地下開采冒頂片幫安全風(fēng)險(xiǎn)控制技術(shù)

楊 堅(jiān) 張 琴

(1.中化集團(tuán)化肥有限公司;2.中國(guó)中化股份有限公司)

礦山、危化、建筑并稱為三大高危行業(yè)，這三個(gè)領(lǐng)域都在當(dāng)今和今后很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱性產(chǎn)業(yè)。隨著國(guó)家安全管理力度的加大以及“以人為本”安全理念的強(qiáng)化，安全形勢(shì)逐步好轉(zhuǎn)，但事故總量仍然偏大，形勢(shì)依然嚴(yán)峻。礦山、化工及建筑3大行業(yè)中，礦山事故占比約60%(其中煤礦40%，非煤礦山20%)，?；鹿屎徒ㄖ鹿矢髡急燃s20%。而礦山事故中，采礦作業(yè)的冒頂片幫事故約占40%以上，對(duì)于非煤礦山其占比更大。因此，研究冒頂片幫原因及應(yīng)對(duì)措施，是采礦業(yè)的重要工作。

1 事故致因理論

現(xiàn)有事故致因理論大體分為三類［1］:事故因果連鎖理論、人失誤事故模型、能量轉(zhuǎn)移論。吉布森、哈登等人提出能量意外釋放理論［2］，指的是異?；虿黄谕哪芰哭D(zhuǎn)移到人體，造成安全事故。由于該理論能夠更好的解釋事故發(fā)生的物理本質(zhì)，被廣泛的用于分析和控制任何類型系統(tǒng)中能量的儲(chǔ)存和流動(dòng)。根據(jù)該理論，防止事故的根本舉措就是要防止能量的意外釋放，從而杜絕人體接觸過(guò)量能量。常用的防止能量意外釋放的措施主要有以下幾種［3］:替代安全能源、限制能量、防止能量積蓄、緩慢釋放能量、設(shè)置隔離或屏蔽措施。

冒頂片幫是指礦井、隧道、涵洞開挖、襯砌過(guò)程中因開挖或支護(hù)不當(dāng)，頂部或側(cè)壁大面積垮塌造成傷害的事故。一般可分為大冒頂、局部冒頂、松石冒落三種，多發(fā)生于頂板比較破碎、巖層層理、節(jié)理、斷層比較發(fā)育易離層、礦井、超深礦井、爆破通風(fēng)后排除工作不當(dāng)?shù)墓ぷ髅妗８鶕?jù)能量意外釋放理論，冒頂片幫是在生產(chǎn)活動(dòng)中一種不期望和異常的能量釋放，其巖石的勢(shì)能作用于人體而造成傷害。實(shí)際采礦作業(yè)活動(dòng)中，多采用“敲幫問(wèn)頂”方式，人為疏導(dǎo)勢(shì)能釋放和噴錨支護(hù)等屏蔽措施。

2 某磷礦事故統(tǒng)計(jì)分析

2.1 企業(yè)概況

某磷礦為2012年從民營(yíng)企業(yè)并購(gòu)的地下礦山，地處云南昆明，共有5個(gè)井口，產(chǎn)能60萬(wàn)t/a(其中有1井口因安全隱患過(guò)大，于2014年關(guān)閉)，所有井口均采用平硐+溜井方式、房柱空?qǐng)龇ㄩ_采，礦脈平均厚度4.5 m，礦石平均品位28%。2011年完成礦山二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)化認(rèn)證，2013年完成緊急避險(xiǎn)六大系統(tǒng)建設(shè)。

2.2 事故統(tǒng)計(jì)分析

根據(jù)該磷礦有記錄的事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2008年至今共發(fā)生32起安全事故，共有4人死亡、13人重傷、13人輕傷。

(1)從事故起數(shù)來(lái)看，2008—2011年為民營(yíng)企業(yè)經(jīng)營(yíng)時(shí)期，傷害事故數(shù)量每年大致相同，2012—2014年，事故年發(fā)生起數(shù)總體下降，由于央企HSE管理體系的引入和管理力度的加大，該期間未發(fā)生死亡事故。

