露天矿山安全生产

山东镁矿安全生产处李树德主要内容露天矿山边坡安全管理露天矿山运输安全管理露天矿山排土安全管理露天矿山防水安全管理一、露天矿山边坡的安全管理我国现有生产露天矿山的开采程序都比较单一，主要采用缓工作帮、全境界开采。开采时，常是把矿岩划成一定厚度的水平层，自上而下逐层延深。这样会使露天矿场的周边形成阶梯状的台阶，多个台阶组成的斜坡称之为露天矿山边坡。1、边坡的构成要素一般来说边坡结构中的基本单元是台阶。不同用途的台阶进行组合形成了边坡的结构要素。各台阶参数的组合决定了最终边坡角的大小，而最终边坡又受到岩体的地质条件和开采深度的限制。开采过程中的工作台阶、安全平台、清扫平台、运输平台、工作台阶边坡角、最终边坡角、开采深度等一般在开采前由设计来确定。当这些参数确定后，边坡的基本结构也就确定了。一般是在非运输帮边坡是由几个安全平台加上一个清扫平台组成；在运输帮边坡上由安全平台、清扫平台、运输平台组成，运输平台是根据线路而步入的。由于运输平台要求比清扫平台宽，所以在有运输线一帮的边坡角比无运输线一帮的边坡角要缓些。露天台阶的构成要素需要指出的是，在一些采石场尤其是规模较小的采石场，往往是不分台阶“一面墙式”开采，作业环境极不安全，容易发生滑坡、蹦塌和浮石滑落等事故。因此，如何控制开采高度与坡度，选取合理的边坡形式与几何形状等，对边坡的稳定性有很大影响。2、边坡的特点（1）露天矿边坡一般比较高，从几十米到几百米都有；走向长度从几百米到数公里，因而边坡暴露的岩层多，自由面大，边坡各段地质条件差异大，变化复杂。（2）露天矿最终边坡是由上而下逐步形成，上部边坡服务年限可达几十年，下部边坡服务年限较短，底部边坡在采矿时即可废止，因此上下部边坡的稳定性要求也不相同。(3)露天矿每天频繁的穿孔、爆破作业和车辆行进，使边坡岩体经常受到震动影响。(4)露天矿边坡是用爆破、机械开挖等手段形成的，坡度是人为控制的，暴露岩体一般不加维护，因此边坡岩体较破碎，并易受风化影响产生次生裂隙，破坏岩体的完整性，降低岩体强度。(5)露天矿边坡的稳定性随着开采作业的进行不断发生变化。2、影响边坡稳定的主要因素随着露天矿山的开采，破坏了边坡岩体原始应力平衡，可能出现个别失稳岩体，导致边坡产生滑坡。影响边坡稳定性的主要因素有：岩体的岩性、结构面、水文地质条件和爆破震动。此外，边坡高度、风化作用、边坡几何形状等也有一定影响。（一）岩性岩性是指组成边坡的岩石固有的基本特性，包括岩石构造、孔隙度和岩石强度等，它是决定岩体强度和边坡稳定性的重要因素。由于岩石的成因类型不同，其结构与构造也不同，因而导致岩性差异很大。滑坡大都是剪切破坏，因而岩石的抗剪强度是衡量边坡岩体稳定的必要条件，通常坚硬致密岩石的抗剪强度较高，不易发生滑坡，反之则易滑坡。一般滑坡往往发生在砂质岩、页岩、泥岩、灰岩及片理化的岩层中。（二）结构面结构面是影响边坡稳定的决定因素，岩体失稳往往是沿着结构面发生。结构面是指在地质发展的历史中，岩体内形成具有一定方向、一定规模、一定形态和一定特性的面、缝、层、带状的地质界面。结构面对边坡稳定的影响表现在：一是岩体内的结构面都是弱面，比较破碎，较易风化，其抗剪强度较低；二是孔隙、裂隙、节理等结构面发育的岩体，为地表水的渗入和地下水的活动提供了良好通道，使岩石抗剪强度进一步降低。滑坡一般就是沿结构面发生的。（三）水文地质条件地表水的渗入和地下水的活动是导致滑坡的重要因素之一。露天矿的滑坡多发生在雨季或解冻期，一般地下水压可以降低边坡稳定性20％～30％。在保持安全系数不变的情况下，降低岩石裂隙水压，可使边坡角加陡5°～7°。当地下水赋存于岩石裂隙中时，一是水对裂隙两壁产生静水压力，能增大滑动力或减小摩擦力，从而对边坡稳定不利。二是流动水的潜蚀作用，使断层破碎带中岩石颗粒或可溶性物质被地下水带走，使岩体内聚力和摩擦力减小而失去平衡，进而产生滑坡。（四）爆破震动爆破能使露天矿边坡长期经受反复的震动而遭受破坏。