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露天矿山边坡和排土场事故隐患排查与处置

发布时间:2020-04-08收藏本文关闭本文

目录:

 

 

 

一、边坡和排土场事故类型

 

 

二、影响边坡稳定的因素

(一)岩石强度及岩体结构面对边坡的影响

1.岩石强度的影响

滑坡多是剪切破坏,因此,岩石的抗剪强度是衡量边坡稳定的必要条件。

2.岩体结构面的影响

岩体失稳往往是沿结构面发生。岩体结构面对边坡稳定的影响是岩体结构面中的缝隙往往被易风化的次生矿物充填;机构面发育的岩体为地表水的渗入和地下水的活动提供了良好的通道。

(二)水文地质条件对边坡稳定影响

水对边坡岩体稳定性的影响较大。大量事实证明,滑坡多发生在雨季或解冻期。

1.静水压力和浮托力

静水压力作用的方向垂直于裂隙壁,形成三角形应力分布,是一种促使边坡破坏的推动力。

2.动水压力

水的方向与渗透的方向一致,尤其是当地下水和结构面联系在一起时,对边坡的稳定威胁更大。

3.水对边坡岩体的物理化学破坏

水对岩体的物理作用是使岩体碎裂。水在结冰时可能对岩体产生很大的膨胀力,水的蒸发也往往产生收缩性开裂而导致不同程度的破坏。

水对岩体的化学作用表现在,一定条件下,岩体矿物吸收或失去水分子而发生水化作用或脱水作用,在吸水或脱水过程中都能引起矿物体积的膨胀或收缩,尤其存在CO2时,使岩体破坏。

(三)爆破震动对边坡稳定的影响

露天矿爆破是影响边坡稳定性的重要因素。边坡岩体在爆破动力的瞬时冲击作用下,使岩体产生变形和破坏。

爆破震动产生的龟裂带,往往是导致边坡岩体发生崩塌或滑动的重要原因之一。

(四)其他因素对边坡稳定的影响

1.边坡几何形状

从岩体稳定性的角度来看,圆锥形的采场最为理想。凸形边坡适用于上部是土体或风化严重的岩体而深部是强度较高的较完整的露天矿边坡。

2.露天开采深度

3.风化作用

4.人为因素

如在边坡上部堆积石块和设备以及建立各种建筑物,有些矿山挖掘坡脚等。

 

三、边坡稳定性监测与评定

(一)边坡稳定性监测

1)边坡的各项参数。如边坡的结构、表土厚度、边坡走向长 度、边坡高度、各类平台的宽度、各种边坡角度等。

2)边坡岩体构造和边坡移动的观测。岩体构造主要指断层、较大的节理等结构面。要求绘制结构面在边坡的位置,记录有关参数。边坡移动的观测是指用仪器或简易设备探测边坡岩体的位移、变形规律。

3)边坡的整体观测检查。主要检查在生产边坡上是否存在违章开采的情况,如伞檐、阴山坎、空洞等违章开采位置、范围及严重程度等要草绘成图。

4)地下水监测。地下水监测包括监测水压及水位。测量孔隙水或裂隙水压可用管式水压计或“零流量”型水压计,且应在具承压水的钻孔中沿不同深度安装、测量。地下水水位观测亦是监控边坡稳定性及评价疏干措施可靠性的常用观测方法。

5)地震、爆破振动的监测。

(二)边坡稳定性分析与评定

根据边坡稳定性监测资料,通过分析得出被监测边坡属于稳定型边坡或不稳定型边坡的结论。存在下列问题时,可确定为不稳定型边坡:

1)边坡的各项参数大部分不符合规定要求的。

2)在某个检测剖面的边坡参数中由于边坡角超过规定要求,可能引起该段边坡岩体发生坍塌破坏的。

3)采场上部表土层未按规定要求提前剥离,致使边坡上部坡角超过规定要求可能引起表土层倒塌现象的。

4)经监测分析,采场边坡岩体中存在优势结构面可能造成边坡岩体局部破坏的。

5)采剥作业面存在伞檐、空洞、阴山坎等现象的。

6)各类边坡坡面上存在着浮石、险石,影响下部作业人员安全的。

 