(2)從事故類別來(lái)看，歷年事故:冒頂片幫22起、機(jī)械傷害3起、窒息1起、墜落1起、車輛傷害1起、其他傷害4起。其中冒頂片幫事故占事故總起數(shù)近70%，且歷年冒頂片幫事故數(shù)據(jù)基本趨平，可見之前的冒頂片幫管控措施并未取得成效。

(3)從冒頂片幫事故致因來(lái)看，主要由于生產(chǎn)組織管理方面的原因占21.6%，由于物質(zhì)技術(shù)方面(本質(zhì)安全)的原因占60%，由于人不安全行為因素引起的事故占18.4%。

2.3 冒頂片幫事故常見原因總結(jié)

施工作業(yè)中，人的不安全行為、物的不安全狀態(tài)和環(huán)境的不安全因素總是客觀存在的，這些不安全因素在生產(chǎn)活動(dòng)中就形成了風(fēng)險(xiǎn)［4］，如果管理不到位，風(fēng)險(xiǎn)就發(fā)展成為事故。對(duì)于采礦作業(yè)來(lái)說(shuō)，致使冒頂片幫發(fā)生的主要因素包括疏忽大意、地質(zhì)條件差、安全管理不善、浮石處理不當(dāng)、缺乏有效支護(hù)以及頂板管理不善、檢查不到位等［5］。總結(jié)歷史事故經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)如下。

(1)人的不安全行為主要包括:①人員施工作業(yè)過(guò)程中安全防護(hù)用品尤其安全帽、防砸鞋的穿佩戴不符合要求，造成小塊浮石冒落擊中造成傷害;②人員站位不妥當(dāng)，離鑿巖或作業(yè)地點(diǎn)位置過(guò)近，或人員進(jìn)行敲幫問(wèn)頂時(shí)，選擇撬桿過(guò)短，或預(yù)判浮石掉落位置不當(dāng)，應(yīng)急通道不暢無(wú)法及時(shí)躲避;③思想麻痹大意，安全檢查處理不仔細(xì);④頂幫安全處理過(guò)程未遵守自上而下、由外向里的處理程序。

(2)物的不安全狀態(tài)主要包括:①采礦方法選擇不合理，采場(chǎng)布置與地質(zhì)條件不適應(yīng)，造成空頂作業(yè)較大的潛在風(fēng)險(xiǎn);②礦塊設(shè)置過(guò)長(zhǎng)，造成退采(回采)周期較長(zhǎng)，頂板來(lái)壓造成冒頂片幫可能性增大;③采場(chǎng)無(wú)法進(jìn)行支護(hù)，人員長(zhǎng)期暴露作業(yè)，固有安全風(fēng)險(xiǎn)較大。

(3)不良環(huán)境包括:①井下陰暗潮濕，照明不良造成視線受影響，難以較好觀察頂板浮石和來(lái)壓情況;②巖體破碎，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，斷層、裂隙發(fā)育，巖層間膠結(jié)性差等;③地壓活動(dòng)明顯，尤其深井采礦作業(yè)，來(lái)壓突發(fā)性顯現(xiàn)。

(4)管理不到位，風(fēng)險(xiǎn)管控不足，造成事故發(fā)生，包括以下方面:①施工組織不合理，頂板暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng);②未采取有效頂板支護(hù)等安全措施進(jìn)行空頂作業(yè);③切割口或分岔巷道是巷道形成后巖體應(yīng)力重新分布的主要應(yīng)力點(diǎn)，如未及時(shí)進(jìn)行支護(hù)，容易造成冒頂片幫;④教育培訓(xùn)不到位，致使人員安全意識(shí)和操作水平不高;⑤現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督檢查不到位，未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并糾正存在的隱患和問(wèn)題。

