高強(qiáng)度露天礦山工作臺(tái)階坍塌影響因素及預(yù)防措施研究

丁銀貴

(宏大爆破有限公司，廣東 廣州 510623)

玄武巖、凝灰?guī)r、火山角礫巖、安山巖等火山噴出巖露天礦山，其原生的節(jié)理裂隙發(fā)育，易發(fā)生滑坡；含黏土質(zhì)頁(yè)巖、泥巖、石膏、泥灰?guī)r、煤層等夾層的沉積巖露天礦山，邊坡巖體易發(fā)生順層滑動(dòng)，或因下部蠕滑造成上部巖體崩塌；千枚巖、板巖及片巖露天礦山，巖層較軟弱且易風(fēng)化，在邊坡位置易出現(xiàn)蠕動(dòng)變形、順層滑坡。露天礦山開采過(guò)程中，在雨水侵蝕、地下水作用、爆破振動(dòng)及其他施工干擾情況下，工作臺(tái)階易發(fā)生失穩(wěn)坍塌，給施工作業(yè)人員生命、財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)重大威脅。

目前，在露天礦山靠幫邊坡穩(wěn)定性分析與維護(hù)方面研究較多，但在工作臺(tái)階坍塌影響因素及預(yù)防措施方面研究較少。本文以舟山綠色石化基地凝灰?guī)r露天礦山為例，重點(diǎn)分析引起工作臺(tái)階坍塌的主要影響因素，研究高強(qiáng)度開采條件下預(yù)防工作臺(tái)階坍塌的措施。

1 工程概況

舟山綠色石化基地是國(guó)家石油化工“十三五”規(guī)劃重點(diǎn)項(xiàng)目，是中國(guó)(浙江舟山)自由貿(mào)易試驗(yàn)區(qū)建設(shè)的引擎，是舟山江海聯(lián)運(yùn)服務(wù)中心發(fā)展的核心，位于浙江省舟山市岱山縣大小魚山島圍墾區(qū)。舟山綠色石化基地凝灰?guī)r露天礦山是石化基地建設(shè)的重要組成部分，為大小魚山島圍墾區(qū)建設(shè)提供建設(shè)石料和施工用地，在整個(gè)石化基地建設(shè)中處于龍頭地位；礦山總工程量約8 500萬(wàn)m3，總工期39個(gè)月，開采規(guī)模大、強(qiáng)度高、工期緊。

1.1 水文地質(zhì)

礦區(qū)地勢(shì)總體中間高、西周低，大氣降水可順地形沿溝谷及邊坡面自然向東、西兩側(cè)海洋排泄。礦區(qū)開采底盤標(biāo)高+4.0 m，高于最高潮水位(歷年最高潮水位+2.59 m)，自然排水條件通暢。

地下水主要有松散巖類孔隙潛水、基巖裂隙水兩種類型。區(qū)內(nèi)松散巖類鉛厚0.30～2.30 m，巖性為含碎石粉質(zhì)黏土，透水性、富水性差，水量貧乏。節(jié)理雖較發(fā)育，但節(jié)理面平直、閉合，水的連通性差。巖石最大風(fēng)化厚度約6.50 m，地下水向下滲透的路徑不長(zhǎng)，徑流量較小，邊坡部位未見泉水露頭，僅見少量滲水，基巖裂隙水也貧乏。地下水主要由大氣降雨補(bǔ)給，沿基巖裂隙向低處徑流，向東、西、南三側(cè)海洋排泄。礦區(qū)水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單。

1.2 工程地質(zhì)

礦區(qū)巖石為火山噴出巖，中等風(fēng)化程度，呈碎粒狀。巖性為流紋質(zhì)含角礫玻屑熔結(jié)凝灰?guī)r，呈青灰色，屬較硬巖石類。以堿性長(zhǎng)石和石英為主，角礫與巖屑一般大小，少數(shù)巖石中角礫、巖屑可達(dá)40%，呈剛性形態(tài)；膠結(jié)物為玻屑、火山灰，含量一般在60%以上，玻屑常呈弧面棱角狀，部分脫玻化，巖石呈厚層塊狀，結(jié)構(gòu)均一、疏松。

礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，斷層少，節(jié)理裂隙較發(fā)育且穩(wěn)定性不高，節(jié)理間距一般為20～30 cm，并充填次生泥與巖屑，有的節(jié)理已貫通，工作臺(tái)階邊坡可見楔形體，易發(fā)生巖塊崩落等不良工程地質(zhì)現(xiàn)象。

1.3 氣候條件

礦區(qū)位于北亞熱帶南緣季風(fēng)海洋型氣候區(qū)，常年溫和濕潤(rùn)，冬暖夏涼，光照充足。年平均氣溫16.1 ℃；年平均降雨量1 200 mm，集中在梅季和臺(tái)風(fēng)季節(jié)。日最大降水量246.3 mm。

1.4 工作臺(tái)階穩(wěn)定情況

工作臺(tái)階穩(wěn)定性較差，爆破施工時(shí)會(huì)引起臺(tái)階上部區(qū)域巖石的拉裂破壞，殘留塊狀破碎帶會(huì)發(fā)生局部巖體坍塌或巖塊掉落。采區(qū)地質(zhì)情況變化大，節(jié)理裂隙發(fā)育且形態(tài)多為柱狀，巖體之間黏聚力較差，施工前期階段發(fā)生過(guò)多起工作臺(tái)階坍塌事故。

2 工作臺(tái)階坍塌的主要影響因素

影響工作臺(tái)階坍塌的因素，包括內(nèi)部因素和外部因素。內(nèi)部因素主要包括巖石性質(zhì)、巖體結(jié)構(gòu)與地質(zhì)構(gòu)造等，它們常常起著決定性的作用；外部因素主要包括地表水和地下水的作用、施工擾動(dòng)、風(fēng)化作用及開采技術(shù)條件等，它們常常起著促進(jìn)作用。

2.1 內(nèi)部因素

1) 巖石性質(zhì)。巖石性質(zhì)是組成露天礦山工作臺(tái)階巖石的基本屬性，包括巖石的空隙性、吸水性、軟化性、巖石變形、巖石強(qiáng)度等[1]。巖石孔隙度越大，巖石的吸水率就越大，水對(duì)巖石顆粒間結(jié)合物的浸潤(rùn)、軟化作用就越強(qiáng)，巖石的彈性模量和強(qiáng)度也就越低。巖石性質(zhì)對(duì)工作臺(tái)階穩(wěn)定性影響很大，軟硬相間，并有軟化、泥化或易風(fēng)化的夾層時(shí)，最容易造成工作臺(tái)階坍塌。

2) 巖體結(jié)構(gòu)。巖體變形破壞主要受巖體結(jié)構(gòu)的制約，巖體結(jié)構(gòu)不同，其礦物顆粒間聯(lián)結(jié)關(guān)系不同，力學(xué)性質(zhì)也不同[2]。巖體結(jié)構(gòu)包括結(jié)構(gòu)體和結(jié)構(gòu)面兩個(gè)基本單元，結(jié)構(gòu)面是指巖體內(nèi)在地質(zhì)發(fā)展歷史中形成的有一定方向、一定規(guī)模和形態(tài)特征的面、縫、層、帶狀的地質(zhì)界面，具有一定張開度的裂縫，或被一定物質(zhì)充填，把巖體切割成既連續(xù)又不連續(xù)的結(jié)構(gòu)體。

露天礦山工作臺(tái)階坍塌大都是剪切破壞，巖體結(jié)構(gòu)中結(jié)構(gòu)面的存在，降低了巖體的抗剪強(qiáng)度和整體強(qiáng)度，巖石抗剪強(qiáng)度越低，越容易發(fā)生坍塌。巖體結(jié)構(gòu)中結(jié)構(gòu)面也增大了巖體的變形性能，加強(qiáng)了巖體的流變力學(xué)特性和其他時(shí)間效應(yīng)，并且加深了巖體的不均勻性、各向異性和非連續(xù)性等性質(zhì)，不穩(wěn)定巖體沿著一個(gè)結(jié)構(gòu)面或多個(gè)結(jié)構(gòu)面的組合邊界產(chǎn)生剪切滑移、張性破裂和錯(cuò)動(dòng)變形等而造成工作臺(tái)階巖體的失穩(wěn)。