当爆破地震波通过岩体时，给岩体的潜在破坏面以附加的动力，可使原结构面的规模增大，条件恶化，并可产生次生结构面（爆破裂隙），而促使边坡破坏。（五）其他影响因素在一定的地质条件下，露天矿边坡是否有足够的稳定性，主要取决于边坡高度和边坡角的大小。岩体中的自重应力是随着深度的增加而递增的，欲保持边坡稳定，就必须随着边坡高度的增加而减缓最终边坡角。边坡在平面上的几何形态对边坡岩体的应力状况，直接影响边坡的稳定性，圆形或近似于圆形的露天采场边坡要比其他形状的边坡稳定情况要好。3、边坡破坏机理作用于矿山边坡岩体上的力以自重力为主，其次为构造力、渗透力和爆破振动力等。边坡开挖以前，岩体内部应力场处于相对平衡状态，随着露天矿采场的开挖和延伸，岩体在采场一侧出现临空面，失去侧向支撑力，引起岩体内部应力状态不断调整变化。露天采场开挖的结果，总是使边坡岩体向临空面方向发生变形和破坏。边坡岩体的变形和破坏受各种因素的制约和影向（1）岩体结构控制着应力分布状态和破坏模式，应力状态则通过岩体结构力学效应表现出来。（2）岩体结构控制着边坡岩体的变形过程。（3）地下水的作用。（4）爆破震动和不适当的开挖。露天矿山边坡是由采掘开挖形成的人工边坡，其特点是边坡形成和存在时间都较短，坡角和坡高都较大，且常有爆破震动，故对边坡岩体扰动产生了活性，从而引起岩体变形破坏的反应敏感。4、边坡岩体的破坏类型露天矿开采会破坏岩体的稳定状态，使边坡岩体发生变形破坏。边坡岩体的破坏类型按破坏机理可分为四类：平面破坏。边坡沿某一主要结构面与边坡面相交而发生的滑动，其滑线为直线。楔形破坏。在边坡岩体中有两组或两组以上结构面与边坡相交，将岩体相互交切成楔形体而发生破坏。圆弧形破坏。边坡岩体在破坏时其滑动面呈圆弧状下滑破坏。倾倒破坏。当岩体中结构面很陡时，每个单层弱面在重力形成的力矩作用下向自由空间变形。露天边坡破坏机理坍塌：由于边坡过高、过陡、过长，边坡角岩体受压破坏或因人工开采破坏，甚至形成伞岩，边坡原有的应力平衡被打破，在次生应力的作用下，使其折断或压碎，突然脱离基岩而造成坍塌。边坡角破坏范围越大，坍塌面积越大，其危害性越大。事故案例：江西省某露天采石场生产石灰石，由于岩体节理发育，破裂结构面较多，该采石场采用了“一面墙式”开采方式，其段高为35米，因该矿上方离矿界3米处有一根6KV高压线杆，在电力部门的干涉下，上面被迫停止开采，但坡面下方继续开采，导致边坡逐渐变高变陡，并出现内倾。2007年5月31日下午该矿有25名工人在坡底部作业，16时15分边坡上方约1500立方米的岩石坍塌滑落，造成15人死亡，3人重伤的重大事故。滑坡：边坡上的岩体沿着某一结构面向下滑移。该结构面经常是由地质结构、软岩夹层和遇水膨胀的软岩面形成的弱面，当结构面的倾向、走向与边坡角一致，结构面倾角小于边坡倾角，有自由面和其他结构面时，就会发生滑坡。事故案例：宜兴市某建材总厂采石矿雨后发现该矿有部分边坡上方有下沉现象，决定采取削坡减载方式处理。2001年9月29日在降坡排险作业时，9时30分作业面主体边坡突然发生滑坡，滑坡体积达5万立方米，正在坡顶上方打炮眼的作业人员躲避不及，造成4人当场死亡，3人失踪，2人重伤的较大安全事故。在随后的抢险搜寻过程中，边坡又连续8次滑坡，滑坡总体积达到8万立方米，经过14天的抢险搜寻，3名失踪者遗体才全部找到。事故主要原因：对事故隐患处理重视不够，未制定边坡处理施工方案，安全措施不落实所致。6、边坡岩体的滑动速度和破坏规模分析边坡岩体破坏时的滑动速度大小，对预防矿山事故是非常重要的。按照边坡岩体的滑动速度，边坡岩体的滑动破坏可分为4种类型：从变形一破坏速度看，有突发性的，即在几小时或二、三月内即完成边坡破坏过程；有渐变性的，即从变形到破坏是一个渐进过程，时间可延续几年，这取决于边坡岩体结构和其他诸因素的作用。蠕动滑动：边坡岩体平均滑动速度小于10-5m/s。慢速滑动：滑动速度在10-5m/s和10-2m/s之间。