边坡稳定性分析方法:

1)定性分析法:地质分析法、工程地质类比法、图解分析法、专家系统等等。

2)定量分析法:极限平衡分析法、塑性极限分析法、数值分析法、灰色系统评价法、可靠度分析法、人工神经网络分析、突变理论方法等等。

边坡稳定性分析方法:模糊综合评价法、概率风险评价法、可拓理论评价法等等。

 

四、露天矿边坡安全管理要求

确保露天矿边坡安全是一项综合性工作,包括确定合理的边坡参数,选择适当的开采技术和制定严格的边坡安全管理制度。

1)确定合理的台阶高度和平台宽度。确定台阶高度要考虑矿岩的埋藏条件和力学性质、穿爆作业的要求、采掘工作的要求。工作平台宽度取决于所采用的采掘运输设备的要求和爆堆的宽度。

2)正确选择台阶坡面角和最终边坡角。台阶坡面角与矿岩性质、穿爆方式、推进方向、矿岩层理方向和节理发育情况等因素有关。最终边坡角与岩石的性质、地质构造、水文地质条件、开采深度、边坡存在期限等因素有关。

3)选用合理的开采顺序和推进方向。在生产过程中要坚持从上到下的开采顺序,一般情况下应选用从上盘向下盘的采剥推进方向,做到有计划、有条理的开采。

4)合理进行爆破作业,减少爆破震动对边坡的影响。由于爆破作业产生的地震可以使岩体的节理张开,因此在接近边坡地段尽量不采用大规模的齐发爆破,可以采用微差爆破、预裂爆破、减震爆破等控制爆破技术,并严格控制同时爆破的炸药量。在采场内尽量不用抛掷爆破,应采用松动爆破,以防止飞石伤人,减少对边坡的破坏。

5)矿山必须建立健全边坡管理和检查制度,当发现边坡上有裂隙可能滑落或有大块浮石及伞檐悬在上部时,必须迅速进行处理。处理时要有可靠的安全措施,受到威胁的作业人员和设备要撤到安全地点。

6)矿山应选派技术人员或有经验的工人专门负责边坡的管理工作,及时清除隐患,发现边坡有塌滑征兆时有权制止采剥作业,并向矿山负责人报告。

7)对于有边坡滑动倾向的矿山,必须采取有效的安全措施。露天矿有变形和滑动迹象的矿山,必须设立专门观测点,定期观测记录变化情况。

 

五、 露天矿边坡事故预防及处置措施

(一)疏干排水法

1.地表排水

一般是在边坡岩体外面修筑排水沟,防止地表水流进边坡岩体表面裂隙中。边坡顶面也应有一定的坡度,使边坡顶部不致积水。在具有较大张开裂隙的边坡,还必须对裂隙进行必要的堵塞。

2.地下水疏干

对于地下水可采取疏干或降低水位,减少地下水的危害。地下水的疏干有天然疏干和人工疏干两种。

(二)削坡减载

“削坡”一般指放缓边坡坡率,“减载”是在滑坡体的上部主滑段和牵引段挖去部分滑体岩土以减少滑体重量和主滑体推力的工程措施。

在滑体治理中,通常需要的是在滑体主滑段挖方减少滑体下滑力,而不是在滑坡前缘挖方而减少抗滑力,在滑体下部前缘挖方会引起滑坡蠕动、边坡坍塌,加剧滑坡的滑动。所以在滑坡及潜在滑坡区内未查清滑坡性质前不可盲目削方。

(三)挂防护网

防护网按其结构形式、防护功能和作用方式分为主动网和被动网两类。主动网的防护用于坡面围护作用、限制落石、防治崩塌的发生。被动防护网的主要用于崩滑体下方的拦截落石。

采用主动网锚固筋应穿过表层破碎带,并验算其锚固力。被动网应保证基础稳定,验算崩塌落石能量,选用相应的能级规格。

(四)机械加固法

机械加固边坡是通过增大岩石强度来改善边坡的稳定性。只有当稳固边坡的其它方法诸如放缓边坡角或排水等都不可行或代价更高时,才考虑机械加固法。

1.用锚杆(索)加固边坡

用锚杆(索)加固边坡是一种比较理想的加固方法,可用于具有明显弱面的加固。锚杆是一种高强度的钢杆,锚索则是一种高强度的钢索或钢绳。

锚杆(索)一般有锚头、拉伸段及锚固段三部分组成。锚头在锚杆(索)的外面,它的作用在于给锚杆(索)施加作用力。拉伸段在孔内,其作用在于将锚杆(索)获得的预应力(拉应力)均匀地传给锚杆孔的围岩,增大弱面上的法向应力(正应力),从而提高抗滑力。