3) 地質(zhì)構(gòu)造。地質(zhì)構(gòu)造因素包括褶皺、斷裂、區(qū)域新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及地應(yīng)力等，這些也是影響工作臺(tái)階穩(wěn)定的主要因素，褶皺、斷裂發(fā)育區(qū)域，通常巖層傾角大甚至陡立，斷層、節(jié)理縱橫切割，構(gòu)成巖體中的切割面和滑動(dòng)面，形成滑坡、坍塌的條件，并直接控制著工作臺(tái)階坍塌的形成和規(guī)模。

2.2 外部因素

1) 地表水和地下水的作用。地表水和地下水的作用是影響露天礦山工作臺(tái)階坍塌最重要、最活躍的外部因素，大多數(shù)露天礦山工作臺(tái)階坍塌都發(fā)生在地下水活動(dòng)區(qū)域或降雨之后[3]。雨水或地面水滲入巖體，使巖體中的含水量提高，自重增加，工作臺(tái)階下滑力增大；地下水產(chǎn)生一定的靜水壓力和動(dòng)水壓力，促使工作臺(tái)階坍塌；地下水會(huì)軟化或溶蝕巖體，使工作臺(tái)階巖體強(qiáng)度降低，自身承載力降低；地下水會(huì)產(chǎn)生浮托力，使巖體有效重量減輕，臺(tái)階穩(wěn)定性下降；地下水還會(huì)對(duì)巖體結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生潤(rùn)滑作用，結(jié)構(gòu)面整體強(qiáng)度降低，從而導(dǎo)致工作臺(tái)階坍塌。

2) 施工擾動(dòng)。露天礦山施工擾動(dòng)主要包括爆破損傷、爆破振動(dòng)、開挖擾動(dòng)以及工程荷載等。爆破是露天礦山開采的主要手段，爆破損傷和爆破振動(dòng)是影響工作臺(tái)階穩(wěn)定的主要因素，爆破時(shí)產(chǎn)生的能量直接作用于臺(tái)階坡面，使工作臺(tái)階坡面及后方巖體產(chǎn)生壓碎、拉裂、損傷破壞，產(chǎn)生新的結(jié)構(gòu)面或使原生結(jié)構(gòu)面擴(kuò)大，從而導(dǎo)致失穩(wěn)坍塌，且周邊頻繁的爆破振動(dòng)慣性力和爆破振動(dòng)產(chǎn)生的超孔隙水壓力共同作用，也會(huì)促使工作臺(tái)階的失穩(wěn)坍塌；開挖施工前工作臺(tái)階處于三向受壓應(yīng)力環(huán)境并處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)，開挖施工后工作臺(tái)階原有天然應(yīng)力狀態(tài)被破壞，工作臺(tái)階坡面將不再受壓力約束，工作臺(tái)階易發(fā)生變形坍塌；工作臺(tái)階上方的鉆孔作業(yè)、挖裝運(yùn)輸?shù)裙こ毯奢d，加重了工作臺(tái)階上部荷載，并對(duì)工作臺(tái)階形成一定擾動(dòng)，促使工作臺(tái)階進(jìn)一步失穩(wěn)坍塌。

3) 風(fēng)化作用。露天礦山工作臺(tái)階暴露在自然環(huán)境中，風(fēng)化作用使原生結(jié)構(gòu)面或構(gòu)造面擴(kuò)大加劇，并可產(chǎn)生新的次生結(jié)構(gòu)面，對(duì)巖石強(qiáng)度有降低作用。

4) 開采技術(shù)條件。臺(tái)階高度、臺(tái)階坡面角、推進(jìn)方向、穿爆工藝及單段起爆藥量等開采技術(shù)條件，也是影響工作臺(tái)階穩(wěn)定性的主要因素。通常情況下，臺(tái)階高度越小，臺(tái)階越穩(wěn)定；臺(tái)階坡面角越小，臺(tái)階越穩(wěn)定；推進(jìn)方向與節(jié)理裂隙、斷層走向之間的夾角越大，臺(tái)階越穩(wěn)定；單段起爆藥量越小，受爆破影響越小，臺(tái)階越穩(wěn)定。