快速滑动：滑动速度在0.01m/s和1.0m/s之间。高速滑动：滑动速度大于1.0m/s。露天矿边坡岩体破坏时所发生的后果不但取决于破坏的类型、破坏的速度，还取决于破坏的规模即下滑岩体体积的大小和滑动岩体的范围。边坡岩体的破坏规模可分为四种类型：小型滑落。滑落的岩体体积在1万立方米以下。中型滑落。滑落的岩体体积一般在1～10万立方米以下。大型滑落。滑落的岩体体积一般在10～100万立方米以下。巨型滑落。滑落的岩体体积一般在100万立方米以下。边坡破坏形式，破坏岩体的滑动速度，破坏规模三个要素在每次边坡破坏过程中都能反映出来。三个要素的综合作用决定了一次边坡破坏过程可能造成的危害。如果在事故发生前能较正确的预测这三个要素，就能提前采取有效的措施，控制边坡破坏的发生或使边坡破坏时所造成的危害减少到最低限度。7、边坡安全管理确保露天矿边坡安全是一项综合性工作，包括确定合理的边坡参数，选择适当的开采技术，制定严格的边坡安全管理制度。（1）确定合理的台阶高度和平台宽度确定合理台阶高度要考虑矿岩的埋藏条件和力学性质、穿爆作业的要求、采掘工作的要求。《金属非金属露天矿山安全规程》对台阶高度的规定见表一。表1阶段高度的确定矿岩性质采掘方式阶段高度松软的表土机械铲装不爆破不大于机械的最大高度坚固稳定的矿岩爆破不大于机械最大高度的1.2倍砂状的矿岩人工开采不大于1.8m松软的矿岩不大于3m坚固稳定的矿岩不大于6m挖掘机或前装机铲装时，爆堆高度应不大于机械最大挖掘高度的1.5倍分层高度的确定露天开采应优先采用台阶式开采，并确保各阶段设计参数的实现；不能采用台阶式开采的应当自上而下分层顺序开采。《小型露天采石场安全管理与监督检查规定》（第39号令）规定：分层开采的分层高度、最大开采高度和最终边坡角由设计确定，实施浅孔爆破作业时，分层数不得超过6个，最大开采高度不得超过30米（严格限制）；实施中深孔爆破作业时，分层高度不得超过20米，分层数不得超过3个，最大开采高度不得超过60米。平台宽度的确定平台宽度不但影响边坡角的大小，也影响边坡的稳定性。工作平台宽度取决于所采用的采掘运输设备的要求和爆堆的宽度。机械化开采时最小工作平台宽度由设计确定，但应不小于30米；分台阶工作平台宽度应大于分台阶高度。分层开采最小凿岩平台宽度不得小于4米。安全平台和清扫平台宽度，由设计确定。（2）正确选择台阶坡面角和最终坡面角台阶坡面角的大小与矿岩性质、穿爆方式、推进方向、矿岩层理方向和节理发育情况等因素有关。《金属非金属露天矿山安全规程》规定如下：表2工作台阶坡面角的确定矿岩性质工作阶段坡面角松散的矿岩不大于自然安息角较稳固的矿岩不大于50°坚硬稳固的矿岩不大于80°最终边坡角与岩石的性质、地质构造、水文地质条件、开采深度、边坡存在期限等因素有关。由于这些因素十分复杂，因此通常参照类似矿山的实际数据来选择矿上最终边坡角，但应满足安全生产的要求，宜小于60°或由设计确定。（3）选用合理的开采顺序和推进方向在生产过程中要坚持从上到下的开采顺序，坚持打下向孔或倾斜炮孔，杜绝在作业台阶底部进行掏底开采，避免边坡形成伞檐状和空洞。一般情况下应选择从上盘向下盘的采矿推进方向，做到有计划、有条理的开采。（4）合理进行爆破作业，减少爆破震动对边坡的影响在采场内应采用松动爆破，一是防止飞石伤人；二是减轻由于爆破作业产生的地震，使岩体的节理张开。因此，在接近边坡地段不宜采用大规模的齐发爆破，可以采用微差爆破、预裂爆破、光面爆破等控制爆破技术，并严格控制用药量。事故案例：四川省宝兴县宇通石材有限公司，是一个年生产规模1000立方米的小型露天矿山，开采种类为饰面大理石。2004年10月18日该矿安排28人在锅圈岩小沟作业面作业，设4个作业点，用凿岩机打眼切割石材。11时40许作业面北面边坡突然发生岩体垮塌，垮塌物沿斜面向下推移产生大量滚石和岩渣，呈扇形散布堆积，堆积量约5000立方米。造成9人当场死亡，5人失踪，9人受伤的特大责任事故。事故直接原因：事