2.4 風(fēng)險(xiǎn)管控

一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于生產(chǎn)組織管理及員工冒險(xiǎn)作業(yè)，可以通過(guò)管理手段來(lái)提高強(qiáng)化，而對(duì)于本質(zhì)安全方面的因素，則需要統(tǒng)籌考慮、強(qiáng)化安全投入及本質(zhì)安全改造來(lái)提升。根據(jù)近年的事故統(tǒng)計(jì)分析，冒頂片幫占事故總起數(shù)的絕大多數(shù)，而由于本質(zhì)安全方面原因造成的事故占了60%。要提升礦山安全水平，必須從根本上解決本質(zhì)安全的提升問(wèn)題。磷礦礦床類型包括沉積型磷塊巖礦床、變質(zhì)型磷灰?guī)r礦床和巖漿型磷灰石礦床［6］，該磷礦處于喀斯特地貌地域，礦體為沉積型礦床，頂?shù)装寰鶠榘自茙r，具有典型的沉積結(jié)構(gòu)構(gòu)造，即節(jié)理、裂隙發(fā)育，且由于3條大的構(gòu)造帶影響，使得巖層破碎，冒頂片幫風(fēng)險(xiǎn)極大;此外，礦井為并購(gòu)礦井，原有開拓系統(tǒng)已形成，由于井口口徑限制，其通風(fēng)、運(yùn)輸均受制約，大型機(jī)械無(wú)法進(jìn)入。

由此可見，本質(zhì)安全提升面臨巨大的挑戰(zhàn)。

3 冒頂片幫安全風(fēng)險(xiǎn)管控措施

對(duì)于事故預(yù)防，海恩里希曾提出教育、人員管理、考核懲戒和工程技術(shù)改進(jìn)4種對(duì)策，后來(lái)被歸納為“三E”原則，即教育(Education)、管理(Enforcement)、工程技術(shù)(Engineering)［7］。該磷礦結(jié)合企業(yè)實(shí)際情況，在冒頂片幫安全風(fēng)險(xiǎn)管控過(guò)程中，對(duì)“三E”對(duì)策尤其工程技術(shù)對(duì)策進(jìn)行了探索。

3.1 管理措施

對(duì)于面臨本質(zhì)安全提升巨大挑戰(zhàn)的磷礦企業(yè)來(lái)說(shuō)，管理措施是重要的環(huán)節(jié)。礦山自2014年下半年開始，相繼實(shí)施了諸多舉措。

(1)全面落地“有感領(lǐng)導(dǎo)、直線責(zé)任、屬地管理”。將屬地責(zé)任進(jìn)行了再次細(xì)化明確，強(qiáng)化職能部室的安全監(jiān)督管理職能，各井口、采區(qū)具體負(fù)責(zé)安全工作的落實(shí)，形成和固化了“管生產(chǎn)必須管安全”的文化氛圍。

(2)引入了第三方安全專業(yè)服務(wù)機(jī)構(gòu)深圳賽為公司，建立了礦山風(fēng)險(xiǎn)管控APP系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了手機(jī)終端安全檢查、隱患提交、相關(guān)直線責(zé)任人簽轉(zhuǎn)、屬地責(zé)任人落實(shí)整改的工作流程。通過(guò)軟件控制系統(tǒng)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)排查、控制情況的統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)全員風(fēng)險(xiǎn)管控的參與情況進(jìn)行考核和積分獎(jiǎng)勵(lì)，同時(shí)給予相應(yīng)的流量費(fèi)用補(bǔ)貼，以提高員工的積極性和參與度。

(3)實(shí)施“安全分享”機(jī)制。礦山召開各類會(huì)議和各井口的班前會(huì)，首先進(jìn)行安全一刻和經(jīng)驗(yàn)分享，側(cè)重員工的參與，尤其作業(yè)面工作人員對(duì)冒頂片幫的實(shí)際經(jīng)歷和教訓(xùn)，提高員工安全意識(shí)。

(4)梳理完善礦山各工藝、工序、工種安全作業(yè)規(guī)程，特別結(jié)合已發(fā)生的事故和未遂事件暴露出的不足進(jìn)行修訂補(bǔ)充，如明確作業(yè)面作業(yè)的最多人數(shù)不超過(guò)2人，每個(gè)作業(yè)面必須配備 2，2.5，3，3.5 m的撬毛桿，以處理不同情形下的懸石、浮石，量化旁站監(jiān)護(hù)人員站位要求和距離等，使各項(xiàng)規(guī)程簡(jiǎn)單易懂、操作性強(qiáng)。

