论文部分内容阅读
摘 要：计算露天采场边坡角是否合理，综合分析露天矿山边坡稳定性。运用工程技术手段消除物的不安全因素，严格落实边坡的安全技术措施，并设置专用安全设施。
关键词：露天矿山；边坡角；稳定性分析；边坡安全
露天矿山采场边坡稳定性程度，对于采矿安全生产具有重要意义。
1 矿山工程概述
1.1 开采方式
根据矿床赋存条件、矿床开采技术条件及矿床开采现状，该矿床适合露天开采，故本次设计仍采用露天开采方式。
1.2 开采范围
开采深度：380m至250m，矿区面积0.35km2。
矿山开采顺序，自南向北。南部采场边界距离矿山现有5t炸药库500m，符合安全距离要求。采场南部服务年限为30年，采剥结束后，将炸药库移至采场南部，保证开采北部采场时，采场与炸药库的距离达到500m。
1.3 露天开采境界
（1）露天开采境界圈定原则。①圈定的露天开采境界内采出的矿石有盈利。②尽可能把较多的矿石圈定在露天开采境界内，充分利用资源，发挥露天开采的优越性。③所圈定的露天采场的最终边坡角，小于边坡稳定所允许的角度，确保露天采场边坡的稳定，保证生产安全。根据本矿岩石的物理力学性质、地质构造、水文地质条件、深度、开采技术条件和边坡存在时间，经分析和类比，确定该露天采场最终边坡角最陡处控制在48°以内。④矿山规模与矿山服务年限相适应的原则。
（2）露天采场最终边坡要素的确定。露天采场最终边坡要素的确定考虑了矿、岩的物理机械性质、开采深度和开拓运输布置要求等条件。圈定境界时采用的数据：台阶高度12m（最终境界每2个台阶并段，并段后高度24m）；最终台阶坡面角：60°；生产台阶坡面角：60°；平台宽度：9m；道路宽度：9m；道路纵坡：8%；道路缓坡段长度：60m。
1.4 矿区地理位置
矿区位于黑龙江省鸡西市。
1.5 生产规模及服务年限
矿石开采规模为30万t/a（水泥用大理岩），年工作300天，每天1班，每班8小时。
1.6 开拓运输系统
根据矿床埋藏条件和地形条件，矿山开拓采用公路开拓方式，采用螺旋式固定坑线，道路宽8m，最大纵坡8%，最小曲率半径15m。
开采终了时，露天采场形成台阶为：250m、262m、286m、310m、334m、358m。（每两个台阶并段）
2 采场边坡分析
2.1 最终边坡角的选择
露天矿最终边坡角的大小，对边坡稳定及剥采比均产生重大影响，包含着安全和经济两大因素。因此，设计所追求的是在确保露天矿边帮稳定的前提下，最终边坡角尽可能大些，以减少剥离量。
选择最终边坡角主要根据组成边帮的矿岩物理性质、地质构造、水文地质、开采深度等因素。因该矿工程、水文地质均属简单型，故设计采用目前矿山设计中普遍使用的类比法，即参照类似矿山实际资料或《新编矿山采矿设计手册》选取。
根据本矿岩石性质，参考国内类似矿山情况，经分析和类比，根据矿石和围岩的硬度系数为7～10，参考“大冶铁矿”，上盘围岩为闪长岩，下盘围岩为大理岩，该矿台阶坡面角为60°～65°，最终边坡角为42°～52°，类比法确定该露天采场台阶坡面角控制在60°。最终边坡角最陡处不超过48°。符合相关规定，能够满足边坡稳定的需要。
2.2 工作台阶坡面角的选择
该矿矿体为大理岩，岩石稳固性属坚固类型，参照类似矿山实际资料，确定矿山露天采场工作台阶坡面角为60°，符合规程的有关要求。
2.3 影响边坡稳定的主要因素
岩性与岩体结构：虽然矿区矿石较坚硬，但是一旦岩体中存在不利方位的节理、劈理等结构面，则不高的台阶、边坡也可能发生破坏。
水：水对边坡稳定性影响很大，在降雨和冰雪解冻季节，很容易发生台阶、边坡滑坡和崩塌事故。
爆破：爆破也是影响台阶、边坡稳定的重要因素，因爆破震动而产生龟裂带是导致边坡岩体滑动或崩塌的主要原因之一。
