浅析露天矿山深部凹陷开采的安全控制技术

浅析露天矿山深部凹陷开采的安全控制
技术
摘要：随着工业化、信息化、智能化的发展，各行业对于矿产资源的需求量
越来越大，致使矿产资源的开采量不断增加，很多矿山企业的产能不断增加，由
于国内的大多数矿山企业已经有较长的服务年限，浅层矿产资源已经开采殆尽，
大多数为深部矿产资源，在大产能和深部开采的共同作用下，露天矿山深部凹陷
开采面临着较大的安全压力，本篇文章也聚焦于此，主要讨论了露天矿山深部凹
陷开采的主要安全问题，分析了相应的控制措施和解决对策，希望通过本篇文章
的探讨和分析可以为相关单位提供更多的参考与帮助。

关键词：露天矿山；深部凹陷开采；安全控制；控制措施
前言
随着工业化、信息化、智能化的发展，以及受国际形势的影响，各行业对于
矿产资源的需求量越来越大，大多数矿山企业均会抓住市场利好，不断增加产能，由于国内的大多数矿山企业已经有较长的服务年限，浅层矿产资源已经开采殆尽，大多数为深部矿产资源，在大产能和深部开采的共同作用下，露天矿山深部凹陷
开采面临着较大的安全压力，在生产组织过程中若不加予安全技术管控，将会给
矿山带来毁灭性打击。

晋宁磷矿始建于1981年5月，主要使用卡特彼勒、小松、沃尔沃等公司先
进采掘设备，生产中采用“逐孔爆破”工艺，经两次扩建改造，其生产能力从年
产原矿30万吨提高到250万吨。

目前主要集中在6#坑东采区、9#坑、10#坑开采，经过30多年的开采，现晋宁磷矿已呈凹陷露天开采，其中6#坑东采区已呈
深部凹陷露天开采。

由于晋宁磷矿地质条件相对较为复杂，随着矿山不断往深部
凹陷开采，开采难度越来越大，安全压力也逐步增加。

本文将结合晋宁磷矿实际
进行分析探究：
1 采场现状分析
1.1 采场概况
晋宁磷矿矿区属大型浅海相沉积层状磷块岩矿床，地层走向基本呈南北向纵
贯全区，由于构造作用，使地（矿）层走向受到干扰改向，如F1-9逆断层，局
部地段甚至呈东西向。

总体而言，东矿层在测区范围经开采揭露矿体（层）形态
呈宽窄不均的条带状，南北方向延伸，局部地段受构造干扰，矿层倾角变化频率
甚大，1-80゜不等，甚至出现地（矿）层倒转现象。

矿体呈向东缓倾斜矿层，埋
藏浅，绝大部分适于露天开采，露采边坡为层状半坚硬的岩石，较为稳定。

在断
层构造带及两侧，岩石和矿石较为疏松、破碎，开采时应予注意。

目前，在晋宁磷矿所开采的采坑中，6#坑东采区所开采的范围均已开采至2200m水平以下，为深部凹陷露天开采，受断层构造和地下水影响较大。

1.2 安全影响因素
结合近几年在6#坑东采区开采过程中所总结的经验，影响安全生产的因素主
要有：一是矿区受纵向大逆断层F1-1、F1-9、F2-9和横向多个小平移断层的交
错切割的影响（如图1.1所示），在断层构造带分布附近，岩石和矿石较为疏松、破碎，底板边坡整体稳定性较差，117～119 线2230～2270 m水平范围底板边坡
和122-126 线2250～2370 m水平范围底板边坡曾出现过整体下滑；二是受积水
的影响，随着采场不断往深部推移，地表径流集中汇集至低凹处，同时，采场开
采至潜水层以下后，会出现大量地下涌水，致使采坑大面积积水；三是随着往深
部开采，作业面逐渐趋于狭窄，交替空间受限，作业推进速度慢，底板边坡暴露
时间长，影响边坡稳定性；四是因为6#坑东采区是整体由山坡露天逐步转为凹陷
露天开采，上部边坡暴露时间较长，稳定性较差；五是晋宁磷矿6#坑实施分段开
采分段内排的工艺，整体由南往北推进，在南部受到内排土场不稳定因素的影响。

图1.1 矿区断层构造分布示意图
2 总体思路
为了解决晋宁磷矿在深部凹陷开采中存在的问题，结合在生产组织过程中不
断的总结经验，经过理论和实践论证，总体思路为：一是结合晋宁磷矿现状，优
化开采技术，从源头上创造安全条件；二是通过技术手段对边坡进行监测分析；
三是根据开采后暴露现状，通过外力干扰创造安全条件；四是不断提高人的安全
意识，确保生产组织过程中的安全。

