沁水縣某建材石料廠分期開采設計及邊坡穩(wěn)定性分析

李鋼劍

（晉城中聯(lián)翔礦山設計服務有限公司，山西 晉城 048000）

石灰?guī)r石料作為建材行業(yè)的基礎原料，目前大量應用于砼制造、道路基礎鋪設等。隨著國家環(huán)保政策的收緊，建材石料用石灰?guī)r價格由原來的每噸十幾元，漲至每噸五六十元，因此給企業(yè)帶來了前所未有的發(fā)展機遇，但是建材礦山的發(fā)展離不了安全，本文主要論述建材石料用石灰?guī)r的安全開采。

該建材礦區(qū)位于太行山脈南端，地貌屬剝蝕中——低山區(qū)，區(qū)內(nèi)溝谷發(fā)育，最高點位于礦區(qū)東北部的山梁，海拔標高1390m，最低點位于礦區(qū)南部，海拔標高1285m，相對高差105m。礦區(qū)總體地勢北高南低，地面整體向西南傾斜，地形起伏變化大，地面平均坡度為44.5°，有利于大氣降水的自然排泄。地表大部為裸露灰?guī)r，未開采地段覆蓋少量植被。

區(qū)內(nèi)物理性質(zhì)石灰?guī)r極限抗壓強度干抗壓為82.2～108.6Mpa，平均95.3Mpa，極限抗壓強度抗?jié)窨箟簽?4.3～49.7 Mpa，平均47.1Mpa，吸水率為0.38%。白云質(zhì)石灰?guī)r極限抗壓強度干抗壓為86.7～112.1Mpa，平均100.1Mpa，極限抗壓強度抗?jié)窨箟簽?7.9～52.3Mpa，平均50.37Mpa，吸水率為0.40%。礦石體重為2.60t/m3。

該建材礦山采區(qū)位于基巖裸露區(qū)，主要為灰色中厚層灰?guī)r，巖石完整性較好，致密堅硬，不易風化，為穩(wěn)固性較好的地質(zhì)體?，F(xiàn)礦山開采形成的采場邊坡多為直立，邊坡地層產(chǎn)狀平緩，基本不存在外傾結(jié)構(gòu)面或危巖，邊坡穩(wěn)定性較好。

1 分期開采設計

1.1 分期開采原因簡述

該礦生產(chǎn)規(guī)模為每年生產(chǎn)建材石料10 萬噸，礦區(qū)范圍由四個坐標拐點連線構(gòu)成，短邊長度僅110m，礦區(qū)面積為0.0192km2，但采礦許可證許可開采標高由+1390 至+1285m，批采標高高達105m。該礦為擴建礦山，原礦區(qū)范圍位于礦區(qū)中南部，已往的開采活動在礦區(qū)南部形成了一個約10259m2的采坑，采坑底板標高為1285m。礦區(qū)范圍內(nèi)平均坡度達到了44.5°，地形陡峭。

本礦礦區(qū)范圍內(nèi)及周邊地形陡峭，礦區(qū)南部存有原來開采活動形成的舊采坑，修筑采場道路非常困難，因此設計不能全部采用臺階式開采。設計需要將礦山分成兩期開采。其中一期開采采用自上而下分層順序開采的采礦方法，二期開采采用自上而下、水平分臺階的采礦方法。

1.2 一期開采設計

一期開采標高由+1390m 至+1330m，該開采標高范圍內(nèi)礦體設計采用自上而下分層順序開采的采礦方法。設計一期開采分層高度20m，分層數(shù)3 個，符合《小型露天采石場安全管理與監(jiān)督檢查規(guī)定》中關(guān)于自上而下分層順序開采的安全技術(shù)要求的規(guī)定。開采工作臺階坡面角為75°，終了臺階坡面角為70°，安全平臺寬度5m、清掃平臺寬度9m。最小鑿巖平臺寬度4.5 米，采裝作業(yè)在+1330m 臺階進行，采裝運輸平臺寬度不小于：30m。一期開采終了時形成3 個臺階：+1370m、+1350m、+1330m。其中安全平臺：+1370m、+1330m；清掃平臺：+1350m。

1.3 二期開采設計

二期開采標高由+1330m 至+1285m，該標高范圍內(nèi)礦體設計采用自上而下、水平分臺階的采礦方法。根據(jù)設計確定的設備裝備水平和巖石的穩(wěn)定性，階段高度定為15m，該礦采用斗容1.3m3 的挖掘機鏟裝，最大挖掘高度10.4m，根據(jù)《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》的規(guī)定：“堅硬穩(wěn)固礦巖爆破時，臺階高度不大于機械的最大挖掘高度的1.5 倍”，所以臺階高度選擇15m 是安全可靠的。開采工作臺階坡面角為75°。終了臺階坡面角為70°。安全平臺寬度5m、清掃平臺寬度9m。最小工作平臺寬度30m。二期開采終了時形成3 個臺階：+1315m、+1300m、+1285m。其中安全平臺+1300m；清掃平臺+1315m。

根據(jù)設計確定的臺階邊坡參數(shù)，計算出一、二期開采露天采場最終幫坡角：55.8°。

2 邊坡穩(wěn)定性研究

2.1 露天采場邊坡

1） 地層，該礦采場邊坡由奧陶系中統(tǒng)馬家溝組四段地層構(gòu)成：巖性主要為灰——深灰色，厚——中厚層狀灰?guī)r、豹斑狀白云質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r、含燧石團塊灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r、泥灰?guī)r夾灰黃色薄層狀白云質(zhì)泥灰?guī)r，灰質(zhì)細晶白云巖。灰?guī)r多為致密塊狀，少量為條紋狀，質(zhì)地純凈、巖石堅硬、強度較高、穩(wěn)定性好。

2） 構(gòu)造，礦區(qū)總體表現(xiàn)為一走向NE，傾向NW 的單斜構(gòu)造，地層傾角7°左右。礦區(qū)范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)斷裂及褶曲構(gòu)造，礦區(qū)構(gòu)造屬簡單類型。

2.2 邊坡穩(wěn)定性分析

1） 礦體特征，礦區(qū)內(nèi)礦體傾向NW，傾角7°左右，呈層狀，形態(tài)簡單，延續(xù)性好，出露厚度隨地形的變化而變化，地形升高，礦體加厚。礦體厚度由北向南逐漸變薄。礦體南北長約120m，東西寬約110m，礦體賦存標高由+1285m至+1390m。

建材石料用石灰?guī)r自然類型主要為灰-深灰色厚層致密狀微晶灰?guī)r，含白云質(zhì)灰?guī)r，塊狀構(gòu)造，礦物成分主要為方解石，礦石類型單一。礦區(qū)石灰?guī)r礦體裸露于地表，無覆蓋。礦體基底為馬家溝組四段灰?guī)r。

2） 邊坡特征，按照礦體賦存條件，采用露天開采，設計開采規(guī)模10 萬t/a。根據(jù)地表地形條件，到最終狀態(tài)時，邊坡高度可達105m。邊坡分布于奧陶系中統(tǒng)馬家溝組四段地層中，區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)斷裂構(gòu)造和巖漿巖，預計整體邊坡比較穩(wěn)定，但局部需要加強維護。

3 結(jié)語

針對批采標高高，礦區(qū)面積小的特定建材石料礦區(qū)，采用上部分層、下部分臺階的分期開采，可以有效的保證企業(yè)在采礦過程中的生產(chǎn)安全，節(jié)省修筑運輸?shù)缆返耐顿Y。