洪水塘灰?guī)r礦采剝系統(tǒng)安全預評價

牛肖錚，趙迎青

（大理恒泰安全科技有限公司，云南 大理 671000）

1 礦山概況

洪水塘灰?guī)r礦礦山為新建項目，在此之前未進行規(guī)模開采作業(yè)，礦山沿砂石骨料生產(chǎn)線向南沿山坡地形修建了簡易的礦山道路。礦區(qū)范圍面積為0.565km2，開采標高2300m～2440m。礦區(qū)石灰?guī)r裸露地表，礦山選擇山自上而下，分臺段露天開采方式。設計開采標高2300m～2439m，礦山生產(chǎn)與終了臺段高均設置為12m，安全平臺寬度為4m，清掃平臺寬度為8m，每隔兩個安全平臺設置1 個清掃平臺。最小工作平臺寬度40m，最終臺段坡面角定為60°，工作臺段坡面角65°，最小工作線長度90m，組合臺段開采各臺段之間超前距離不小于20m。礦區(qū)的內(nèi)部運輸主要為礦石、生產(chǎn)材料的運輸，礦石和廢石均采用陜重39t 自卸車作礦用自卸汽車運輸。

2 采剝系統(tǒng)評價

2.1 采剝系統(tǒng)概況

礦山的主要剝離物為第四系覆蓋土及輝綠巖夾層，輝綠巖石呈全風化狀，錘擊易散，化學成分與第四系覆蓋土接近。對于厚度較大成片集中出現(xiàn)的剝離物，可用挖掘機挖掘，汽車運輸進行剝離。對于厚度較薄且鑲嵌在礦巖縫中的剝離物，則可與礦巖一起爆破，待塊狀礦巖運走后，再對散落在采場內(nèi)的粘土或輝綠巖剝離物，用推土機集堆運走。

礦山采剝作業(yè)過程中，根據(jù)礦體形態(tài)及巖石物理特性，選用D50 氣動潛孔鉆機作為鉆孔設備，進行深孔多排微差爆破；炮孔傾角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，最小抵抗線3.2m，設計采用非電導爆管起爆網(wǎng)絡，毫秒延時起爆方式。

礦巖的鏟裝采用液壓挖掘機完成，運輸采用礦用自卸式汽車。

2.2 采剝系統(tǒng)有害因素辨識

2.2.1 邊坡坍塌、滑坡、滾石、泥石流

采場邊坡坍塌（滑坡）事故發(fā)生的主要原因有：由于生產(chǎn)過程中露天采場邊坡參數(shù)不合理；采場、臨時排土場周邊及其平臺內(nèi)沒有設置截排水設施或設施損壞等，都易造成邊坡失穩(wěn)、坍塌（滑坡）的危險，雨季可能產(chǎn)生泥石流，作業(yè)前未對坡面危巖、孤石進行清理，可能危及作業(yè)人員和設備、生產(chǎn)安全。

2.2.2 高處墜落

（1）因采場危險區(qū)域內(nèi)、采場頂部等未設置安全警示標志，外來人員、牲畜進入采場上部危險區(qū)域；（2）在邊坡上進行高處作業(yè)人員沒有按要求使用安全帶或安全繩、安全帶未正確、牢靠固定即進行作業(yè)，由于失重、高溫、大風或作業(yè)人員生理因素差等導致作業(yè)人員墜落，而造成傷亡事故；通往采場的人行通道，坡度太陡；（3）高處作業(yè)未制定作業(yè)規(guī)程，現(xiàn)場安全管理不到位；或作業(yè)人員疏忽大意，疲勞過度；（4）高處作業(yè)時安全防護設施損壞或高處作業(yè)時無人監(jiān)護或主觀判斷失誤等。