3 工作臺(tái)階坍塌的預(yù)防措施

3.1 組織管理措施

采區(qū)節(jié)理裂隙發(fā)育，斷層等結(jié)構(gòu)弱面雜亂，邊坡及臺(tái)階滑塌風(fēng)險(xiǎn)大；施工機(jī)械設(shè)備多，人員雜，施工強(qiáng)度高，施工擾動(dòng)大。因此，要堅(jiān)持“安全第一、預(yù)防為主、綜合治理”的安全方針，建立完善的安全管理體系，制定預(yù)防工作臺(tái)階坍塌、爆破作業(yè)安全管理、鉆爆施工安全管理等制度，逐級(jí)簽訂工作臺(tái)階安全責(zé)任狀，制定預(yù)防工作臺(tái)階邊坡坍塌等安全專項(xiàng)方案，堅(jiān)持每日小檢查、每周大檢查、事故應(yīng)急演練等。

1) 控制臺(tái)階推進(jìn)速度。高強(qiáng)度露天礦山工作臺(tái)階推進(jìn)速度快，施工擾動(dòng)頻繁，開挖施工后工作臺(tái)階原有應(yīng)力狀態(tài)被破壞，在尚未形成新的應(yīng)力平衡下工作臺(tái)階又繼續(xù)往前推進(jìn)，使得工作臺(tái)階始終處于應(yīng)力不平衡狀態(tài)，導(dǎo)致工作臺(tái)階失穩(wěn)坍塌。控制工作臺(tái)階推進(jìn)速度，是一種有效預(yù)防其坍塌的手段，施工中多開拓工作面，使每個(gè)工作面的平均推進(jìn)速度在7 d形成一個(gè)作業(yè)循環(huán)(穿孔、爆破、挖運(yùn))。

2) 設(shè)置坍塌警示區(qū)、禁止交叉作業(yè)。在極不穩(wěn)定的臺(tái)階區(qū)域設(shè)置臺(tái)階坍塌警示區(qū)，防止施工設(shè)備進(jìn)入后加重臺(tái)階上部荷載，同時(shí)防止臺(tái)階坍塌造成下方人員傷亡和設(shè)備損壞。禁止交叉作業(yè)，上臺(tái)階進(jìn)行前排孔鉆孔、裝藥作業(yè)時(shí)，爆區(qū)下方臺(tái)階禁止一切作業(yè)；前排孔距臨空面不得少于2 m，前排炮孔鉆鑿前必須對(duì)坡面進(jìn)行排險(xiǎn)，排險(xiǎn)完成后拉好警戒繩，做好安全標(biāo)示。鉆機(jī)鉆孔時(shí)，操作人員應(yīng)遠(yuǎn)離鉆機(jī)鉆臂，機(jī)身應(yīng)垂直于臨空面，特別是在前排孔作業(yè)時(shí)，禁止鉆機(jī)平行于臨空面鉆孔；合理安排各爆區(qū)的鉆孔、挖裝作業(yè)，盡量避免白天停工、晚上加班搶鉆，避免多臺(tái)鉆機(jī)搶鉆同一爆區(qū)，嚴(yán)禁多臺(tái)鉆機(jī)同時(shí)搶鉆前排孔。

3.2 技術(shù)措施

3.2.1 GPS變形監(jiān)測(cè)

不同于靠幫邊坡，露天礦山工作臺(tái)階推進(jìn)速度快，始終處于動(dòng)態(tài)變化中，變形監(jiān)測(cè)較為困難。根據(jù)舟山綠色石化基地凝灰?guī)r露天礦山經(jīng)驗(yàn)，采用GPS技術(shù)對(duì)露天礦山工作臺(tái)階進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)較為適用[4]。GPS系統(tǒng)由空間段(GPS衛(wèi)星星座)、控制段(地面段)和用戶段(GPS接收機(jī))三部分組成，可以實(shí)時(shí)觀測(cè)工作臺(tái)階的平面位置及高程，計(jì)算工作臺(tái)階橫向變形與豎向變位。GPS監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)穩(wěn)定可靠，且盡可能不受各種不利因素的影響，在選定變形觀測(cè)點(diǎn)時(shí)，要考慮當(dāng)前露天礦山工作臺(tái)階推進(jìn)情況，盡量選擇在工作臺(tái)階坡頂線2 m范圍內(nèi)。