3 控制措施及对策
3.1 采矿技术优化
3.1 .1 优化时空关系
内排土场形成并投入使用的标准是最低采矿水平工作面与排土场坡脚线之间
必须保持足够的超前距离，以保证排土和采矿均能安全进行。

如图3.1所示且满
足下式要求：
L≥1+1+1
式中：l1—露天矿边坡底界至内排土场投入使用时的废石坡底线间的距离，m；
L2—安全距离，m，其值通常等于排土场段高；
L3一采矿最小工作平盘宽度。

图3.1
晋宁磷矿分段开采推进方向为沿着矿体走向由南往北整体推进，分段形成采
空区后分段实施内排。

在新阶段的采空区形成后，先用下一阶段开采区剥离物回
填采空区，回填高度10m，即一个平台的高度，待下一阶段采空区形成后，再按
设计参数在该阶段采空区实施内排（如图3.2所示）。

用该种时空交替方式可达
到以下优势：一是可起到底板边坡压脚的作用，确保底板边坡稳定；二是可起到
排土场筑坝的效果，可对内排土场起到压脚和拦截滚石的作用；三是可确保内排
土场与采剥作业面有足够安全距离，不影响下一阶段的开采。

图3.2 分段开采分段内排交替示意图
3.1.2 开采技术优化
在晋宁磷矿初期实施分段开采分段内排的时候，按照200m的工作线长度与
南往北交替推进，在生产组织过程中，发现存在以下问题：一是由于作业面逐渐
变窄，交替空间有限，推进速度慢，影响采空区形成；二是边坡暴露周期长，暴
露面积大，影响边坡稳定性。

为此，结合晋宁磷矿前期经验，对分段开采技术进
行优化，采用“小分段楔形斜槽式”分段采矿方法。

“小分段楔形斜槽式”分段采矿方法是针对6#坑东采区深部凹陷开采的一种
开采工艺，我们将其称称之为“134”分段采矿法，数字分解为“100+30+4”。

“100”表示所分阶段开采的工作线长度不超100 m；“30”表示分阶段开采的采
掘垂深不超过30 m（因6#坑整体作业面标高至设计开采最低标高为30m以内）；“4”表示开采的工艺，对象是开采的阶段采空区、内排土场、三角矿柱、底板，
采用“1+1+2+1”模式（如图3.3所示），即“一留”、“一压”、“双降”、“一循环”。

“一留”是对掘进前进反方向的南端帮留设“三角矿柱”,矿柱高
度为采空区压脚高度，“一压”是在采空区实施压脚，即在新阶段形成的采空区
对南端帮和底帮实施压脚；“双降”是对底板削坡“降台阶”，对矿体实施分层“下降”回采，“一循环”是指以“一留”、“一压”、“双降”作为一个循环，整体由南往北循环交替推进。

这样就形成有1个矿柱和1个临时北端帮支撑的稳
固底板边坡，一个以矿柱作为坝体和抗滑柱的内排土场，每一个阶段的采剥作业
结束后，整体像一个楔型斜槽（如图3.4所示）。

图3.3
图3.4 小分段楔型斜槽
通过对6#坑分段开采分段内排进行技术优化，可达到以下优势和效果：一是
通过小分段开采可加快交替时间，减少边坡的暴露面积和暴露时间，增强了边坡
稳定性；二是用楔型斜槽的方式布置工作面，可进一步增强在开采过程中对作业
面上部的底板边坡进行支护，确保了作业过程中的边坡安全；三是采空区留三角
矿柱可起到支护阶段采空区底板边坡和对排土场抗滑的功能；四是对采空区实施
阶段性压脚，可进一步巩固阶段采空区底板边坡和压实内排土场坡脚，同时可以
拦截内排土场滚石。

通过对6#坑分段开采分段内排在时空关系上的优化和开采技术上的优化，可
真正做到从源头上创造安全条件，做到本质安全。

3.2 强化管控措施
3.2.1 边坡的管控措施
在生产组织过程中，通过对6#坑分段开采分段内排在时空关系上的优化和开
采技术上的优化，下部边坡和内排土场的稳定性和安全性得到有效控，但6#坑东
采区是整体由山坡露天逐步转为凹陷露天开采，上部边坡暴露时间较长，受爆破
振动、机械振动以及地质构造的影响，局部边坡稳定性较差。

为此，还需对上部
边坡进一步实施管，做到全方位控制边坡安全，对上部边坡的管控思路为：采用
边坡在线监测系、人工监测、局部边坡治理相结合的方式进行边坡管控。

从2016 年开始，晋宁磷矿东采区西帮边实施实时机器人在线监测，覆盖范
围为整个6#坑东采区底板边坡。

监测点分为三组，分别是A区1组17 个点，A
区2组15 个点，B区组16个点，共计48 个点，监测点位分布见图3.5。

图3.5 边坡在线监测点位布置图
在线监测系统主要通过南北方向、东西方向、高程方向、水平方向、累计总
位移和失量角等对边坡进行监测分析，定期给出分析报告，有异常情况及时预警。

