目標最為適用。

模型模擬法是根據(jù)“同態(tài)性原理”確定評判對象的同態(tài)猜測模型,

建立數(shù)學(xué)模型，分析未來狀態(tài)與現(xiàn)實狀態(tài)之間評判目標的數(shù)量關(guān)系，

從而得出未來情形下的目標值。

隨著運算機技術(shù)的廣泛應(yīng)用，在災(zāi)害評判中還可以采用數(shù)值模擬

技術(shù)，來猜測災(zāi)害活動的發(fā)展速率和不同條件下災(zāi)害的活動規(guī)模。

地壓災(zāi)害危害范疇的大小主要取決于災(zāi)害類型、災(zāi)害規(guī)模和人類

干擾的程度及災(zāi)害的活動方式。準確地圈定地壓災(zāi)害危害范疇，對不

同地點、不同類型地壓災(zāi)害的規(guī)模、活動方式及其破壞能力進行評判，

是災(zāi)害評判和猜測災(zāi)害缺失的重要依據(jù)。

區(qū)域地壓災(zāi)害危險性區(qū)劃的目的是把地質(zhì)條件復(fù)雜、危險性程度

參差不齊的大面積評判區(qū)，劃分成若干個地壓災(zāi)害活動條件和危險程

度相近的單元，作為確定評判參數(shù)、實現(xiàn)區(qū)域評判的基礎(chǔ)，它所反映

的是不同地區(qū)地壓災(zāi)害危險性的相對差異。

區(qū)域地壓災(zāi)害危險性區(qū)劃的基本步驟是：第一將評判區(qū)劃分成若

干單元，通過分析各個單元地壓災(zāi)害活動的基本要素、成因機制；然

后建立數(shù)學(xué)模型，利用數(shù)學(xué)模型對評判區(qū)域進行定量化運算，確定不

同單元的危險性指數(shù)；最后根據(jù)危險性指數(shù)的分布特點和自然地理與

社會經(jīng)濟條件進行分區(qū)。地壓災(zāi)害危險性指數(shù)的運算方法有灰色聚類

法、模糊綜合評判法、信息病評判法等。

3.4銅坑礦地壓災(zāi)害評判方法的挑選

安全系統(tǒng)工程的內(nèi)容主要包括事故成因、系統(tǒng)安全分析、安全評

判和安全措施4個方面。安全評判是對系統(tǒng)存在的危險性進行定性或

定量分析，得出系統(tǒng)的危險點和發(fā)生危險的可能性及程度，以猜測出

被評判系統(tǒng)的安全狀況。安全評判方法就是以安全理論、現(xiàn)代數(shù)學(xué)控

制理論等作為理論基礎(chǔ)，用來分析、評判系統(tǒng)危險因素的工具，根據(jù)

評判目的或采用的基本理論的不同，評判方法有數(shù)十種。

地壓災(zāi)害的評判方法與發(fā)生在礦山的地壓災(zāi)害的種類密切相關(guān)，

根據(jù)銅坑礦歷史上發(fā)生的地壓災(zāi)害事故的統(tǒng)計分析，在銅坑礦發(fā)生的

地壓災(zāi)害主要是冒頂和由采空區(qū)引起的地表塌陷，基于此，銅坑礦地

壓災(zāi)害的評判方法擬采用基于數(shù)量化理論對采場冒頂進行定量化分

析，采用數(shù)值模擬的方法對采空區(qū)的穩(wěn)固性進行分析，用數(shù)值模擬方

法結(jié)合統(tǒng)計分析理論建立92號礦體開采重疊區(qū)下頂板安全厚度的數(shù)

學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上，對銅坑礦發(fā)生大規(guī)模地壓災(zāi)害的風(fēng)險、防止采

空區(qū)大規(guī)模冒頂?shù)募夹g(shù)措施、地表塌陷區(qū)域的監(jiān)測方案等進行分析評

判。

4、銅坑礦地質(zhì)概況與安全開采現(xiàn)狀

4.1地質(zhì)概況

銅坑礦細脈帶、91號和92號三大礦體呈上、中、下重疊產(chǎn)出，

地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。細脈帶、91號礦體屬大廠礦田西礦帶長坡區(qū)錫大循

