露天礦山開采安全措施的預防

張 先

（準格爾旗金正泰煤炭有限責任公司，內蒙古 鄂爾多斯 010300）

露天礦山開采是一個復雜且浩大的地質工程，在開采過程中需要大量的人力及物力的支持，并且在整個開采過程中存在許多不安全因素，比如火災、塌陷、突水、起重、中毒、觸電等，影響露天礦山開采安全的因素多種多樣，這些因素有一部分是礦山本身自然條件方面的原因，還有一部分是人為因素，這些不安全因素盡管表現形式不大相同，但是歸根結底都是因開采活動對原有地質生態環境破壞而引起的，如果在開采過程中沒有對危險因素進行有效控制，將會引發地質災害，一旦地質災害發生不僅會影響到露天礦山開采效率和質量，還會嚴重威脅到開采安全，造成一定的經濟損失，拉高露天礦山開采成本[1]。近年來隨著采礦業的大力發展，露天礦山開采安全管理和監管工作沒有得到重視，在開采過程中地質災害頻發，據統計全球每年在露天礦山開采過程中出現的地質災害將近4650起，造成人員傷亡數量達到3600人左右，造成的直接經濟損失超過3500萬元，相當于全球經濟生產總值的4.6%，重特大事故時有發生，目前礦山地質災害的防治已經成為礦產行業發展必須解決的問題[2]。為了解決該問題，國家已經出臺了相應的政策和制度，但部分企業和施工單位仍存在安全措施不到位、監管不力的問題，嚴重威脅露天礦山開采安全。綜上所述，施工安全是露天礦山開采的頭等大事，為了保證露天礦山開采安全，提高對開采安全的重視，此次提出露天礦山開采安全措施的預防研究，對開展露天礦山開采工作與安全管理具有重要的理論指導意義和工程使用價值。

1 露天礦山開采安全措施的預防

露天礦山開采過程中經常出現坍塌事故、水工環地質災害、中毒事故以及火災事故，針對這些問題，此次分別對這四方面提出相應的預防措施，以此保證露天礦山開采安全。

1.1 預防塌陷事故發生的安全措施

坍塌事故是露天礦山開采過程中常見的一種地質災害，其主要形成原因是因為采空區頂板在開采設備荷載作用下，施工壓力大于頂板承受壓力，也就是采空區頂板厚度沒有達到露天礦山開采安全厚度的要求，采空區頂板就會失去穩定性，從而出現坍塌事故，嚴重威脅露天礦山開采安全，針對該問題，提出預防坍塌事故發生的安全措施。

首先在開采前需要對采空區頂板厚度進行預測，估算出采空區頂板最小安全厚度，其計算公式如下：

公式（1）中，G 為采空區頂板最小安全厚度，單位為m；α為采空區跨度，單位為m；γ為采空區頂板巖容重，單位為KN.m；N 為露天礦山開采作業設備附加荷載，單位為Kpa；為安全系數，通常取值1.5；L 為頂板巖體結構削弱系數，通常取值8.5-10.5；H 為采空區頂板巖拉應力，單位為Kpa；F 為載重沖擊系數；κ為采空區頂板巖容許拉應力，單位為Kpa。利用上述公式計算出采空區頂板安全厚度，如果厚度滿足露天礦山開采要求，則開采過程中不需要考慮坍塌事故發生，如果采空區頂板安全厚度沒有達到露天礦山開采要求，則需要采取相應的應對措施。首先在開采車間利用金屬網噴錨方法對采礦區頂板比較薄弱的區域進行支護，噴錨支護的具體位置和數量要根據開采車間或開采巷道的面積來定，通常情況下是在車間四周各設立四個噴錨支護，再以此向中心設立不同數量的支護；然后將重量比較中的開采設備安置在頂板比較穩定的區域內，如果頂板出現裂隙，需要在其周圍設立警告牌，示意施工人員不得靠近開區域；最后運用填充法將采空區內部填滿，填充物可以是開采過程中生產的破碎巖石或砂土，填充強度對開采巷道和開采車間塌陷具有較好的改善作用，通過以上安全措施可以有效預防露天礦山開采過程中塌陷事故的發生。