2.2.3 爆破傷害（放炮）

爆破是礦山礦巖開采的主要工藝，也是礦山事故的主要來源。爆破事故的發(fā)生原因主要有爆破器材質(zhì)量事故及爆破設計事故、爆破施工事故等，且大部分是因為違章指揮、違章操作引起的。故加強爆破設計工作，提高放炮工的安全意識和爆破操作技能，避免冒險作業(yè)；加強爆破安全管理，積極做好放炮警戒，及時通知有關人員躲避，都是預防事故的有效措施。

2.2.4 車輛傷害

場內(nèi)運輸、裝載設備有故障、操作失誤或指揮不當，有造成車輛傷害的危險，車輛傷害在本項目中包括汽車、裝載機、挖掘機等車輛的傷害。

2.2.5 物體打擊

（1）邊坡浮石清理不及時、排浮不凈或排浮不按規(guī)程操作；單人作業(yè)等；（2）鏟裝作業(yè)過程中，司機操作失誤或違章作業(yè)；鏟裝作業(yè)時鏟斗經(jīng)過自卸汽車駕駛室，礦巖掉落；在邊坡、鏟裝半徑內(nèi)坐臥、停留；挖掘機檢修操作失誤，滾石傷人；采場多臺階作業(yè)時，上部臺階滾石引發(fā)的物體打擊；（3）采場未圈定危險范圍，未設立安全警示標志或標志不明顯，人員進入危險區(qū)；（4）安全帽等勞保用品穿戴不齊或未按照規(guī)范佩戴等；（5）臺階上下同時作業(yè)時，上部臺階墜物及滾石可能對下部臺階的作業(yè)人員造成傷害；（6）礦區(qū)有小節(jié)理、裂隙發(fā)育，露天開采臺階邊坡浮石處理不及時，易引起物體打擊。

2.2.6 機械傷害

采場在建設和生產(chǎn)期間使用多種機械設備如：潛孔鉆、挖掘機、裝載機、自卸汽車等，所有這些機械設備在使用過程中，由于各種原因，經(jīng)常導致機械傷害事故的發(fā)生。

2.2.7 觸電

引起觸電事故的主要原因，除了設備缺陷、設計不周等技術(shù)因素外，大部分是由于違章指揮、違章操作引起的。

2.2.8 火災

礦山礦物及圍巖中不含硫等自燃發(fā)火物質(zhì)，故產(chǎn)生內(nèi)因火災的可能性不大；可能產(chǎn)生火災的條件體現(xiàn)在：施工機械使用的油品具有發(fā)生火災的危險，挖掘機、裝載機、汽車等移動設備因違規(guī)操作、缺乏消防滅火設施等有發(fā)生火災的可能；當電機及其控制裝置或其它電氣設備內(nèi)部線路的絕緣破壞時將導致短路、檢修過程中使用臨時照明電源或其他臨時用電時發(fā)生短路以及線路過電流有可能引發(fā)電氣火災。

2.2.9 淹溺

高位水池使用及檢修過程中，由于無安全防護設施或設施損壞及管理措施不到位、無安全警示標志等，易發(fā)生人員不慎掉入池中導致淹溺事故。

3 危險度評價

3.1 預先危險性分析

利用PHA 分析對露天邊坡危害、滾石、高處墜落、其他傷害等進行分析，Ⅲ級或Ⅲ級以上是危險的，會造成人員傷亡和系統(tǒng)損壞，需立即采取防范對策措施。通過分析可知，露天邊坡危害危險等級為III 級；滾石危險等級為II 級；高處墜落危險等級為II 級；其他傷害危險等級為II級。由此可見邊坡失穩(wěn)是主要的危險有害因素，需要采取防范對策措施，其他事故為需要引起重視的危險因素。

3.2 邊坡失穩(wěn)魚刺圖分析

圖1 采場邊坡失穩(wěn)的魚刺圖分析

露天開采的主要危險是邊坡失穩(wěn)引起滑坡、坍塌，輕則會招致設備損壞、采場道路損毀，重則引起人員傷亡，嚴重影響礦山生產(chǎn)，甚至停產(chǎn)。因而對礦山邊坡穩(wěn)定性必須予以足夠的重視。