对于坚硬而又较破碎的岩石,锚杆的预应力可使锚杆孔围岩产生压应力,从而增大了破碎岩块间的摩擦阻力,提高了围岩的抗剪强度。

锚杆的长度应穿过滑动面,预应力锚杆一般长为2.5~3m。预应力锚索的长度可达到数十米乃至近百米,因而适用于加固大型边坡。

为保证锚杆(索)加固边坡的效果,在每两根锚杆(索)之间布设钢筋混凝土横梁,并在锚头和横梁上挂设钢丝网,然后在钢丝网上喷上水泥浆,以防止边坡碎石滚落和风化,并使边坡岩石构成一个与锚杆(索)加固的完整系统,加强了边坡的稳定性。

2.用喷射混凝土加固边坡

喷射混凝土是作为边坡的表面处理。它可以及时封闭边坡表层的岩石,免受风化、潮解和剥落,同时又可以加固岩石提高岩石的强度。

喷射混凝土可单独用来加固边坡,也可以和锚杆配合使用。喷层的厚度一般约为250px。为了提高喷射混凝土的强度,特别是提高抗拉强度和可塑性,可加设钢筋网。有时也可以在喷射混凝土干料中加入钢丝或玻璃纤维以提高其抗拉强度,这叫钢丝纤维补强混凝土。

3.用抗滑桩加固边坡

抗滑桩的种类很多,一般多用钢筋混凝土桩加固边坡,其中又分大断面的混凝土桩和小断面混凝土桩。前者一般用于破碎、散体结构边坡的加固,而后者一般用于块状、层状结构边坡的加固。

抗滑桩加固边坡的优点较多,如布置灵活、施工不影响滑体的稳定性、施工工艺简单、速度快、工效高、可与其它治理的加固措施联合使用、承载能力较大等。因此该方法在国内外露天矿边坡加固工程中被广泛的应用。

4.用挡土墙加固边坡

挡土墙是一种阻止松散材料的人工构筑物,它既可单一用作小型滑坡的阻挡物,又可作为治理大型滑坡的综合措施之一。

挡土墙的作用原理是依靠本身的重量及其结构的强度来抵抗坡体的下滑力和倾倒。因此,为了确保其抗滑的效果,应注意设置挡土墙的位置,一般情况下,挡土墙多设在不稳定边坡的前缘或坡脚部位。

5.用注浆法加固边坡

它是通过注浆管在一定的压力作用下,使浆液进入边坡岩体裂隙中。一方面用浆液使裂隙和破碎岩体固结,将破碎岩石粘结为一个整体,成为破碎岩石中的稳定固架,提高了围岩的强度;另一方面堵塞了地下水的通道,减小水对边坡的危害。

要使注浆能达到预期效果,注浆前须准确了解边坡变形破坏的主滑面的深度及形状,以便使注浆管下到滑面以下有利的位置。注浆管可安装在注浆钻孔中,也可直接打入。

(五)控制爆破法

目前矿山广泛采用高台阶、大直径炮孔和高威力炸药,有效地降低了采矿成本。但这些措施也造成了爆破区能量集中,以致引起最终边坡的严重后冲破裂问题。

露天矿山通常采用的控制爆破方法有减震爆破、缓冲爆破、预裂爆破和线状排孔。设计这些方法的目的是使露天矿周边边坡每平方米面积上产生低的爆炸能集中,同时控制生产爆破的能量集中,以便不破坏最终边坡。