3.2.2 分區(qū)開采

為減小地表和地下水對(duì)工作臺(tái)階穩(wěn)定性的影響，舟山綠色石化基地凝灰?guī)r露天礦山采用分區(qū)開采技術(shù)，既可達(dá)到降壓疏干排水的目的，同時(shí)又可以提高開采強(qiáng)度，解決高強(qiáng)度開采和工作臺(tái)階快速推進(jìn)的不穩(wěn)定問(wèn)題。分區(qū)開采是將一個(gè)大的開采區(qū)分成若干個(gè)中小開采區(qū)，每個(gè)小開采區(qū)保證2個(gè)以上工作臺(tái)階同時(shí)開采，在滿足最小開采平臺(tái)寬度的情況下，盡可能加快各采區(qū)的垂直降深速度，利用下層工作臺(tái)階開槽進(jìn)行降水和排水，降低水力坡度曲線和地下水位。分區(qū)開采如圖1所示。

3.2.3 調(diào)整推進(jìn)方向

推進(jìn)方向與巖層走向之間的關(guān)系是影響工作臺(tái)階穩(wěn)定的重要因素。當(dāng)工作臺(tái)階推進(jìn)方向與巖層走向平行時(shí)，工作臺(tái)階最穩(wěn)定；當(dāng)工作臺(tái)階不具備與巖層走向平行推進(jìn)時(shí)，工作臺(tái)階推進(jìn)方向與巖層走向之間交角越小，工作臺(tái)階越穩(wěn)定；當(dāng)工作臺(tái)階推進(jìn)方向與巖層走向垂直，工作臺(tái)階推進(jìn)方向與巖層傾向一致時(shí)(即工作臺(tái)階坡面方向與巖層傾向相反)，工作臺(tái)階穩(wěn)定；當(dāng)工作臺(tái)階推進(jìn)方向與巖層走向垂直，工作臺(tái)階推進(jìn)方向與巖層傾向相反時(shí)(即工作臺(tái)階坡面方向與巖層傾向一致)，工作臺(tái)階易發(fā)生坍塌；最不利的情況是，工作臺(tái)階推進(jìn)方向與巖層走向平行，工作臺(tái)階坡面方向與巖層傾向一致，工作臺(tái)階坡面角大于巖層的傾角，工作臺(tái)階最容易發(fā)生坍塌。

調(diào)整工作臺(tái)階推進(jìn)方向，使其朝著最有利于工作臺(tái)階穩(wěn)定的方向推進(jìn)。工作臺(tái)階推進(jìn)方向與巖層走向關(guān)系如圖2所示。

圖1 分區(qū)開采示意圖

圖2 工作臺(tái)階推進(jìn)方向與巖層走向關(guān)系

3.2.4 降低臺(tái)階高度

臺(tái)階高度是露天礦開采重要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，直接影響穿孔、鏟裝等露天開采生產(chǎn)工藝的效率和礦山經(jīng)濟(jì)效益。臺(tái)階高度大，臺(tái)階數(shù)目減少，有利于降低成本，但工作臺(tái)階邊坡穩(wěn)定性降低，因此，必須綜合考慮經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和安全因素，確定合理的臺(tái)階高度。

舟山綠色石化基地凝灰?guī)r露天礦山為發(fā)育單一的火山碎屑巖，節(jié)理裂隙較發(fā)育且穩(wěn)定性不高。當(dāng)臺(tái)階頂部存在節(jié)理裂隙或破碎帶時(shí)，在質(zhì)量一定的情況下，臺(tái)階高度越高，節(jié)理間的巖塊重力勢(shì)能就越大，當(dāng)巖體之間的黏聚力不能抵抗重力勢(shì)能時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致巖塊塌落。