(5)建立井下作業(yè)面“安全生產(chǎn)督查牌”，對(duì)工作面地質(zhì)、設(shè)計(jì)、頂板級(jí)別及安全措施進(jìn)行公示，接受監(jiān)督檢查，確保實(shí)際施工與設(shè)計(jì)符合，安全措施落實(shí)到位。

(6)合理組織生產(chǎn)，對(duì)于一、二級(jí)頂板，全面采取臨時(shí)支護(hù)措施，尤其對(duì)于炭質(zhì)泥巖的頂板，采取能采多少采多少的方式進(jìn)行回采，降低回采率提高安全性;對(duì)于三、四級(jí)頂板，采取“搶采”措施，縮短回采周期。

3.2 教育措施

(1)礦山實(shí)施“事故安全警示日”，整理礦山建礦以來(lái)的所有事故和未遂事件，以及國(guó)內(nèi)地下非金屬礦山典型事故案例，編制事故案例匯編，制作宣傳手冊(cè)，在當(dāng)天歷史發(fā)生過(guò)事故的設(shè)為警示日，全員進(jìn)行手冊(cè)發(fā)放、培訓(xùn)，考慮到礦山員工文化水平，尤其注重圖片形式予以體現(xiàn)，提高教訓(xùn)汲取效果。

(2)設(shè)置事故現(xiàn)場(chǎng)警示牌，即在發(fā)生過(guò)事故的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置醒目的警示牌，井下警示牌貼有反光標(biāo)簽，標(biāo)明事故簡(jiǎn)要內(nèi)容及教訓(xùn)，提醒員工安全警惕性。

(3)對(duì)不斷完善修訂的崗位安全操作規(guī)程進(jìn)行培訓(xùn)，對(duì)冒頂片幫常見原因進(jìn)行分析講解，重點(diǎn)突出噴錨支護(hù)、撬毛、爆堆上作業(yè)的安全要求。

(4)嚴(yán)格落實(shí)“師帶徒”工作要求，對(duì)于新工人或轉(zhuǎn)崗到采礦作業(yè)面的員工，在完成必要的培訓(xùn)外，指定經(jīng)驗(yàn)豐富的老工人為指導(dǎo)老師，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)“敲幫問(wèn)頂”指導(dǎo)，學(xué)會(huì)聽聲、辨形等現(xiàn)場(chǎng)觀察和處理技能。

3.3 工程技術(shù)措施

通過(guò)多年的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)和事故統(tǒng)計(jì)分析，認(rèn)識(shí)到只要生產(chǎn)，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全化，就有發(fā)生事故及傷害的可能。根據(jù)現(xiàn)有生產(chǎn)開拓系統(tǒng)，礦山從本質(zhì)安全方面進(jìn)行了如下探索:

(1)改變?cè)醒氐V脈底板布置采準(zhǔn)和切割并進(jìn)行挑頂落礦退采的方法，探索沿頂板布置，不穩(wěn)定及結(jié)構(gòu)發(fā)育的頂板錨網(wǎng)支護(hù)再起底退采方式，經(jīng)過(guò)試點(diǎn)實(shí)證，礦體厚度大于5 m的采場(chǎng)適用性較強(qiáng)，但成本和生產(chǎn)效率受到挑戰(zhàn)，最終決定于二級(jí)頂板和部分三級(jí)頂板進(jìn)行推行。

(2)減小設(shè)計(jì)采區(qū)礦塊寬度，縮短回采周期。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的地壓觀測(cè)和采空區(qū)冒落時(shí)間，礦山總結(jié)了頂板冒落或應(yīng)力集中來(lái)壓一般在采空區(qū)形成的時(shí)間約15 d，經(jīng)統(tǒng)籌安排，調(diào)整礦房設(shè)計(jì)寬度為30 m左右，保證在10 d內(nèi)完成回采，減小冒頂片幫事故的風(fēng)險(xiǎn)。