本魚刺圖分析了邊坡失穩(wěn)的主要因果關系，用于對邊坡危險因素的預測和分析，見圖1。影響采場邊坡失穩(wěn)的原因主要有：地質(zhì)因素（主要為邊坡體內(nèi)存在軟弱結(jié)構(gòu)面），開采工藝（如無序開采、掏采），設計因素（如臺階高度過高、坡面角、邊坡角過陡），地表水的入滲導致巖體強度降低，爆破振動以及邊坡管理不善?？赡軐е卤卷椖渴┕み吰率Х€(wěn)的影響因素分析如下：

3.2.1 地質(zhì)因素

地質(zhì)勘察深度不足，節(jié)理裂隙發(fā)育，對開采布置有影響。礦區(qū)地層總體呈一傾向北東的單斜構(gòu)造，目前已發(fā)現(xiàn)2 條斷層，編號F1、F2，F(xiàn)1 斷層位于礦區(qū)北部，走向北東-南西向，傾向近北東向、傾角 40°～55°。F2：位于礦區(qū)北東部，走向北西-南東向，傾向北東、傾角 45°～60°。與賓川大斷裂的活動與控制關系密切。礦區(qū)內(nèi)有3 組構(gòu)造節(jié)理，其中第1 組最發(fā)育，第2 組次發(fā)育，第3 組發(fā)育一般。不良地質(zhì)對設計參數(shù)存在影響。邊坡穩(wěn)定性一般，在雨季集中強降雨、地下水、爆破震動等不利因素作用下，可能沿層面發(fā)生滑坡、崩塌。總之，與開采有關的工程地質(zhì)巖組巖性較復雜，地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，礦床開采直接圍巖強度較低；露天采場邊坡穩(wěn)定性一般，局部地段易發(fā)生礦山工程地質(zhì)問題。只要對礦床開采進行科學合理的設計、施工，做好露天采場的排水及防洪措施，即可避免工程地質(zhì)問題的發(fā)生。

3.2.2 邊坡結(jié)構(gòu)因素

臺階高度12m，終了臺階坡面角60°。因此，臺階坡面角施工不合理導致的陡邊坡是該礦可能發(fā)生邊坡坍塌主要因素之一。

3.2.3 水的因素

雖礦床都位于當?shù)厍治g基準面之上，但由于大氣降雨的影響，如果未設置截排水設施或設置不當、排水設施損壞，可能會對邊坡穩(wěn)定造成影響，采場邊坡在雨季經(jīng)過雨水沖刷、浸泡極有發(fā)生滑坡、坍塌的可能。

3.2.4 生產(chǎn)因素

設計說明該露天礦山采用2.5m3挖掘機進行鏟裝，采場采用深孔爆破工藝，液壓挖掘機進行鏟裝，設計臺階高度12m，滿足要求。但應按照設計的臺階高度及坡度進行作業(yè)，避免臺階高度設置超高影響邊坡穩(wěn)定。

3.2.5 邊坡管理

如果開采方法不當，靠幫邊坡部位超挖，欠挖等，以及護坡工作沒有做到位會影響邊坡的穩(wěn)定。

3.2.6 設計因素

若設計中未結(jié)合礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造情況進行設計，或設計的采場參數(shù)不符合規(guī)范要求，爆破參數(shù)未結(jié)合周邊影響等，亦可能會造成邊坡失穩(wěn)。