挖掘機(jī)工作參數(shù)也是影響臺(tái)階高度的因素之一，要求臺(tái)階高度既要保證作業(yè)安全，又要提高挖掘機(jī)工作效率。根據(jù)《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》相關(guān)規(guī)定：露天臺(tái)階開采過(guò)程中，堅(jiān)硬穩(wěn)固礦巖機(jī)械挖裝時(shí)，臺(tái)階高度應(yīng)不大于機(jī)械最大挖掘高度的1.5倍。舟山綠色石化基地凝灰?guī)r露天礦山開采臺(tái)階高度為15 m，大部分采區(qū)機(jī)械的最大挖掘高度在10 m左右，僅滿足施工的最基本要求，沒(méi)有為挖裝作業(yè)預(yù)留足夠安全空間，本身安全冗余度不高。另外，臺(tái)階過(guò)高也對(duì)現(xiàn)場(chǎng)鉆孔、裝藥等的施工作業(yè)人員和設(shè)備帶來(lái)一定安全隱患，高度越高人員及設(shè)備的重力勢(shì)能越大。若采取臺(tái)階降高措施，即使發(fā)生坍塌事故，也會(huì)因?yàn)榕_(tái)階高度的下降而降低人員和設(shè)備的傷亡程度。

為有效降低工作臺(tái)階坍塌的風(fēng)險(xiǎn)，提高挖裝安全系數(shù)及效率，保證人員和設(shè)備作業(yè)安全，將臺(tái)階高度從15 m降為12 m，從而保證了工作臺(tái)階穩(wěn)定。

3.2.5 調(diào)整鉆孔傾角

舟山綠色石化基地凝灰?guī)r露天礦山主要采用垂直深孔爆破，爆破后梯段頂部經(jīng)常因爆破拉裂形成裂縫，一部分裂縫地表可以顯現(xiàn)，經(jīng)過(guò)后續(xù)排險(xiǎn)可以消除安全隱患，而對(duì)于表面不明顯的內(nèi)部損傷，在雨水沖刷或爆破振動(dòng)等影響下，可能會(huì)引起局部坍塌事故。其次，垂直深孔爆破后形成的臺(tái)階坡面角過(guò)大，梯段坡面幾乎呈垂直狀態(tài)，穩(wěn)固性比較差，會(huì)進(jìn)一步增加巖體塌落的機(jī)率。為保證安全生產(chǎn)，降低坍塌發(fā)生概率，最后排鉆孔采用傾斜鉆孔，調(diào)整炮孔角度由90°到75°，大大提高了工作臺(tái)階穩(wěn)定性。垂直深孔及傾斜深孔布置示意圖見圖3所示。

3.2.6 采用逐孔起爆技術(shù)

爆破施工是影響工作臺(tái)階穩(wěn)定的主要因素，炸藥爆炸后形成的應(yīng)力波會(huì)損傷巖體，使巖體力學(xué)性質(zhì)下降，從而影響臺(tái)階邊坡的穩(wěn)固性，主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面[5-7]：一方面，爆破震動(dòng)產(chǎn)生慣性力，導(dǎo)致工作臺(tái)階邊坡整體下滑力增大，可能出現(xiàn)動(dòng)力失穩(wěn)；另一方面，爆破震動(dòng)荷載的循環(huán)作用導(dǎo)致邊坡巖體的剪應(yīng)力增加，原有弱面裂紋、裂隙延伸擴(kuò)展，甚至出現(xiàn)新的裂紋，巖體物理力學(xué)性質(zhì)如抗剪強(qiáng)度、黏聚力等降低，再次爆破時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致破碎巖塊塌落。另外，爆破振動(dòng)會(huì)對(duì)工作臺(tái)階邊坡產(chǎn)生累計(jì)損傷，當(dāng)累計(jì)達(dá)到一定程度時(shí)，也會(huì)造成工作臺(tái)階邊坡的位移，甚至是坍塌等危害。