其它：包括台阶高度、台阶坡面角、岩体风化作用、人为因素（如台阶上堆积过多设备和废杂物）等。
2.4 边坡稳定性计算
台阶坡面角60°，矿床开采最终边坡角为60°，边坡稳定性计算如下：
根据n=tgφ/tgβ+4c/ρhsin2β
式中：ρ-岩体的重力密度，26.6KN/m3；h-滑动岩体由坡顶至滑面的高度；c-滑动岩石的内聚力，取22；φ-滑动岩体的内摩擦角，取70°；β-滑面倾角。
当开采坡面高度10m，倾角β=60°时，
则n=■+■=1.59+0.66=2.3>1
当终了帮坡角β=60°，坡面高度最高23m时，
则n=■+■=1.59+0.29=1.9>1
因此终了边坡稳定。
2.5 边坡坍塌对周边建筑物安全的影响
根据矿岩物理性质、工程及水文地质情况，所选取的最终边坡角是比较恰当的，与同类矿山及相关资料相比，也是较为稳妥的。尤其是该矿规模小，开采深度小，工程与水文地质条件简单，其边坡的稳定性较好，不易发生坍塌事故。
矿区周围1km内无其它矿山，矿部生活区等设施均在矿区范围200m以外，采场边坡对其安全性无任何影响。
总之，矿山露天开采采用自上而下分层深孔爆破法开采的安全可靠性较好。
3 采场边坡安全概述
3.1 边坡的安全技术措施
（1）矿山采用深孔爆破，严格按照《金属非金属矿山安全规程》的有关要求进行开采作业。（2）注意排干台阶上的积水，设法减少或避免地表水向台阶、边坡岩体渗透，尤其要防止地表水进入台阶、边坡表面的裂隙中，特别在大气降雨较为频繁和冰雪解冻时节，更要采取一些截排水措施。（3）生产过程中要经常察看台阶边坡、开采工作面两帮边坡的稳定情况，发现异常情况要及时处理，情况危急时应果断地撤离人员和机械设备。（4）对有滑动、崩塌迹象的台阶、边坡，应及时地进行削坡减载，在处理过程中要特别注意作业人员的安全。（5）对采场工作帮应每季度检查一次，高陡边帮应每月检查一次，不稳定区段在暴雨过后应及时检查，发现异常应立即处理。（6）邻近最终边坡作业，应采用控制爆破减震；应保持台阶的安全坡面角，不应超挖坡底；局部边坡发生坍塌时，应及时报告矿有关主管部门，并采取有效的处理措施；每个台阶采掘结束，均应及时清理平台上的疏松岩土和坡面上的浮石，并组织矿有关部门验收。（7）对运输和行人的非工作帮，应定期进行安全稳定性检查（雨季应加强），发现坍塌或滑落征兆，应立即停止采剥作业，撤出人员和设备，查明原因，及时采取安全措施，并报告矿有关主管部门。（8）露天采场各作业水平上、下台阶之间应严格保持设计中的超前距离。不应从下部不分台阶掏采。采剥工作面不应形成伞檐、空洞等。（9）边坡浮石清除完毕之前，其下方不应生产；人员和设备不应在边坡底部停留。（10）在境界外邻近地区堆卸废石时，应遵守设计规定，保证边坡的稳固，防止滚石、滑塌的危害。并且排土场不应成为作用于边坡的附加荷载。（11）边坡监测系统设计，应根据最终边坡的稳定类型、分区特点确定各区监测级别。对边坡应进行定点定期观测，包括坡体表面和内部位移观测、地下水位动态观测、爆破震动观测等。技术管理部门应及时整理边坡观测资料，据以指导采场安全生产。对存在不稳定因素的最终边坡应长期监测，发现问题及时处理。
3.2 专用安全设施概述总结
（1）为了保证爆破安全，设计在爆破警戒圈附近设爆破警戒线，爆破时分时段发出声（光）预警信号、起爆信号、解除信号，在安全位置设置坚固的避炮棚。（2）为了保证边坡安全，设计对旧露天采场边坡进行清除浮土浮石，对局部不稳固边坡设置挡土墙、抗滑桩等设施。（3）对与旧采坑相連的工作面设置围栏、安全护栏、警示标识，当作业人员靠近旧采坑作业时必须系好安全绳、戴好安全帽。（4）对矿区道路在相应地段设置错车道、缓坡段、挡车墙、限速标识、安全警示标识等。
4 结束语
