大型露天矿高台阶排土工艺及安全管理措施

大型露天矿高台阶排土工艺及安全管理措施李文斌(江西铜业集团公司德兴铜矿,　江西德兴市　210033)摘　要:高台阶排土是大型露天矿开采的一个重要组成部分。德兴铜矿目前已进入由山坡露采向封闭深凹露采的过渡时期,2002年出矿量达3200万t,剥离量达3011万t。随着矿山生产的持续发展,采剥量将进一步增大,因此,剥离排土的问题将更加突出。结合矿山多年排土场安全管理的经验,总结了高台阶排土工艺及安全管理工作的特点。关键词:高台阶排土;排土工艺;安全管理;经济效益1　铜厂露天矿山特征德兴铜矿属江南丘陵区构造剥蚀地貌,地势东南高、西北低,沟谷、盆地与低山、丘陵相间分布,采区周边最高山峰西源岭海拔标高538.5m,采区境界封闭圈原自然山沟标高125m,地形起伏较大,区内地面切割强烈,山坡较陡,一般为20°～40°。矿区地处北温带,属海洋气候,全年温湿多雨,年降雨量1416.0～2855.2mm,雨量集中在3～7月,最高日降雨量达311.7mm,1998年降雨量达2855.2mm。年平均气温约17℃,平均蒸发量1279.3mm,历年平均相对湿度80%。矿区出露的前震旦系九岭群九都组地层为变质火山沉积岩系。地层以灰绿色、深灰色凝灰质板岩、凝灰质千枚岩为主,夹千枚岩和变质凝灰岩,局部地段可见含碳板岩和变质中性岩-中性酸熔岩。侵入岩为花岗闪长斑岩,矿山原自然地表岩层已遭受不同程度风化,风化层自上而下为残坡积层、砾石泥土层、强风化层、中风化层、微风化层,整个风化层厚为30m左右。剥离物料主要为千枚岩,其次为花岗闪长斑岩,形态为泥质、碎岩、小块、中块、大块。西源岭排土场1号剖面粒度筛分统计详见表1。由表1可知,德兴铜矿排土场所排废石的块度分布具有如下特点:(1)岩块沿排土场坡面运动自然分级明显。松散废石自排土场坡顶排弃后,由于自身重力的作用,大块岩石多集中在排土场坡底,小块岩石则大部分停留在排土场上部。即自排土场坡顶至排土场坡底,细颗粒岩石逐渐减少,粗颗粒岩石逐渐增多。(2)排土场岩石颗粒级配较好。整个排土场粗、中、细颗粒比例较好,仅排土场下部空隙较多。(3)细颗粒岩石沿排土场高度的变化趋势是自上而下逐渐减少。表1　西源排土场1号剖面粒度组成粒径(mm)粒度组成(%)1234567<29.508.004.802.602.301.401.102-59.508.005.403.202.301.801.105-108.306.606.005.003.603.101.2010-2011.7012.0010.309.105.704.603.8020-4021.6022.0023.0023.1010.709.7010.4040-8024.6025.3028.4027.0042.8043.4036.1080-20013.2016.1020.6027.4030.3032.9032.3>2001.602.001.502.602.303.1014.002　矿山采运条件德兴铜矿是大型露采矿山,四周为山坡地形,黄牛前海拔标高528.5m;源岭海拔标高538.5m;龙山海拔标高435.5m;黄坑坞海拔标高378.6m。在露采至125m