環(huán)一一礦化物多金屬礦床，產(chǎn)于長坡背斜東翼，受長坡背斜次一級縱

向撓曲、橫向裂隙控制。細脈帶礦體賦存于泥盆系上統(tǒng)同車江組地層

中，下部與似層狀的91礦體交組合并。整個細脈帶礦體主要由一系

列基本上平行的裂隙脈組成。主要礦體走向長度300-600m,厚度

15-110mo礦體大部分直接頂板為碳質(zhì)頁巖，厚60-80m,穩(wěn)固性好。

在局部地段，碳質(zhì)頁巖與礦體有一下觸破碎帶，并成片深入到礦體內(nèi)，

巖層交錯產(chǎn)出，擠壓明顯。含硫礦石在一定條件下氧化發(fā)熱，與碳質(zhì)

頁巖接觸條件下易自燃發(fā)火。

91號礦體為似層狀細脈浸染交代型礦體，礦脈賦存于寬條帶灰

巖、細條帶灰?guī)r和小扁豆灰?guī)r中，礦體呈緩傾斜似層狀，細條帶灰?guī)r

是主要含礦層位。礦體走向近東西（EW）,傾向北（N）,傾角15°、20。，

礦體規(guī)模較大，走向長1066m,傾斜長480m,最大厚度50m,平均厚

度15m,賦存標高335、490m。礦體頂板小扁豆灰?guī)r屬較穩(wěn)固巖層；礦

體分三層：上下部屬中等以上穩(wěn)固巖層，中部屬中等穩(wěn)固巖層；底板

寬條帶灰?guī)r屬中等以上穩(wěn)固巖層。礦巖節(jié)理裂隙發(fā)育，完整性良好，

力學(xué)強度較高，普氏硬度系數(shù)均在10以上，但礦巖層理較發(fā)育，頂

板巖層內(nèi)有楔形體或板狀塊體的不穩(wěn)固結(jié)構(gòu)體，在爆破動載影響下，

有可能導(dǎo)致失穩(wěn)。原巖應(yīng)力場為水平構(gòu)造應(yīng)力所制約。

92號礦體產(chǎn)出于長坡一銅坑礦床下部，礦床位于大廠倒轉(zhuǎn)背斜

北西傾伏端，軸向由300。突轉(zhuǎn)為0。方向及近東西向構(gòu)造隆起與北

西向構(gòu)造疊加部位。礦床受倒轉(zhuǎn)背斜和與之大致平行的次級隱伏背斜

以及軸向近東西的短軸背斜復(fù)式傾伏端所控制。礦體頂板圍巖為寬條

帶灰?guī)r、泥灰?guī)r及部分硅質(zhì)巖。單軸抗壓強度可達80MPa左右，寬條

帶灰?guī)r和泥灰?guī)r裂隙不發(fā)育，寬條帶灰?guī)r厚度為15、20m,泥灰?guī)r厚

3m左右。硅質(zhì)巖性脆，裂隙發(fā)育，礦體內(nèi)單位裂隙脈為5、8條/m,如

包含無礦裂隙，則單位裂隙為8、11條/m,伸張性3.02cm/m。礦石堅

硬，普氏系數(shù)為15.6,難鑿易爆，爆破塊度平均。根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)