根据预警信息，对预警观测点进行人工核实，核实方式为“十”字核实，即以预
警点为中心进行横向纵向人工检查，各方向均检查至下一组无异常监测点，若未
发现异常情况则消除预警并分析原因，若发现有边坡变形，则已按照“十”字原则，沿横向、纵向开裂处布置人工观测点进行人工监测分析，分析变形范围和应
力薄弱点，并采取相应防范措施，结合实际情况适时开展边坡治理，我们将此种
方法为人工“十字”观测法（如示图3.6所示）。

图3.6 人工“十字”观测法示意图
通过采取边坡在线监测系统和人工观测相结合，可以确保实时掌握边坡动态，通过人工观测相结合，可让管理人员更深入、全面的掌握边坡实际情况，更有效
的开展边坡安全防范和治理工作，有效管控边坡安全。

在晋宁磷矿发生的几次边
坡滑坡，均有效预警，确保了安全生产，同时，在对几个边坡变形区域实施治理后，有效阻止了边坡滑坡。

3.2.2 采坑积水控制措施
晋宁磷矿6#坑东采区进行深部凹陷露天开采后，地下涌水量增加，加上雨季
地表径流汇集，坑底会形成大量积水，严重影响生产组织，同时，还会影响边坡
的稳定性，为此，做好积水的管控是一项重要的工作，而积水的管控就是管控防
排水，防排水的管控应本着“有组织排放、集中收集、集中利用”的原则进行布
置防排水系统。

为了减少水对6#坑东采区的影响，对矿区的防排水系统布置和管控思路为：
一是在暂不布置采剥作业的9#坑设置水仓，通过布置排水沟，将整个矿区2260
水平以上的汇水排至9#坑水仓，仅6#坑东采区2260水平以下小部分汇水汇至坑底；二是在坑底地势较低处设置临时蓄水坑，并安装潜水泵，将坑底涌出的水和
地表汇水引流至临时蓄水坑，通过潜水泵排至9#坑水仓（如图3.7）；三是在9#
坑水仓安装抽水泵，并布置管线至矿区高位水池，供洒水降尘、覆土植被灌溉、
覆土植被区消防用水以及供矿石擦洗装置使用；四是指定专人负责防排水系统的
施工管理和维护管理工作，并按照“片长制”和“沟长制”制定责任人做好日
常巡检巡查工作，确保防排水系统完整有效。

图3.7
通过对矿区防排水进行系统的规划后，可以达到以下效果：一是减少坑底汇水面积，坑底积水主要来自地下涌水为主，积水量较小，通过在作业面布置潜水泵可完全将水及时抽排完，避免了积水对边坡和作业面的影响；二是坡面和道路上的汇水通过布置排水沟，有导向性的排放，减少了地表径流对边坡的影响；三是将地表汇水通过水仓集中收集，再利用于生产，确保水不外排，达到水平衡的目的，同时降低了矿山的生产成本。

3.3 人员安全素质提升
矿山企业在安全管控过程中，通过采矿技术优化和强化措施管控，可以使作业环境达到本质安全，但人作为生产组织活动中的主导者，是安全管控的一个重要因素，所以提升作业人员的安全素质尤为重要。

在对人的管控过程中，因为每个人的意识、认知、能力不一样，管控的难度也不一样，我认为可以从以下几个方面入手：（一）建立健全安全管理制度、操作规程，并建立较为严格的安全考核机制。

（二）通过多维度、多渠道组织开展安全教育培训，让从业人员从学安全到懂安全，再到守安全。

（三）对从业人员进行分级管理，可分为三级，一级为安全意识强，能懂安全、守安全，二级为安全意识强，但对安全知识不掌握，容易犯错，三级为无安全意识、也不懂安全知识。

对于一级作业人员应多引导、多鼓励，对二级作业人员应多引导、多培训，对于三级管理人员应该多采取强硬措施，就如我们开车过红绿灯一样，红灯就得停，闯了红灯就得处罚，逐步的让守安全变成一种习惯，再转变成意识。

（四）组织安全生产活动，让作业人员参与其中，营造安全氛围。

（五）用“亲情管理法”让作业人员亲属参与安全管理，通过亲属参与，让作业人员转变观念，知道守安全的真正意义，知道守安全也是一种家庭责任。

结语
综上所述，本文结合晋宁磷矿的实际案例，重点分析了深部凹陷露天采矿存在的一些安全影响因素，并通过采矿技术优化、强化管控措施、人员安全素质提升等方面消除了深部凹陷露天采矿存在的安全影响因素，达到本质安全，并通过
实际案例分享了工作经验，有一定的应用价值。

在采矿作业中，有关单位与人员
应根据矿山具体情况科学选择与合理运用。

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