时进入封闭圈,设计最深坑底标高为-220m,整个露天采区的剥离物料由大型电动轮汽车运往西源岭排土场和祝家排土场,详见图1。德兴铜矿露天剥离总量达11.78亿t,分别排弃到杨桃坞、西源岭、祝家3个排土场。3个排土场的基本情况如下:杨桃坞排土场位于南山采区西南侧,为三面环山的沟谷地形,总容量为1.2亿t,共分260m、290m、320m三个台阶,复盖式排土堆置。排土场最大堆置高度为145m,占地面积为0.6km2,该排土场已经到位,现已停止使用。第3卷第2期Vol.3　No.2 采矿技术MiningTechnology 2003年6月Jun.　2003
西源岭排土场位于露采区东北角,四号尾矿库的上游,是北山采区剥离物料的主要排弃土场。1987年开始排土,该处形成的排土高度最大,目前排土场前沿最高标高已达420m。西源岭排土场设计分240m、300m、360m、410m四个台阶,自下而上复盖式排土,堆置总量为4亿t以上。北山采区290m平台,建有两条大断面电动轮通行隧道,大大节省北山290m标高以下废石运输成本。图1　德兴铜矿露天采场及排土场分布 祝家排土场东侧紧接杨桃坞排土场,位于祝家村上游的和山及石坞两条沟谷,是露天采区最大的排土场地。1993年开始堆积废石,采用三条隧道作为运输通道,其中1#、2#隧道为电动轮运输通道,另一条辅助道专为推土机、平地机等工程机械通行。目前,堆放废石达20000万t以上,自上而下分3个台阶复盖式堆置,台阶标高分别为210m、240m、270m,设计场地容量达7.25亿t。德兴铜矿露天采场采用16.8m3电铲,154t电动轮汽车运输,道路的修筑由410～770马力推土机、平路机配合承担,路面养护料石来自矿山自建的路料站生产的碎石。3　高台阶排土工艺3.1　排土场极限高度的确定排土场台阶高度是排土场设计最重要的参数之一,它对排土顺序的安排、排土场的稳定、废石的排放能力都有重大影响,甚至影响矿山开采的综合效益。加高排土场台阶高度将增加排土场容量,提高土地的利用率,缩短运距,提高排土效率。如果台阶高度超过了极限高度,则排土场将不稳定,可能发生滑坡。为此开展了排土场稳定性研究,研究表明,排土场堆积的极限高度主要受地基软弱岩层强度及散体岩石强度的控制。软地基排土台阶的极限高度主要受地基软岩强度、厚度、产状等影响,软弱层较厚时,沿地基软岩的破坏多呈圆弧形。软弱层较薄或为较弱结构面时,其破坏形式取决于软弱结构面的形态,多呈现平面形滑动或楔形滑坡。德兴铜矿排土场的地基主要为表土层及风化千枚岩层。试验得到:表土层C为0.02MPa,φ为19°;风化千枚岩层C为0.02MPa,φ为22.5°。由此计算得到,德兴铜

矿排土场台阶极限高度:表土地基为55m,风化千枚岩地基为124m。这说明,德兴铜矿排土场地基大部分是稳定的,仅在排土最终境界沟谷的局部部位可能发生滑坡。地基稳定时,排土场台阶极限高度主要与散体岩石、岩性有关。德兴铜矿地基稳定时,排土场极限高度计算考虑排土场可能排弃的不同岩性,计算了全部排弃软弱的表土强风化千枚岩的台阶极限高度;全部排弃坚硬千枚岩的台阶极限高度及以正常比例排弃软、硬混合散体岩石的台阶极限高度。由计算得到,全部排弃软弱的表土风化千枚岩时的台阶极限高度为42.5m,排弃一般性岩石的极限高度为124m。3.2　高台阶排土工艺高台阶排土是露天矿生产的一项重要工作。德兴铜矿是一个大型露天矿山,废石排弃量大,切实做好这项工作,对于确保排土场的安全致关重要。(1)采用分散排弃表土及强风化岩的方法,保持高台阶排土的稳定,雨季汛期控制排土物料中表土的含量不超过30%～40%,这样可避免排土堆中形成软弱界面及地下渗水阻隔层产生滑坡的危险。(2)控制排土场外推线的推进速度,给排土堆场一定的固结时间,以便增加排土堆场的抗压强度,采用多点排土或交替式排土,可以缓和这个矛盾。(3)西源排土场下部、祝家排土场下部由于受下游尾矿库或污水库水位的影响,以排弃大块岩石为主,防止水面的浸蚀。(4)为防止雨水的浸蚀和冲刷,在排土台阶上修筑排洪沟,按3%反坡向平整平台,以控制地表迳流对坡面的冲刷。(5)排土场安全平台宽度应大于40m,以增加排土场边坡的整体稳定,保证多台电动轮平行同时卸载的安全距离。(6)在排土场的主要部位设置监测点,对排土场的动态进行监测。26采矿技术 2003年6月
(7)制定严密的管理措施,科学管理。(8)对停止使用的排土场进行植被绿化。4　安全管理措施4.1　排土场的安全技术规定(1)排土眉线50m范围,场地平整、返坡保持在1.5%～2.5%。(2)排土眉线安全挡墙高1.5m、顶部宽0.5m,底部厚度2.5m(这是根据154t汽车的轮胎直径而定)。(3)排土眉线内侧20m,出现裂缝大于0.2～0.3m时,不允许汽车进入裂缝区域内卸载。(4)排土场作业区100m范围内,视线少于20m时停止作业。(5)保持排土场作业区内照明灯距排土眉线安全挡墙不超过15～25m。(6)排土场作业区内必须配备适应154t汽车突发事故及火灾应急的钢丝绳4根、卸扣4个、灭火器材不少于20个。(7)配备与154t载重汽车卸载及保证排土场各项参数相适应的作业设备。(8)配备通讯工具,保持与作业汽车和现场调度及生产现场管理人员联络畅通。4.2　排土场现场管理规定(1)进入作业区内的车辆及工程机械,必须服从排土场安全员的指挥