查和地質(zhì)編錄資料分析，各區(qū)段由節(jié)理裂隙構(gòu)成的頂板、邊墻可能形

成的裂隙塊體，其破壞形式以礦柱、邊壁的片幫和頂板層狀垮落為主。

按“Q值法”的質(zhì)量評判，圍巖屬中等穩(wěn)固，礦體裂隙發(fā)育，穩(wěn)固性

差，特別在應(yīng)力集中區(qū)頂板和礦柱極易垮落。

礦區(qū)水文地質(zhì)簡單，坑道涌水量主要以裂隙水為主，地表補給，

單位涌水量小。

礦區(qū)地應(yīng)力場為：。尸25.4MPa,近水平方向：。2=17.IMPa,近

水平方向：o3=7.3MPa,近鉛垂方向。其中，的方向為330°,與

勘探線方向相近。地應(yīng)力特點是第一主應(yīng)力（近水平方向）大于垂直

應(yīng)力兩部，但三個方向的地應(yīng)力絕對值并不很大，隨著采深增加，垂

直應(yīng)力增大。在空區(qū)周邊，無論水平方向還是垂直方向都有應(yīng)力集中

現(xiàn)象。

4.2采空區(qū)狀況

(1)原長坡礦老采區(qū)空間狀況

原長坡礦區(qū)為細脈帶上部和邊部早期開采范疇，對目前三大礦體

開采基本無影響。自1953年開采至今，已形成大小空區(qū)體積162.09

萬作。采空區(qū)分布在一中段770m與七中段505m之間。其中，用淺孔

留礦法形成的空區(qū)108.7萬m*用分段空場法形成的空區(qū)54.8萬m)

人工廢石充填處理空區(qū)43.23萬m3,其他空區(qū)采用了封堵密閉隔離的

方法。1988年?1990年，原長坡礦與長沙礦山研究院聯(lián)合對長坡礦區(qū)

空區(qū)與治理情形進行調(diào)研，結(jié)果指出，長坡礦區(qū)空區(qū)有如下特點：雖

然空區(qū)總體積大，但空區(qū)連續(xù)性差，實空比大，達95%左；還留有3?5m

頂柱，80%以上采空區(qū)均殘留有緩沖墊層，后期采取了封堵隔離措施。

實踐證明，長坡區(qū)域空區(qū)雖然體積較大，但由于采取了切實有效的治

理措施，加之多年的塌陷填充和應(yīng)力開釋，該區(qū)域大部分范疇巖層已

基本趨于穩(wěn)固。

(2)細脈帶礦體空區(qū)現(xiàn)狀

細脈帶礦體87年10月之前，采用無底柱分段崩落法回采，未崩

落部分形成了約50萬n?空區(qū)。87年10月之后，因礦石自燃被迫改

變采礦方法，改為空場嗣后充填采空區(qū)的采礦方法。至今635m以下

開采約46萬空區(qū)位于505m?635m之間。細脈帶區(qū)域已形成了東

部(10*線以東)和下部(505m?570m)兩個充填區(qū)。1995年?1997

年，由于民采破壞窿盜采細脈帶一分層?四分層封閉區(qū)內(nèi)的保安礦柱

和隔火礦柱，致使發(fā)生了細脈帶“97.12.18”和“98.3.12”兩次地

表塌陷事故。細脈帶570m以上，10#線以西空區(qū)大約有14.4萬

采空區(qū)內(nèi)均不同程度有廢石墊層；10#線以東570m以上空區(qū)量約

20.84萬1113,部分用碎石膠結(jié)及廢石充填，充填量為12.58萬nf。細

脈帶505nl?570m區(qū)域空區(qū)量主要以I試、II試空區(qū)為主，空區(qū)量約

1L08萬已經(jīng)用廢石進行了部分充填。

表4-1細脈帶礦體采充現(xiàn)狀表(至2003年底)

序空區(qū)面空區(qū)量空區(qū)治理(m’)剩余空

采場編號備注

a積(*(m3)充填密閉冒落區(qū)(m3)

1大121X2339263926

22#47X143050030500012.18已垮滿

33#25X143710037100012.18已垮滿

4大420X4157305730

56#46X14379003790003.12已垮滿

7#48X141584015840

68#47X14366003660003.12已垮滿

79#52X1439100391000碎膠已充滿

89#-10ft18X14800800

910#42X1417277172770碎膠已充滿

1011#56X1443400434000碎膠已充滿

11大1235X253727737277

1213#84X1459600146503035014600

13大1418X2797929792

1415#74X145584755847011.24垮落充滿

15大1614X2146884688011.24垮落充滿

1617#72X144490044900011.24垮落充滿

17大1826X2772527252011.24垮落充滿

1819#40X143032430324011.24垮落充滿

19570-625合計51785311442731546187965

20I試1275450001200033000011.24垮落充滿

21I試-H試25X23116711670011.24垮落充滿

22II試11181260312000603011.24垮落充滿

23II試一III試16X2328582858

24505m4#56057405740011.24垮落充滿

25505nl8#12002592225000922011.24垮落充滿

265311n4#1437414374011.24垮落充滿

275#72417241

3286

287#52165216

2918#73747374

5311n號礦體59495949

30531m79#脈14230300050006230

12#線似層狀礦

3161506150

體

32531-5601#主脈61306130

33505-570合計1599545316705963947148

34總計6778071675940375100135113677807

(3)91#礦體空區(qū)狀況分析

91#礦體自83年采出礦至今，已形成開挖空間250萬m"采空區(qū)

