洪水塘灰巖礦采剝系統安全預評價

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

洪水塘灰巖礦礦山為新建項目，在此之前未進行規模開采作業，礦山沿砂石骨料生產線向南沿山坡地形修建了簡易的礦山道路。礦區范圍面積為0.565km2，開采標高2300m～2440m。礦區石灰巖裸露地表，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。礦區的內部運輸主要為礦石、生產材料的運輸，礦石和廢石均采用陜重39t 自卸車作礦用自卸汽車運輸。

2 采剝系統評價

2.1 采剝系統概況

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，再對散落在采場內的粘土或輝綠巖剝離物，用推土機集堆運走。

礦山采剝作業過程中，根據礦體形態及巖石物理特性，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）事故發生的主要原因有：由于生產過程中露天采場邊坡參數不合理；采場、臨時排土場周邊及其平臺內沒有設置截排水設施或設施損壞等，都易造成邊坡失穩、坍塌（滑坡）的危險，雨季可能產生泥石流，作業前未對坡面危巖、孤石進行清理，可能危及作業人員和設備、生產安全。

2.2.2 高處墜落

（1）因采場危險區域內、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域；（2）在邊坡上進行高處作業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，由于失重、高溫、大風或作業人員生理因素差等導致作業人員墜落，而造成傷亡事故；通往采場的人行通道，坡度太陡；（3）高處作業未制定作業規程，現場安全管理不到位；或作業人員疏忽大意，疲勞過度；（4）高處作業時安全防護設施損壞或高處作業時無人監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。爆破事故的發生原因主要有爆破器材質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；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程操作；單人作業等；（2）鏟裝作業過程中，司機操作失誤或違章作業；鏟裝作業時鏟斗經過自卸汽車駕駛室，礦巖掉落；在邊坡、鏟裝半徑內坐臥、停留；挖掘機檢修操作失誤，滾石傷人；采場多臺階作業時，上部臺階滾石引發的物體打擊；（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；（4）安全帽等勞保用品穿戴不齊或未按照規范佩戴等；（5）臺階上下同時作業時，上部臺階墜物及滾石可能對下部臺階的作業人員造成傷害；（6）礦區有小節理、裂隙發育，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，經常導致機械傷害事故的發生。

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火物質，故產生內因火災的可能性不大；可能產生火災的條件體現在：施工機械使用的油品具有發生火災的危險，挖掘機、裝載機、汽車等移動設備因違規操作、缺乏消防滅火設施等有發生火災的可能；當電機及其控制裝置或其它電氣設備內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生短路以及線路過電流有可能引發電氣火災。

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 邊坡失穩魚刺圖分析

圖1 采場邊坡失穩的魚刺圖分析

露天開采的主要危險是邊坡失穩引起滑坡、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，甚至停產。因而對礦山邊坡穩定性必須予以足夠的重視。

本魚刺圖分析了邊坡失穩的主要因果關系，用于對邊坡危險因素的預測和分析，見圖1。影響采場邊坡失穩的原因主要有：地質因素（主要為邊坡體內存在軟弱結構面），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。可能導致本項目施工邊坡失穩的影響因素分析如下：

3.2.1 地質因素

地質勘察深度不足，節理裂隙發育，對開采布置有影響。礦區地層總體呈一傾向北東的單斜構造，目前已發現2 條斷層，編號F1、F2，F1 斷層位于礦區北部，走向北東-南西向，傾向近北東向、傾角 40°～55°。F2：位于礦區北東部，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。礦區內有3 組構造節理，其中第1 組最發育，第2 組次發育，第3 組發育一般。不良地質對設計參數存在影響。邊坡穩定性一般，在雨季集中強降雨、地下水、爆破震動等不利因素作用下，可能沿層面發生滑坡、崩塌。總之，與開采有關的工程地質巖組巖性較復雜，地質構造發育，礦床開采直接圍巖強度較低；露天采場邊坡穩定性一般，局部地段易發生礦山工程地質問題。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，即可避免工程地質問題的發生。

3.2.2 邊坡結構因素

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

雖礦床都位于當地侵蝕基準面之上，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，可能會對邊坡穩定造成影響，采場邊坡在雨季經過雨水沖刷、浸泡極有發生滑坡、坍塌的可能。

3.2.4 生產因素

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，避免臺階高度設置超高影響邊坡穩定。

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定。

3.2.6 設計因素

若設計中未結合礦區地質構造情況進行設計，或設計的采場參數不符合規范要求，爆破參數未結合周邊影響等，亦可能會造成邊坡失穩。

4 采場邊坡穩定性分析評價

設計的東側最終邊坡高為96m，南側最終邊坡高為138m，礦區有 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。礦區可溶鹽巖巖體發育3組節理裂隙，節理裂隙以第1、2 組節理裂隙具代表性，節理裂隙平均間距為0.5m，屬IV 級結構面。石灰巖飽和狀態下平均抗壓強度64.33MPa，軟化系數0.89，換算成f 系數為7.23。可能滑動體平均容重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（節理間距）取 0.5m，Ck=6.2×103kPa）。

依據技術規范，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。最終計算結果均符合安全穩定系數要求，因此本礦山設計的邊坡參數安全合理。

表1 最終境界邊坡穩定性計算結果

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定性產生影響。因此礦山要提高安全生產意識，在特殊情況下采取相應的保證邊坡穩定的措施，比如在靠幫邊坡的生產爆破時采取控制爆破技術、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時，作業人員應當系安全帶，不得站在危石、浮石上及懸空作業。嚴禁在同一坡面上下雙層或者多層同時作業；（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）作業前和作業中以及每次爆破后，應當對坡面進行安全檢查。發現工作面有裂痕，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）企業在建設中及建成后的生產中應做好邊坡監控工作，及時發現和預報滑坡、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 結論

洪水塘灰巖礦為新建項目，對其進行采剝系統安全預評價，通過有害因素辨識和安全檢查表及危險性分析等手段發現洪水塘灰巖礦邊坡失穩危險等級為Ⅲ級，是主要的危險有害因素。利用魚刺圖分析了邊坡失穩的因素，并對其進行穩定性分析，結合礦山實際條件給出了相應的安全措施及建議，確保礦山企業安全生產。