经计算，该矿山采场边坡较为稳定。严格执行边坡安全技术措施，置办专用安全设施，可保证该矿山生产，安全可靠。
关键词：露天矿山；边坡角；稳定性分析；边坡安全
露天矿山采场边坡稳定性程度，对于采矿安全生产具有重要意义。
1 矿山工程概述
1.1 开采方式
根据矿床赋存条件、矿床开采技术条件及矿床开采现状，该矿床适合露天开采，故本次设计仍采用露天开采方式。
1.2 开采范围
开采深度：380m至250m，矿区面积0.35km2。
矿山开采顺序，自南向北。南部采场边界距离矿山现有5t炸药库500m，符合安全距离要求。采场南部服务年限为30年，采剥结束后，将炸药库移至采场南部，保证开采北部采场时，采场与炸药库的距离达到500m。
1.3 露天开采境界
（1）露天开采境界圈定原则。①圈定的露天开采境界内采出的矿石有盈利。②尽可能把较多的矿石圈定在露天开采境界内，充分利用资源，发挥露天开采的优越性。③所圈定的露天采场的最终边坡角，小于边坡稳定所允许的角度，确保露天采场边坡的稳定，保证生产安全。根据本矿岩石的物理力学性质、地质构造、水文地质条件、深度、开采技术条件和边坡存在时间，经分析和类比，确定该露天采场最终边坡角最陡处控制在48°以内。④矿山规模与矿山服务年限相适应的原则。
（2）露天采场最终边坡要素的确定。露天采场最终边坡要素的确定考虑了矿、岩的物理机械性质、开采深度和开拓运输布置要求等条件。圈定境界时采用的数据：台阶高度12m（最终境界每2个台阶并段，并段后高度24m）；最终台阶坡面角：60°；生产台阶坡面角：60°；平台宽度：9m；道路宽度：9m；道路纵坡：8%；道路缓坡段长度：60m。
1.4 矿区地理位置
矿区位于黑龙江省鸡西市。
1.5 生产规模及服务年限
矿石开采规模为30万t/a（水泥用大理岩），年工作300天，每天1班，每班8小时。
1.6 开拓运输系统
根据矿床埋藏条件和地形条件，矿山开拓采用公路开拓方式，采用螺旋式固定坑线，道路宽8m，最大纵坡8%，最小曲率半径15m。
开采终了时，露天采场形成台阶为：250m、262m、286m、310m、334m、358m。（每两个台阶并段）
2 采场边坡分析
2.1 最终边坡角的选择
露天矿最终边坡角的大小，对边坡稳定及剥采比均产生重大影响，包含着安全和经济两大因素。因此，设计所追求的是在确保露天矿边帮稳定的前提下，最终边坡角尽可能大些，以减少剥离量。
选择最终边坡角主要根据组成边帮的矿岩物理性质、地质构造、水文地质、开采深度等因素。因该矿工程、水文地质均属简单型，故设计采用目前矿山设计中普遍使用的类比法，即参照类似矿山实际资料或《新编矿山采矿设计手册》选取。
根据本矿岩石性质，参考国内类似矿山情况，经分析和类比，根据矿石和围岩的硬度系数为7～10，参考“大冶铁矿”，上盘围岩为闪长岩，下盘围岩为大理岩，该矿台阶坡面角为60°～65°，最终边坡角为42°～52°，类比法确定该露天采场台阶坡面角控制在60°。最终边坡角最陡处不超过48°。符合相关规定，能够满足边坡稳定的需要。
2.2 工作台阶坡面角的选择
该矿矿体为大理岩，岩石稳固性属坚固类型，参照类似矿山实际资料，确定矿山露天采场工作台阶坡面角为60°，符合规程的有关要求。
2.3 影响边坡稳定的主要因素
岩性与岩体结构：虽然矿区矿石较坚硬，但是一旦岩体中存在不利方位的节理、劈理等结构面，则不高的台阶、边坡也可能发生破坏。
水：水对边坡稳定性影响很大，在降雨和冰雪解冻季节，很容易发生台阶、边坡滑坡和崩塌事故。
爆破：爆破也是影响台阶、边坡稳定的重要因素，因爆破震动而产生龟裂带是导致边坡岩体滑动或崩塌的主要原因之一。
其它：包括台阶高度、台阶坡面角、岩体风化作用、人为因素（如台阶上堆积过多设备和废杂物）等。