分布在374?483m標高，位于14#?32#線之間。91#礦體空區(qū)治理采

用了充填、隔離、密閉方式。大體上把空區(qū)隔離為五個區(qū)域：即一盤

區(qū)、二盤區(qū)、三盤區(qū)、四盤區(qū)和東盤區(qū)。91#礦體采空區(qū)已充填(棒

磨砂膠結(jié)充填+塊石膠結(jié)充填+少量廢石充填)170m:密閉空區(qū)量

23.22萬強制或自然崩落量21.2萬形成墊層空區(qū)量30.28

萬南。截止2003年底，總處理空區(qū)量224.6萬m"91號礦體回采和

采空區(qū)治理基本完成。

表4-291#礦體采充現(xiàn)狀表(至2003年底)

剩余

面積空區(qū)量空區(qū)治理(!?)

盤區(qū)號采場編號空區(qū)備注

m2m3

充填密閉冒落m3

11+21125680334263377

I1+2-I1+125604292131

11+193023746237460

I1+1-1試11959562113970

I試96647420474200

I試一11206522065200

I

T1144547420474200

盤

11-1266040708323368372098.8垮

區(qū)

12152250480504800

12-1345626208262080

13147942227422270

T3-I451020370203700

14123133127331270

14-011050161062209357710320

01279727970

01-02700176181322143970

02539408440840

小計41428537071419371837215828

II1N5071368751973690480002000年垮

III14403267515200963078450

II1-II210878864522330

112151763616636160

II2-IT31248330812546976120

11314404876948253516

II3-II4126037096370960

1141440431384313800

I14-II51170309832962113620

115144039951399510

II5-I1611276104238530

II11655016500165000

盤IT6-IT746515771157710

區(qū)11760013440134400

II7-II8465920092000

118495769776970

II8S22102210

0318720187200

03-046999699900

04682820882080

04-055282656265600

05653893689360

5#盲礦/p>

470(24-26)11621162

小計49190943473640640126453888

III1115622632226320

IIT1-ITT2364113331133300

III2159056532565320

III2-III3544231901449486960

IIT3160550331503310

III

III3-I1I41290410763202690500

盤

III416051008161008160

區(qū)

III4-III5946214481431271360

III5120070217702170

III5-ITI610403183817356144820

III6159887321873210

III6-III710404016332147080160

III7116772177721770

III7-ITT81602158545632102220

III8120011148111480

III8-III

17501750

試

III試157036283362830

小計6941096347574958680161750

IV166396639

IV2143097384973840

IV352681445124011.24垮落

IV499050989509890

IV58762954412710168340

IV5+110428104280

IV5+2800992899280

IV685212213764545680

IV6+148018506185060

IV788628228282280

IV8949194910

IV987319723197230

TVIV109301541315413

盤IV11120076235267097

區(qū)IV1213714137140

IV12-IV1320282028

IV13194209035103850

I/p>

IV15311251532615799

IV10-IV6204520450

16-1#335903359011.24垮落

IV4-IV757502975453011.24垮落

IV1612071207

IV1767386738

505T4#西39423942

505-14#東36503650

小計420564310283338321393662513

E1底564856480

E1N444144410

EE177013042130420

盤E2120026136261360

區(qū)E357220812208120

E3柱76937693

E476025952259520

E4底714771470

E5-E675818033180330

E586016447164470

E5底778877880強制崩落

E6615126341053820960

E6-E7300598859880

E7480114311430

A16663166630

B190191503439850

8800

C5170393312370

A-B914291420

34#E9219210

D6795879580

小計23177713809170887151067693

18#453084530800

22#22382223820

26#321553215500

盤

30#34499344990

區(qū)