4 采場邊坡穩(wěn)定性分析評價

設計的東側(cè)最終邊坡高為96m，南側(cè)最終邊坡高為138m，礦區(qū)有 2 條斷層，編號 F1、F2。F1 位置距礦坑較遠（平距>70m），對露天礦坑影響不大。F2 位于開采境界東北角40m 以外，走向北西-南東向，傾向北東、傾角45°～60°。與開采境界東部邊坡坡向相反，兩者呈相對有利關系組合，且與開采境界無交集。礦區(qū)可溶鹽巖巖體發(fā)育3組節(jié)理裂隙，節(jié)理裂隙以第1、2 組節(jié)理裂隙具代表性，節(jié)理裂隙平均間距為0.5m，屬IV 級結(jié)構(gòu)面。石灰?guī)r飽和狀態(tài)下平均抗壓強度64.33MPa，軟化系數(shù)0.89，換算成f 系數(shù)為7.23?？赡芑瑒芋w平均容重γ 取值27.30kN/m3（取試驗平均值）。邊坡巖體可能滑動面可被利用的內(nèi)摩擦角φm取值 37.4°（取巖石試驗平均值，按 φm=arctg（0.8×tgφk）折減，φk=43.71°），邊坡巖體可能滑動面可被利用的內(nèi)聚力 Cm取值 351.6kPa（kN/m2）（取巖石試驗平均值，并作折減，H=32m，L（節(jié)理間距）取 0.5m，Ck=6.2×103kPa）。

依據(jù)技術(shù)規(guī)范，確定本礦山的邊坡危害等級均為Ⅲ級；礦山的邊坡工程安全等級均為Ⅲ級。最終計算結(jié)果均符合安全穩(wěn)定系數(shù)要求，因此本礦山設計的邊坡參數(shù)安全合理。

表1 最終境界邊坡穩(wěn)定性計算結(jié)果

由于礦山實際情況往往存在不確定性，比如局部地段巖體較破碎、生產(chǎn)爆破對邊坡造成的損害以及暴雨沖刷邊坡造成巖體強度降低等，這些因素都將對邊坡穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。因此礦山要提高安全生產(chǎn)意識，在特殊情況下采取相應的保證邊坡穩(wěn)定的措施，比如在靠幫邊坡的生產(chǎn)爆破時采取控制爆破技術(shù)、境界外攔截地表水、局部破碎地段的加固與護坡等。

5 安全措施及建議

（1）礦山上部的剝離工作面應當超前于開采工作面4米以上；（2）在坡面上進行排險作業(yè)時，作業(yè)人員應當系安全帶，不得站在危石、浮石上及懸空作業(yè)。嚴禁在同一坡面上下雙層或者多層同時作業(yè)；（3）露天礦邊界應設可靠的圍欄或醒目的警示標志，防止無關人員誤入；（4）作業(yè)前和作業(yè)中以及每次爆破后，應當對坡面進行安全檢查。發(fā)現(xiàn)工作面有裂痕，或者在坡面上有浮石、危石和傘檐體可能塌落時，應當立即停止作業(yè)并撤離人員至安全地點，采取安全措施和消除隱患；（5）應明確道路邊坡安全加固及防護措施；（6）安全設施設計中必須補充保持邊坡穩(wěn)定性的措施：如靠幫后的爆破方式、開采時保持臺階坡面角；對相對破碎地段的邊坡進行噴漿加固等措施；（7）企業(yè)在建設中及建成后的生產(chǎn)中應做好邊坡監(jiān)控工作，及時發(fā)現(xiàn)和預報滑坡、坍塌等事故，減少或杜絕滑坡可能造成的災害。對于軟巖邊坡部分，除做好監(jiān)控工作外，還應采取錨桿加固或擋墻加固等其它安全措施。

6 結(jié)論

洪水塘灰?guī)r礦為新建項目，對其進行采剝系統(tǒng)安全預評價，通過有害因素辨識和安全檢查表及危險性分析等手段發(fā)現(xiàn)洪水塘灰?guī)r礦邊坡失穩(wěn)危險等級為Ⅲ級，是主要的危險有害因素。利用魚刺圖分析了邊坡失穩(wěn)的因素，并對其進行穩(wěn)定性分析，結(jié)合礦山實際條件給出了相應的安全措施及建議，確保礦山企業(yè)安全生產(chǎn)。