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试析洪水塘灰岩矿采场施工边坡失稳的改善措施

2021-03-19 205 上传者：管理员

摘要：矿山安全预评价是新建矿山企业安全管理的重点任务之一，在辨识分析归纳洪水塘灰岩采剥系统有害因素的基础上，利用露天采场边坡参数安全检查表和预先危险性手段进行分析，发现边坡失稳是主要的危险有害因素，需要采取防范对策措施，其他事故为需要引起重视的危险因素。通过鱼刺图分析了导致采场施工边坡失稳的影响因素，并对采场边坡稳定性进行了分析，并提出具体的安全措施及建议，对该矿的安全管理具有重要的指导意义。

关键词：
安全科学
灰岩矿
矿山安全管理
矿山开采
采剥系统
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1、矿山概况

洪水塘灰岩矿矿山为新建项目，在此之前未进行规模开采作业，矿山沿砂石骨料生产线向南沿山坡地形修建了简易的矿山道路。矿区范围面积为0.565km2，开采标高2300m～2440m。矿区石灰岩裸露地表，矿山选择山自上而下，分台段露天开采方式。设计开采标高2300m～2439m，矿山生产与终了台段高均设置为12m，安全平台宽度为4m，清扫平台宽度为8m，每隔两个安全平台设置1个清扫平台。最小工作平台宽度40m，最终台段坡面角定为60°，工作台段坡面角65°，最小工作线长度90m，组合台段开采各台段之间超前距离不小于20m。矿区的内部运输主要为矿石、生产材料的运输，矿石和废石均采用陕重39t自卸车作矿用自卸汽车运输。

2、采剥系统评价

2.1 采剥系统概况

矿山的主要剥离物为第四系覆盖土及辉绿岩夹层，辉绿岩石呈全风化状，锤击易散，化学成分与第四系覆盖土接近。对于厚度较大成片集中出现的剥离物，可用挖掘机挖掘，汽车运输进行剥离。对于厚度较薄且镶嵌在矿岩缝中的剥离物，则可与矿岩一起爆破，待块状矿岩运走后，再对散落在采场内的粘土或辉绿岩剥离物，用推土机集堆运走。

矿山采剥作业过程中，根据矿体形态及岩石物理特性，选用D50气动潜孔钻机作为钻孔设备，进行深孔多排微差爆破；炮孔倾角65°，孔深14.04m（包括超深0.8m），采用梅花形布孔，孔距4.5m，排距3.2m，最小抵抗线3.2m，设计采用非电导爆管起爆网络，毫秒延时起爆方式。

矿岩的铲装采用液压挖掘机完成，运输采用矿用自卸式汽车。

2.2 采剥系统有害因素辨识

2.2.1 边坡坍塌、滑坡、滚石、泥石流

采场边坡坍塌（滑坡）事故发生的主要原因有：由于生产过程中露天采场边坡参数不合理；采场、临时排土场周边及其平台内没有设置截排水设施或设施损坏等，都易造成边坡失稳、坍塌（滑坡）的危险，雨季可能产生泥石流，作业前未对坡面危岩、孤石进行清理，可能危及作业人员和设备、生产安全。

2.2.2 高处坠落

(1）因采场危险区域内、采场顶部等未设置安全警示标志，外来人员、牲畜进入采场上部危险区域；（2）在边坡上进行高处作业人员没有按要求使用安全带或安全绳、安全带未正确、牢靠固定即进行作业，由于失重、高温、大风或作业人员生理因素差等导致作业人员坠落，而造成伤亡事故；通往采场的人行通道，坡度太陡；（3）高处作业未制定作业规程，现场安全管理不到位；或作业人员疏忽大意，疲劳过度；（4）高处作业时安全防护设施损坏或高处作业时无人监护或主观判断失误等。

2.2.3 爆破伤害（放炮）

爆破是矿山矿岩开采的主要工艺，也是矿山事故的主要来源。爆破事故的发生原因主要有爆破器材质量事故及爆破设计事故、爆破施工事故等，且大部分是因为违章指挥、违章操作引起的。故加强爆破设计工作，提高放炮工的安全意识和爆破操作技能，避免冒险作业；加强爆破安全管理，积极做好放炮警戒，及时通知有关人员躲避，都是预防事故的有效措施。