2.4 边坡稳定性计算
台阶坡面角60°，矿床开采最终边坡角为60°，边坡稳定性计算如下：
根据n=tgφ/tgβ+4c/ρhsin2β
式中：ρ-岩体的重力密度，26.6KN/m3；h-滑动岩体由坡顶至滑面的高度；c-滑动岩石的内聚力，取22；φ-滑动岩体的内摩擦角，取70°；β-滑面倾角。
当开采坡面高度10m，倾角β=60°时，
则n=■+■=1.59+0.66=2.3>1
当终了帮坡角β=60°，坡面高度最高23m时，
则n=■+■=1.59+0.29=1.9>1
因此终了边坡稳定。
2.5 边坡坍塌对周边建筑物安全的影响
根据矿岩物理性质、工程及水文地质情况，所选取的最终边坡角是比较恰当的，与同类矿山及相关资料相比，也是较为稳妥的。尤其是该矿规模小，开采深度小，工程与水文地质条件简单，其边坡的稳定性较好，不易发生坍塌事故。
矿区周围1km内无其它矿山，矿部生活区等设施均在矿区范围200m以外，采场边坡对其安全性无任何影响。
总之，矿山露天开采采用自上而下分层深孔爆破法开采的安全可靠性较好。
3 采场边坡安全概述
3.1 边坡的安全技术措施
（1）矿山采用深孔爆破，严格按照《金属非金属矿山安全规程》的有关要求进行开采作业。（2）注意排干台阶上的积水，设法减少或避免地表水向台阶、边坡岩体渗透，尤其要防止地表水进入台阶、边坡表面的裂隙中，特别在大气降雨较为频繁和冰雪解冻时节，更要采取一些截排水措施。（3）生产过程中要经常察看台阶边坡、开采工作面两帮边坡的稳定情况，发现异常情况要及时处理，情况危急时应果断地撤离人员和机械设备。（4）对有滑动、崩塌迹象的台阶、边坡，应及时地进行削坡减载，在处理过程中要特别注意作业人员的安全。（5）对采场工作帮应每季度检查一次，高陡边帮应每月检查一次，不稳定区段在暴雨过后应及时检查，发现异常应立即处理。（6）邻近最终边坡作业，应采用控制爆破减震；应保持台阶的安全坡面角，不应超挖坡底；局部边坡发生坍塌时，应及时报告矿有关主管部门，并采取有效的处理措施；每个台阶采掘结束，均应及时清理平台上的疏松岩土和坡面上的浮石，并组织矿有关部门验收。（7）对运输和行人的非工作帮，应定期进行安全稳定性检查（雨季应加强），发现坍塌或滑落征兆，应立即停止采剥作业，撤出人员和设备，查明原因，及时采取安全措施，并报告矿有关主管部门。（8）露天采场各作业水平上、下台阶之间应严格保持设计中的超前距离。不应从下部不分台阶掏采。采剥工作面不应形成伞檐、空洞等。（9）边坡浮石清除完毕之前，其下方不应生产；人员和设备不应在边坡底部停留。（10）在境界外邻近地区堆卸废石时，应遵守设计规定，保证边坡的稳固，防止滚石、滑塌的危害。并且排土场不应成为作用于边坡的附加荷载。（11）边坡监测系统设计，应根据最终边坡的稳定类型、分区特点确定各区监测级别。对边坡应进行定点定期观测，包括坡体表面和内部位移观测、地下水位动态观测、爆破震动观测等。技术管理部门应及时整理边坡观测资料，据以指导采场安全生产。对存在不稳定因素的最终边坡应长期监测，发现问题及时处理。
3.2 专用安全设施概述总结
（1）为了保证爆破安全，设计在爆破警戒圈附近设爆破警戒线，爆破时分时段发出声（光）预警信号、起爆信号、解除信号，在安全位置设置坚固的避炮棚。（2）为了保证边坡安全，设计对旧露天采场边坡进行清除浮土浮石，对局部不稳固边坡设置挡土墙、抗滑桩等设施。（3）对与旧采坑相連的工作面设置围栏、安全护栏、警示标识，当作业人员靠近旧采坑作业时必须系好安全绳、戴好安全帽。（4）对矿区道路在相应地段设置错车道、缓坡段、挡车墙、限速标识、安全警示标识等。
4 结束语
经计算，该矿山采场边坡较为稳定。严格执行边坡安全技术措施，置办专用安全设施，可保证该矿山生产，安全可靠。