32#3820382000

柱

364288532725580

405D1549094909

14#191052813820

小計147868139019394004909

總計240051220276002182565807596581

(4)92號礦體空區(qū)狀況分析

92號礦體目前進入較大規(guī)模的開采時期，七個生產(chǎn)盤區(qū)中，采

出礦量210多萬噸，形成采空區(qū)體積70多萬m)個別礦柱和頂板發(fā)

生垮塌。2003年3月27日下午，R41-R43采場段發(fā)生了一次面積較

大的礦柱垮塌和頂板自然冒落。該區(qū)域去年自7月份R41-R42柱，

R42-R43柱發(fā)生過礦柱垮塌以來，因?qū)訝盍严栋l(fā)育和陡直的斷裂面切

割，顯得非常危險。今年三月中旬以來，該區(qū)發(fā)生很大的巖體聲發(fā)射

響聲。根據(jù)監(jiān)測情形，3月18日上午停止了該區(qū)域的作業(yè)。由于采

取了一系列措施，沒有造成事故危害。根據(jù)R采區(qū)頂板垮落分析，礦

柱垮落主要原因為：巖體穩(wěn)固性差、巖性脆，節(jié)理裂隙很發(fā)育，地質(zhì)

構(gòu)造的原因，礦柱和頂板圍巖受斷裂及節(jié)理切割，加之大孔徑爆破導(dǎo)

致礦柱側(cè)幫片塌，使礦體巖體破碎屈服，垮塌的可能性大大增加；頂

板垮落原因；隨著采空區(qū)增大，頂板產(chǎn)生拉應(yīng)力破壞，R42-R43柱垮

塌后，重疊區(qū)夾層塌落，并引起上方充填體垮落到空區(qū)。

表4-392#礦體終止采出礦采場空區(qū)及充填現(xiàn)狀表（至2003年底）

采場空區(qū)空區(qū)量空區(qū)治理（ID3）剩余

盤區(qū)號3備注

編號面積in，m充填密閉冒落空區(qū)n?

20680*1833685033685

2盤區(qū)

21380*1850959050959

小計8464400084644

41180*183263219436131960

41280*2546628046628

4盤區(qū)

41480*254017714177260000

41647*2521035021035

小計1404723361339196067663

50270*182761827618

5盤區(qū)

50370*256024160241

小計8785900087859

60980*152252710077124500

6盤區(qū)

61080*20320489965220830

小計54575200423453300

4057*15155061161438920冒落充滿

40-41

60*10698469840冒落充滿

柱

R盤區(qū)

4177*15255011782376780冒落充滿

42100*1530372303720冒落充滿

43100*1552856528560冒落充滿

小計1312192943701017820

合計4987698309273729101782240166

說明：R盤區(qū)的41-42柱、42-43柱未采，由于間柱預(yù)留尺寸偏小，空區(qū)暴露面集中,

于2003年3月27日發(fā)生頂板大面積冒落。

4.3地壓活動分析

為滿足生產(chǎn)指標要求，開采范疇從598m?355m有10個中段，作

業(yè)面多，難于進行系統(tǒng)的安全治理。其中，細脈帶礦體開采在一定程

度上受火區(qū)影響；91號礦體回采沒完全終止，與92號礦體大范疇開

采相互制約。

I)細脈帶礦體開采留下的空區(qū)目前沒有完全充填和治理，在

12#-1線?10*-1線鄰近部分在97.12.8垮塌高度至隔火礦柱640m左

右。隨著空區(qū)的擴大和聯(lián)通，細脈頂板難以控制，有可能在一定范疇

內(nèi)垮通隔火礦柱，影響至地表；

II)91號礦體開采留下部分空區(qū)，目前91號礦體16#?22#線之

間因空區(qū)聯(lián)通，存在地壓傾向；

III)92號礦體已形成的70多萬淀的采空區(qū)，雖然已用廢石進行

了部分回填，但92號礦體各盤區(qū)推進速度較快，將近一半的采場進

行了部分開挖，下一步的安全回采和地壓治理難度很大。

IV)地壓活動有階段性顯現(xiàn)和發(fā)展趨勢

隨著三大礦體開采范疇的增大，應(yīng)力轉(zhuǎn)移和重新調(diào)整，空區(qū)邊部

都有不同程度的地壓現(xiàn)象出現(xiàn)；由