沁水縣某建材石料廠分期開采設計及邊坡穩定性分析

李鋼劍

（晉城中聯翔礦山設計服務有限公司，山西 晉城 048000）

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

該建材礦區位于太行山脈南端，地貌屬剝蝕中——低山區，區內溝谷發育，最高點位于礦區東北部的山梁，海拔標高1390m，最低點位于礦區南部，海拔標高1285m，相對高差105m。礦區總體地勢北高南低，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。地表大部為裸露灰巖，未開采地段覆蓋少量植被。

區內物理性質石灰巖極限抗壓強度干抗壓為82.2～108.6Mpa，平均95.3Mpa，極限抗壓強度抗濕抗壓為44.3～49.7 Mpa，平均47.1Mpa，吸水率為0.38%。白云質石灰巖極限抗壓強度干抗壓為86.7～112.1Mpa，平均100.1Mpa，極限抗壓強度抗濕抗壓為47.9～52.3Mpa，平均50.37Mpa，吸水率為0.40%。礦石體重為2.60t/m3。

該建材礦山采區位于基巖裸露區，主要為灰色中厚層灰巖，巖石完整性較好，致密堅硬，不易風化，為穩固性較好的地質體。現礦山開采形成的采場邊坡多為直立，邊坡地層產狀平緩，基本不存在外傾結構面或危巖，邊坡穩定性較好。

1 分期開采設計

1.1 分期開采原因簡述

該礦生產規模為每年生產建材石料10 萬噸，礦區范圍由四個坐標拐點連線構成，短邊長度僅110m，礦區面積為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，原礦區范圍位于礦區中南部，已往的開采活動在礦區南部形成了一個約10259m2的采坑，采坑底板標高為1285m。礦區范圍內平均坡度達到了44.5°，地形陡峭。

本礦礦區范圍內及周邊地形陡峭，礦區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3 個，符合《小型露天采石場安全管理與監督檢查規定》中關于自上而下分層順序開采的安全技術要求的規定。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，該標高范圍內礦體設計采用自上而下、水平分臺階的采礦方法。根據設計確定的設備裝備水平和巖石的穩定性，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《金屬非金屬礦山安全規程》的規定：“堅硬穩固礦巖爆破時，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。

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

2 邊坡穩定性研究

2.1 露天采場邊坡

1） 地層，該礦采場邊坡由奧陶系中統馬家溝組四段地層構成：巖性主要為灰——深灰色，厚——中厚層狀灰巖、豹斑狀白云質灰巖、泥灰巖、含燧石團塊灰巖、生物碎屑灰巖、泥灰巖夾灰黃色薄層狀白云質泥灰巖，灰質細晶白云巖。灰巖多為致密塊狀，少量為條紋狀，質地純凈、巖石堅硬、強度較高、穩定性好。

2） 構造，礦區總體表現為一走向NE，傾向NW 的單斜構造，地層傾角7°左右。礦區范圍內未發現斷裂及褶曲構造，礦區構造屬簡單類型。

2.2 邊坡穩定性分析

1） 礦體特征，礦區內礦體傾向NW，傾角7°左右，呈層狀，形態簡單，延續性好，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。

建材石料用石灰巖自然類型主要為灰-深灰色厚層致密狀微晶灰巖，含白云質灰巖，塊狀構造，礦物成分主要為方解石，礦石類型單一。礦區石灰巖礦體裸露于地表，無覆蓋。礦體基底為馬家溝組四段灰巖。

2） 邊坡特征，按照礦體賦存條件，采用露天開采，設計開采規模10 萬t/a。根據地表地形條件，到最終狀態時，邊坡高度可達105m。邊坡分布于奧陶系中統馬家溝組四段地層中，區內未發現斷裂構造和巖漿巖，預計整體邊坡比較穩定，但局部需要加強維護。

3 結語

針對批采標高高，礦區面積小的特定建材石料礦區，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在采礦過程中的生產安全，節省修筑運輸道路的投資。