1.2 預防水工環地質災害發生的安全措施

露天礦山開采活動會破壞掉周邊淺層地下水空間結構，水文地質結構主要由隔水層、底板和含水層組成，水文地質結構變化主要受到自然因素和人為因素兩種條件的影響。受自然條件的影響，自然降水和降雪都會引發水文地質結構含水層水位和水量的變化，含水層水位升高，但是承壓水的水位會比較穩定，通常情況下，地下水文地質結構都具有一定的承壓特征，如果不受到外界因素的影響，地下水會在兩個隔水層之間保持一定的穩定狀態，上覆巖層會對地下水產生一個靜壓力，其與地下水的承壓力相互抗衡，水文地質結構不會發生太大改變[3]。如果受到人為因素的影響，在露天礦山開采前期，通過礦井基建作業，各種巷道和礦井的挖掘會直接揭露水文地質結構的含水層和隔水層；在露天礦山開采期間，由于礦區地下賦巖結構遭到破壞，形成的冒裂帶向上擴展將直接影響到水文地質結構的含水層，使含水層結構發生改變，將會導致地下水沿著裂縫涌入礦井。此外在露天礦山開采過程中如果觸碰到隔水層，上覆巖層會逐漸剝落，此時地下水的承壓力大于上覆巖層給予的靜壓力，會使含水層水壓增大，隔水層底板無法承受含水層水壓直接涌入采空區，水文地質結構發生改變，地下水承載壓力失衡，礦山周圍地下水水位會提高，水體會通過開采產生的縫隙向上涌出，從而引發水工環災害發生。

為了有效預防水工環地質災害發生，露天礦山開采過程中必須要做好排水措施。首先要建立完善的露天礦坑封閉圈以上永久性的防洪排水溝系統，確保在露天礦山開采過程中地表水無法直接流入露天礦坑內，通過防洪排水溝直接將地表徑流引導開采范圍之外，隨著露天開采深度加深，還需要在礦坑周圍加筑攔洪大壩和排洪溝，避免地下水水位上升時地下水流入露天礦坑內；然后利用廢棄的露天礦坑抑制洪峰，對開采完畢的廢棄露天礦坑不要立即填充，可以將其作為儲水構筑物，調節儲排平衡關系，以此緩解露天礦山開采過程中排水壓力，有效降低排水成本，降低地下水給露天礦山開采作業帶來災害性影響；最后在露天礦山開采過程中，根據對礦區周邊淺層地下水水位、水壓以及水量的監測信息，在露天礦坑邊幫平臺上打設簡易的臨時截水溝和排水溝，當開采區周邊淺層地下水水位、水壓、水量過高時，利用排水溝及時將多余的地下水進行排除，降低地下水水壓和水位，并且利用截水溝將滲入水及時攔截住，將深入水引入到周邊排水系統中，減小地下水對露天礦山開采安全的影響。通過以上安全措施，有效預防露天礦山開采過程中水工環地質災害的發生。

1.3 預防中毒事故發生的安全措施

在露天礦山開采施工過程中，礦體周圍會含有一部分有毒氣體，比如一氧化碳、氨氣、一氧化硫、二氧化硫、沼氣等，這些有毒氣體會隨著開采工作的進展逐漸涌入開采車間和開采巷道，當開采車間和巷道內有毒氣體達到一定濃度值后，就會對開采人員產生損害，進而引發中毒事故發生。為了預防露天礦山開采過程中出現中毒事故，提出以下安全措施：首先在開采車間及巷道內開設通風口，保證有毒氣體順利排出，以及開采車間及巷道內有毒氣體濃度不會超標；然后在開采車間及降到內安置氣體檢測裝置及報警裝置，利用檢測裝置對車間和巷道內有毒氣體進行時時監測，當檢測到有毒氣體超出預先設定的標準時，報警裝置就會立即發起警報，提示施工人員及時撤離；最后在開采車間和巷道內放置防毒裝備，如果開采車間和巷道內部有毒氣體超標，即使施工人員沒有充足的時間撤離，也可以保證施工人員的人身安全。通過以上安全措施，可以有效預防露天礦山開采過程中中毒事故的發生。