(3)探索當(dāng)前條件下適用的先進(jìn)機(jī)械設(shè)備。由于原有開拓巷道大小限制，礦用鏟運(yùn)機(jī)及頂板處理等機(jī)械設(shè)備無(wú)法進(jìn)入采掘工作面。為此，礦山對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行了調(diào)研，采購(gòu)了全方位鑿巖機(jī)和自動(dòng)耙礦機(jī)，雖然由于井下潮濕和粉塵較大，造成自動(dòng)耙礦機(jī)的維修率較高，但實(shí)現(xiàn)了無(wú)人進(jìn)入采場(chǎng)出礦作業(yè)，減少了人員在空頂下作業(yè)頻次和時(shí)間，降低了冒頂片幫傷人的風(fēng)險(xiǎn)性;此外，購(gòu)入頂板窺視儀，實(shí)現(xiàn)對(duì)井下各巖層厚度、走向、地質(zhì)構(gòu)造等情況的預(yù)先性探知，能有效指導(dǎo)礦山地質(zhì)填圖和采礦設(shè)計(jì)，提升礦山采礦作業(yè)安全。

(4)實(shí)施光面爆破試驗(yàn)。確定礦山不同巖性條件下掏眼孔、輔助孔和邊孔的參數(shù)設(shè)計(jì)，孔深及爆破物品使用量，不同雷管段數(shù)對(duì)光面爆破的影響及實(shí)施光面爆破后的成本增加情況，改變?cè)斜乒に?，改善掘進(jìn)、切割巷道的設(shè)計(jì)標(biāo)尺符合率及頂板拱形圓滑度，提高頂板應(yīng)力變化的支撐安全性，減少懸、浮石，降低片幫可能性。

(5)開展單體液壓支柱試驗(yàn)。對(duì)于非煤地下礦山，尤其經(jīng)濟(jì)價(jià)值低的磷礦來(lái)說(shuō)，液壓支柱的使用極少，礦山根據(jù)部分薄礦層頂板條件不好的實(shí)際情況，試用單體液壓支柱，并進(jìn)行改進(jìn)為鉸接樑式液壓支柱。由于工作面爆破時(shí)飛石和沖擊波都對(duì)支柱系統(tǒng)造成影響，需要在工作面(或掌子面)留有泄爆口及防飛石擊壞支柱措施;此外，每次爆破后和進(jìn)入工作面之前，都要對(duì)支柱系統(tǒng)進(jìn)行全面檢查，確保安全可靠;退采時(shí)由里向外逐步泄壓，撤出液壓支柱。

4 結(jié)論

從事故致因的能量意外釋放理論切入冒頂片幫的致害機(jī)理，通過(guò)對(duì)某磷礦歷年來(lái)的事故統(tǒng)計(jì)分析，獲知冒頂片幫事故占事故總起數(shù)近70%，其中主要由于生產(chǎn)組織管理方面的原因占21.6%，物質(zhì)技術(shù)方面(本質(zhì)安全)原因占60%，不安全行為因素占18.4%。從人的不安全行為、物的不安全狀態(tài)、不良環(huán)境和管理4個(gè)方面總結(jié)分析了冒頂片幫事故的常見原因，提出了礦山本質(zhì)安全提升的重要性及存在的困難，結(jié)合實(shí)際情況，該礦山基于“三E”對(duì)策，分別從管理、教育、工程技術(shù)方面進(jìn)行了應(yīng)用探索，尤其在本質(zhì)安全提升方面進(jìn)行了試驗(yàn)研究和大膽嘗試，基本實(shí)現(xiàn)了冒頂片幫風(fēng)險(xiǎn)的可控。實(shí)施近1 a來(lái)，礦山未發(fā)生冒頂片幫傷人事故，風(fēng)險(xiǎn)管控效果明顯，對(duì)地下礦山冒頂片幫事故的預(yù)防和風(fēng)險(xiǎn)管控，具有一定的指導(dǎo)和借鑒意義。

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