在實(shí)施臺(tái)階爆破作業(yè)時(shí)，還可以根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況選擇合理的起爆順序、在地質(zhì)條件較差區(qū)域盡量控制爆區(qū)規(guī)模、選擇合理裝藥結(jié)構(gòu)、根據(jù)臺(tái)階位置改變最小抵抗線方向等方法降低爆破振動(dòng)對(duì)臺(tái)階坡面的影響，降低坍塌風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，在爆堆挖裝后，派遣專用設(shè)備及時(shí)進(jìn)行邊坡排險(xiǎn)作業(yè)，也能進(jìn)一步降低坡面巖塊塌落的風(fēng)險(xiǎn)。

舟山綠色石化基地凝灰?guī)r露天礦山采用逐孔起爆技術(shù)降低爆破對(duì)工作臺(tái)階穩(wěn)定的影響。孔內(nèi)使用2發(fā)10段380 ms非電導(dǎo)爆雷管，排間采用5段110 ms非電導(dǎo)爆管雷管錯(cuò)段，孔間采用3段50 ms非電導(dǎo)爆管雷管錯(cuò)段，同排采用2段25 ms非電導(dǎo)爆管雷管錯(cuò)段，爆區(qū)內(nèi)相鄰炮孔起爆時(shí)間錯(cuò)開[8]。逐孔起爆網(wǎng)路如圖4所示。

圖3 傾斜深孔與垂直深孔對(duì)比

圖4 逐孔起爆網(wǎng)路

3.3 經(jīng)濟(jì)措施

1) 安全風(fēng)險(xiǎn)抵押金制度。為保證現(xiàn)場(chǎng)安全生產(chǎn)，提高全員安全意識(shí)，使全體員工自覺遵守安全法律法規(guī)、規(guī)章、制度，做到“自保、互保、聯(lián)保”，從而創(chuàng)造一個(gè)安全高效、和諧的工作環(huán)境，按照全員參與、風(fēng)險(xiǎn)共擔(dān)的基本原則，在全項(xiàng)目部范圍內(nèi)開展安全風(fēng)險(xiǎn)抵押活動(dòng)，即所有人員根據(jù)安全監(jiān)管范圍及責(zé)任大小繳納數(shù)額不等的安全風(fēng)險(xiǎn)抵押金。

項(xiàng)目各級(jí)人員安全風(fēng)險(xiǎn)抵押金按年度繳納，身兼數(shù)職的人員以最高職位繳納抵押金。項(xiàng)目部實(shí)行“安全一票否決”制，發(fā)生輕傷及以上生產(chǎn)安全事故，全員當(dāng)季安全獎(jiǎng)取消，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)抵押金扣罰。考核時(shí)間間隔以月為單位，安全獎(jiǎng)按月發(fā)放，從而激勵(lì)員工安全高效地投入到工作中。

2) 預(yù)防工作臺(tái)階坍塌專項(xiàng)資金。為了進(jìn)一步加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)安全管理，確保工作臺(tái)階坍塌預(yù)防措施有效落實(shí)，項(xiàng)目部設(shè)立預(yù)防工作臺(tái)階坍塌專項(xiàng)資金。設(shè)立預(yù)防工作臺(tái)階坍塌專項(xiàng)資金專用賬戶，由預(yù)防工作臺(tái)階坍塌領(lǐng)導(dǎo)小組管理，專用于完善和改進(jìn)工作臺(tái)階坍塌預(yù)防措施，確保工作臺(tái)階的安全推進(jìn)。專項(xiàng)資金實(shí)行專款專用，不得挪作他用。

4 技術(shù)效果、經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益分析

4.1 技術(shù)效果分析

預(yù)防工作臺(tái)階坍塌措施符合有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，采用了GPS變形監(jiān)測(cè)、傾斜鉆孔、逐孔起爆等較為先進(jìn)、成熟的施工工藝，使用了RTK、高精度非電導(dǎo)爆管雷等較為先進(jìn)的裝備、材料，整體技術(shù)先進(jìn)性好、可靠性高。