1.4 預防火災事故發生的安全措施

在露天礦山開采過程中，礦層頂板巖石剝離過程中礦體內部會形成大量的漏風通道，如果礦體內含有易燃物質，當空氣隨著巷道進入開采車間，致使礦坑內礦體發生自燃現象，通常情況下礦體發生自燃后火勢會迅速向周圍蔓延，甚至會延燃至地表，從而形成礦坑火災與地表火災相結合的火災事故，為了預防露天礦山開采過程中出現火災事故，可以采取鉆孔注水和泥漿填充兩種安全措施，如果礦區范圍內溫度較低，大約在45°左右，可以采取鉆孔注水的方式，在礦產頂板巖石上鉆孔，利用水泵向孔內注入水，以此降低礦體內易燃物質的溫度，避免出現自燃；如果礦區面積較大，且溫度較高，大約在85°左右，此時采取注水鉆孔已經不合適，應該實施泥漿填充措施，利用泥漿填充和包裹易燃物質，阻止礦體內易燃物質與空氣的接觸，防治易燃物質被氧化，此外泥漿還能夠增加采空區的填充密度，避免采空區漏風供氧，降低露天礦山開采過程中采空區氧氣的濃度，從而降低易燃物質與氧氣反應的速率和產熱量，起到防止易燃物質自燃的目的。

除了采取以上安全措施以外，還要做好日常的預防工作，

（1）所有參與露天礦山開采工作的施工人員，尤其是下坑作業人員要提高警覺意識，一旦發現有明火或者煙氣冒出等情況，要及時向上級匯報，同時拉起警報，及時提示下坑作業人員撤離。

（2）在露天礦山開采過程中，如果發現爆破孔及周圍地區在爆破完成一段時間后任然有煙氣冒出，需要立即對爆破孔進行封堵，避免空氣通過爆破孔與礦體內易燃物質接觸引起火災，施工人員在封孔時要佩戴防護裝備，避免中毒。

（3）當礦坑開采完畢后，對于礦產剖面露出的空洞，及時用黏土或者砂土進行覆蓋和掩埋，避免礦體裸露在外的剖面與空氣接觸引起自燃著火。

（4）利用檢測裝置時時監測采空區自燃火區，使用的檢測裝置有易燃氣體檢測報警儀、礦坑溫度測量儀、爆破孔溫度測量儀、遠紅外測溫儀以及礦坑火災氣體采樣儀等，一旦預測出有火災發生，首先立即將下坑作業人員撤離到安全區域，利用儲水系統中的水對開采車間、巷道及采空區進行降溫，防治火災發生及進一步的擴大。

（5）將用于爆破的炸藥進行妥善保管，將其放置在離開采區域較遠的地區，單獨設立一個倉庫用于炸藥儲存，避免火災引起爆炸。通過以上安全措施，可以有效預防露天礦山開采過程中火災事故的發生。

2 結束語

此次結合相關文獻資料，對露天礦山開采安全措施的預防進行了研究，提出了相關的預防策略及預防措施，有效控制露天礦山地質災害的形成，有助于露天礦山開采工作安全順利開展，提高了開采工作的安全性，對露天礦山開采安全管理具有重要了參考價值。由于此次進行露天礦山開采安全措施的預防研究時間較短，雖然取得了一定的研究成果，但是還存在一些不足之處，提出的意見和建議在實際應用時還需結合具體礦山地質環境特征，從而改善露天礦山安全開采現狀。