露天矿山安全生产管理教材

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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 松软的表土 坚固稳定的矿岩
采掘方式 阶段高度
机械 铲装
不爆 破
爆破
不大于机械的最大高度 不大于机械最大高度的1.2倍
砂状的矿岩
不大于1.8m
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。
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
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102m/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:
(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。
(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。
(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。
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。
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。
➢ 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。
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。
松软的矿岩
人工开采 不大于3m
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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:
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。
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。
(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。
(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:
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。
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。
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 。
(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 松散的矿岩 较稳固的矿岩 坚硬稳固的矿岩
工作阶段坡面角 不大于自然安息角 不大于50° 不大于80°
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。
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。
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。
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。
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。
露天矿山安全生产管理教材
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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。
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