2.2.4 车辆伤害

场内运输、装载设备有故障、操作失误或指挥不当，有造成车辆伤害的危险，车辆伤害在本项目中包括汽车、装载机、挖掘机等车辆的伤害。

2.2.5 物体打击

(1）边坡浮石清理不及时、排浮不净或排浮不按规程操作；单人作业等；（2）铲装作业过程中，司机操作失误或违章作业；铲装作业时铲斗经过自卸汽车驾驶室，矿岩掉落；在边坡、铲装半径内坐卧、停留；挖掘机检修操作失误，滚石伤人；采场多台阶作业时，上部台阶滚石引发的物体打击；（3）采场未圈定危险范围，未设立安全警示标志或标志不明显，人员进入危险区；（4）安全帽等劳保用品穿戴不齐或未按照规范佩戴等；（5）台阶上下同时作业时，上部台阶坠物及滚石可能对下部台阶的作业人员造成伤害；（6）矿区有小节理、裂隙发育，露天开采台阶边坡浮石处理不及时，易引起物体打击。

2.2.6 机械伤害

采场在建设和生产期间使用多种机械设备如：潜孔钻、挖掘机、装载机、自卸汽车等，所有这些机械设备在使用过程中，由于各种原因，经常导致机械伤害事故的发生。

2.2.7 触电

引起触电事故的主要原因，除了设备缺陷、设计不周等技术因素外，大部分是由于违章指挥、违章操作引起的。

2.2.8 火灾

矿山矿物及围岩中不含硫等自燃发火物质，故产生内因火灾的可能性不大；可能产生火灾的条件体现在：施工机械使用的油品具有发生火灾的危险，挖掘机、装载机、汽车等移动设备因违规操作、缺乏消防灭火设施等有发生火灾的可能；当电机及其控制装置或其它电气设备内部线路的绝缘破坏时将导致短路、检修过程中使用临时照明电源或其他临时用电时发生短路以及线路过电流有可能引发电气火灾。

2.2.9 淹溺

高位水池使用及检修过程中，由于无安全防护设施或设施损坏及管理措施不到位、无安全警示标志等，易发生人员不慎掉入池中导致淹溺事故。

3、危险度评价

3.1 预先危险性分析

利用PHA分析对露天边坡危害、滚石、高处坠落、其他伤害等进行分析，Ⅲ级或Ⅲ级以上是危险的，会造成人员伤亡和系统损坏，需立即采取防范对策措施。通过分析可知，露天边坡危害危险等级为III级；滚石危险等级为II级；高处坠落危险等级为II级；其他伤害危险等级为II级。由此可见边坡失稳是主要的危险有害因素，需要采取防范对策措施，其他事故为需要引起重视的危险因素。

3.2 边坡失稳鱼刺图分析

露天开采的主要危险是边坡失稳引起滑坡、坍塌，轻则会招致设备损坏、采场道路损毁，重则引起人员伤亡，严重影响矿山生产，甚至停产。因而对矿山边坡稳定性必须予以足够的重视。

本鱼刺图分析了边坡失稳的主要因果关系，用于对边坡危险因素的预测和分析，见图1。影响采场边坡失稳的原因主要有：地质因素（主要为边坡体内存在软弱结构面），开采工艺（如无序开采、掏采），设计因素（如台阶高度过高、坡面角、边坡角过陡），地表水的入渗导致岩体强度降低，爆破振动以及边坡管理不善。可能导致本项目施工边坡失稳的影响因素分析如下：

3.2.1 地质因素

地质勘察深度不足，节理裂隙发育，对开采布置有影响。矿区地层总体呈一倾向北东的单斜构造，目前已发现2条断层，编号F1、F2,F1断层位于矿区北部，走向北东-南西向，倾向近北东向、倾角40°～55°。F2：位于矿区北东部，走向北西-南东向，倾向北东、倾角45°～60°。与宾川大断裂的活动与控制关系密切。矿区内有3组构造节理，其中第1组最发育，第2组次发育，第3组发育一般。

不良地质对设计参数存在影响。边坡稳定性一般，在雨季集中强降雨、地下水、爆破震动等不利因素作用下，可能沿层面发生滑坡、崩塌。总之，与开采有关的工程地质岩组岩性较复杂，地质构造发育，矿床开采直接围岩强度较低；露天采场边坡稳定性一般，局部地段易发生矿山工程地质问题。只要对矿床开采进行科学合理的设计、施工，做好露天采场的排水及防洪措施，即可避免工程地质问题的发生。