預(yù)防工作臺(tái)階坍塌措施適用于大部分采用露天開采的礦山工程或一般土石方工程項(xiàng)目，特別是臺(tái)階高度高、推進(jìn)速度快、地質(zhì)條件差、臺(tái)階坍塌風(fēng)險(xiǎn)大的項(xiàng)目，適用范圍廣。

預(yù)防工作臺(tái)階坍塌措施極大地降低了臺(tái)階在正常推進(jìn)過(guò)程中發(fā)生坍塌事故的風(fēng)險(xiǎn)，根據(jù)舟山綠色石化基地凝灰?guī)r露天礦山施工統(tǒng)計(jì)，采用預(yù)防措施前發(fā)生工作臺(tái)階坍塌的頻次平均為28次/a，采用預(yù)防措施后發(fā)生工作臺(tái)階坍塌的頻次平均為11次/a，采取預(yù)防措施后工作臺(tái)階坍塌的頻率降低了60.7%，安全風(fēng)險(xiǎn)大幅度降低。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益分析

采用預(yù)防工作臺(tái)階坍塌措施的經(jīng)濟(jì)效益主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面。一是提高礦山生產(chǎn)能力和設(shè)備利用率。采用預(yù)防措施后提高了工作臺(tái)階穩(wěn)定性，縮短了前后工作面交替時(shí)間和發(fā)生坍塌事故的處理時(shí)間。以本工程為例，在同樣的道路開拓、工作面準(zhǔn)備和人員設(shè)備投入條件下，采用預(yù)防措施前礦山實(shí)際生產(chǎn)能力平均為2 550萬(wàn)m3/a，采用預(yù)防措施后礦山實(shí)際生產(chǎn)能力平均為2 830萬(wàn)m3/a，礦山實(shí)際生產(chǎn)能力和設(shè)備利用率明顯提高。二是降低鉆孔及爆破施工成本。采用預(yù)防措施特別是調(diào)整推進(jìn)方向和使用逐孔起爆技術(shù)后，爆破效果改善明顯，爆破塊度更加均勻，大塊和根底大大減小。以本工程為例，在同樣的爆破效果情況下，采用預(yù)防措施前平均延米爆破量為20.5 m3/m，炸藥單耗為0.36 kg/m3；采用預(yù)防措施后平均延米爆破量為22.0 m3/m，炸藥單耗為0.34 kg/m3，延米爆破量增大，炸藥單耗降低。三是減少了事故財(cái)產(chǎn)損失和事故處理費(fèi)用。采用預(yù)防措施后極大地降低了工作臺(tái)階坍塌事故發(fā)生的頻率，且在發(fā)生坍塌事故時(shí)，GPS變形監(jiān)測(cè)可提前進(jìn)行臺(tái)階坍塌預(yù)警，以便及時(shí)將人員、設(shè)備撤離危險(xiǎn)區(qū)域。

4.3 社會(huì)效益分析

預(yù)防工作臺(tái)階坍塌措施技術(shù)先進(jìn)性、適用性和安全性均較好，對(duì)防止工作臺(tái)階坍塌有著重要的作用，有效保障了施工作業(yè)生命安全，使國(guó)家﹑企業(yè)財(cái)產(chǎn)不遭受或少遭受損失，在降低施工成本的同時(shí)，還可提高礦山施工的管理水平，社會(huì)效益顯著。

5 結(jié) 語(yǔ)

高強(qiáng)度露天礦山工作臺(tái)階推進(jìn)速度快、穩(wěn)定性差，通過(guò)對(duì)舟山綠色石化基地凝灰?guī)r露天礦山的研究，得出影響工作臺(tái)階穩(wěn)定性的主要因素和預(yù)防工作臺(tái)階坍塌的主要措施。實(shí)踐證明，預(yù)防工作臺(tái)階坍塌的措施技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、效益顯著。采取預(yù)防措施后提高了施工效率，降低了施工成本，提高了臺(tái)階的穩(wěn)定性、降低了工作臺(tái)階坍塌的頻率，同時(shí)減少了臺(tái)階滑塌引起的傷害事故，有效保障了作業(yè)人員生命安全和國(guó)家、企業(yè)財(cái)產(chǎn)安全，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，對(duì)類似工程具有指導(dǎo)意義。