。(2)多台汽车同时进入排土场卸载时平行距离保持45m。排土场眉线的安全挡墙不符合规定、排土眉线内侧20m、地面出现大面积下沉、裂缝大于0.2m时,禁止汽车进入卸载。(3)若安全条件允许,汽车的后轮可靠近安全挡墙停稳卸载,严禁汽车后轮冲撞安全挡墙卸载。(4)载岩车辆进入排土场,应减速慢行,离排土眉线50m内时速应小于6km。(5)当班推土机操作工、排土场的安全管理员不得擅自离开排土场。(6)雨季、雾天、大雪天等恶劣的气候条件下,排土场安全管理员必须在现场指挥载重车辆卸载。(7)工程技术人员定期对排土场整体稳定性进行监测,坚持矿、场两级安全管理人员对排土场的巡视督查安全制度的落实,采矿场的现场管理人员每班对排土场的稳定状况进行检查,在雷雨季节增加巡检次数。排土场安全管理人员对本班的排土场安全生产负责。特别是恶劣气候条件下增加对排土眉线和排土边坡的巡视检查次数。(8)每个排土场每班必须保证有两台550马力的推土机,实现每个班都能对排土场碾压。适时用大吨位振动式压路机、平地机对排土眉线以内场地进行平整碾压,缩短移动时排土场的固结时间,确保排土场的抗压强度,保证排土场的整体稳定。(9)排土场实行面对面的交接班制度。严格执行排土场的安全责任管理考核制度。4.3　排土场安全管理的组织保证工程技术人员对排土场的主要部位定期进行动态监测,给排土场生产安全管理提供技术支持。矿、场、工段专职安全管理人员与当班现场生产管理人员,负责敦促检查排土场的安全管理制度的执行情况。确保排土场的各项安全管理制度的落实。岗位人员、排土场安全员和生产人员负责实施安全技术规程,对本班排土场的安全负责,做好排土场安全管理和生产作业记录。5　结束语德兴铜矿采用的高台阶排土方法是可行的。在原排土场上增加容量,可节约运输道开拓费及缩短运输距离,大大节约了运输费用。德兴铜矿露天采矿场,坚持贯彻执行“安全第一,预防为主”的安全生产方针,引进现代安全管理理念,强化标准化作业,加强高台阶排土场的全过程管理,实施安全作业方法,落实安全责任,坚持定期对实施效果进行评价的安全责任制度,开展露天矿高台阶排土场的安全标准化管理,形成设施、设备、工艺、作业环境与人机相匹配的安全管理结构体系。保持了在生产过程中高台阶排土场的稳定,实现了低耗、高效的安全运行目标,获得了满意的经济效益和社会效益。参考文献:[1]朱训.德兴斑岩铜[M].北京:地质出版社,1983-3.[2]北京有色冶金设计研究总院.采矿设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1986.(收稿日期:2003-03-20)36第3卷第2期　

李文斌:　大型露天矿高台阶排土工艺及安全管理措施