3.2.2 边坡结构因素

台阶高度12m，终了台阶坡面角60°。因此，台阶坡面角施工不合理导致的陡边坡是该矿可能发生边坡坍塌主要因素之一。

3.2.3 水的因素

虽矿床都位于当地侵蚀基准面之上，但由于大气降雨的影响，如果未设置截排水设施或设置不当、排水设施损坏，可能会对边坡稳定造成影响，采场边坡在雨季经过雨水冲刷、浸泡极有发生滑坡、坍塌的可能。

3.2.4 生产因素

设计说明该露天矿山采用2.5m3挖掘机进行铲装，采场采用深孔爆破工艺，液压挖掘机进行铲装，设计台阶高度12m，满足要求。但应按照设计的台阶高度及坡度进行作业，避免台阶高度设置超高影响边坡稳定。

3.2.5 边坡管理

如果开采方法不当，靠帮边坡部位超挖，欠挖等，以及护坡工作没有做到位会影响边坡的稳定。

3.2.6 设计因素

若设计中未结合矿区地质构造情况进行设计，或设计的采场参数不符合规范要求，爆破参数未结合周边影响等，亦可能会造成边坡失稳。

4、采场边坡稳定性分析评价

设计的东侧最终边坡高为96m，南侧最终边坡高为138m，矿区有2条断层，编号F1、F2。F1位置距矿坑较远（平距>70m），对露天矿坑影响不大。F2位于开采境界东北角40m以外，走向北西-南东向，倾向北东、倾角45°～60°。与开采境界东部边坡坡向相反，两者呈相对有利关系组合，且与开采境界无交集。矿区可溶盐岩岩体发育3组节理裂隙，节理裂隙以第1、2组节理裂隙具代表性，节理裂隙平均间距为0.5m，属IV级结构面。

石灰岩饱和状态下平均抗压强度64.33MPa，软化系数0.89，换算成f系数为7.23。可能滑动体平均容重γ取值27.30kN/m3（取试验平均值）。边坡岩体可能滑动面可被利用的内摩擦角φm取值37.4°（取岩石试验平均值，按φm=arctg(0.8×tgφk）折减，φk=43.71°），边坡岩体可能滑动面可被利用的内聚力Cm取值351.6kPa(kN/m2）（取岩石试验平均值，并作折减，H=32m,L（节理间距）取0.5m,Ck=6.2×103kPa）。

依据技术规范，确定本矿山的边坡危害等级均为Ⅲ级；矿山的边坡工程安全等级均为Ⅲ级。最终计算结果均符合安全稳定系数要求，因此本矿山设计的边坡参数安全合理。

由于矿山实际情况往往存在不确定性，比如局部地段岩体较破碎、生产爆破对边坡造成的损害以及暴雨冲刷边坡造成岩体强度降低等，这些因素都将对边坡稳定性产生影响。因此矿山要提高安全生产意识，在特殊情况下采取相应的保证边坡稳定的措施，比如在靠帮边坡的生产爆破时采取控制爆破技术、境界外拦截地表水、局部破碎地段的加固与护坡等。

5、安全措施及建议

(1）矿山上部的剥离工作面应当超前于开采工作面4米以上；（2）在坡面上进行排险作业时，作业人员应当系安全带，不得站在危石、浮石上及悬空作业。严禁在同一坡面上下双层或者多层同时作业；（3）露天矿边界应设可靠的围栏或醒目的警示标志，防止无关人员误入；（4）作业前和作业中以及每次爆破后，应当对坡面进行安全检查。发现工作面有裂痕，或者在坡面上有浮石、危石和伞檐体可能塌落时，应当立即停止作业并撤离人员至安全地点，采取安全措施和消除隐患；（5）应明确道路边坡安全加固及防护措施；（6）安全设施设计中必须补充保持边坡稳定性的措施：如靠帮后的爆破方式、开采时保持台阶坡面角；对相对破碎地段的边坡进行喷浆加固等措施；（7）企业在建设中及建成后的生产中应做好边坡监控工作，及时发现和预报滑坡、坍塌等事故，减少或杜绝滑坡可能造成的灾害。对于软岩边坡部分，除做好监控工作外，还应采取锚杆加固或挡墙加固等其它安全措施。

6、结论

洪水塘灰岩矿为新建项目，对其进行采剥系统安全预评价，通过有害因素辨识和安全检查表及危险性分析等手段发现洪水塘灰岩矿边坡失稳危险等级为Ⅲ级，是主要的危险有害因素。利用鱼刺图分析了边坡失稳的因素，并对其进行稳定性分析，结合矿山实际条件给出了相应的安全措施及建议，确保矿山企业安全生产。

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