1.减震爆破

减震爆破是最简单的一种控制爆破方法。这种方法通常与某种其它控制爆破技术联合使用,诸如预裂爆破等。

2.缓冲爆破

缓冲爆破是沿着预先设计的挖掘界限爆裂,但在主生产爆破孔爆破之后起爆这些缓冲爆破孔。缓冲爆破的目的是从边帮上削平或修整多余的岩石,以提高边坡的稳定性。

为了取得最佳的缓冲效果,全部缓冲爆破孔应该同时起爆。在坚硬岩石中,爆破后暴露的边坡面平滑整洁,且残留孔痕明显可见。

3.预裂爆破

预裂爆破是最成功、应用最广泛的一种控制爆破方法,可用来使预裂线免受生产爆破的影响。在生产爆破前起爆一排少量装药的密间距的爆破孔,使沿设计挖掘界限形成一条连续的张开裂缝以便散逸生产爆破所产生的膨胀气体。

预裂爆破的目的是对特定岩石和孔距,通过特殊的方式装药,使孔壁压力能爆裂岩石,但仍不超过它们原位动态抗压强度,以及爆破孔周围岩石不发生压碎。降低爆压可通过采用不耦合装药、间隔装药或低密度炸药来实现。

 

六、排土场安全检查

(一)排土场安全检查

排土参数包括:各类型排土场段高、排土线长度,各类型排土场的反坡坡度,汽车排土场安全挡墙的底宽、顶宽和高度,铁路排土场线路坡度和曲率半径,挖掘机排土挖掘机至站立台阶坡顶线的距离,排土机排土外侧履带与台阶坡顶线之间的距离等。依据《金属非金属矿山排土场安全生产规则》。

检查排土场滑坡。排土场滑坡时应检查滑坡位置、范围、形态和滑坡的动态趋势以及成因。

(二)排土场排水构筑物与防洪安全检查

1.排水构筑物安全检查的主要内容有:构筑物有无变形、移位、损毁、淤堵,排水能力是否满足要求等。

2.截洪沟断面检查内容有:截洪沟断面尺寸,沿线山坡滑坡、塌方,护砌变形、破损、断裂和磨蚀,沟内物淤堵等。

3.排土场下游设有泥石流拦挡设施的,检查拦挡坝是否完好,拦挡坝的断面尺寸及淤积库容。

 

七、排土场事故预防及处置措施

(一)排土场滑坡事故的原因

1. 建设初期设计、建设考虑不周。选址、规划不当,沿排土场与基底接触面滑坡。

2. 生产中排土不科学,没有严格按照设计要求组织排土作业。沿软弱面滑坡。

3.排水设施不健全。排土场内部滑坡。

4.人为因素。滥采滥挖、临近排土场爆破。

5.其它人力不可抗拒因素。地震、海啸以及大暴雨等。

(二)排土场泥石流事故的原因

矿山泥石流从成因上一般分为水动力成因泥石流和重力成因泥石流。水动力成因泥石流是大量松散的固体物料堆积在汇水面积大的山谷地带,主要是受发达地表水系的影响。重力成因泥石流是吸水岩土遇水软化,当含水量达一定时,便转化为粘稠状流体。此外,亦可能由坍塌、滑坡体直接转变为泥石流。

形成泥石流的三个基本条件为:泥石流区内含有丰富的松散岩土,山坡地形陡峻、具有较大的沟床纵坡,泥石流区的上中游有较大的汇水面积和充足的水源。

(三)排土场事故的预防措施

1.对选择的排土场场址要作水文地质、工程地质调查。分析可能发生滑坡的类型,对排土场各地段进行稳定性评价。排土场工程水文地质条件不良时,采矿工程设计中应包括处理工程措施。

稳定性评价方法;稳定性分级。

2.重视排土场建设质量。大多数矿山排土场的基底都覆盖着一层表土或一层风化软岩,这层软弱面往往成为排土场滑坡的重要诱因。因此在基底或软岩较薄时,则应在排土之前挖掉,如果较厚则可以采用爆破的方法处理,提高排土场基底的摩擦力,增加排土场的稳定性。

3.建设与完善排土场的排水设施。对流入排土场的地表水要进行拦截,不使灌入排土场内。对排土场内原有地表水以及渗入排弃岩石中的大气降水要进行疏导,可预筑渗堤、排水盲沟和其它疏排措施,将水排出。

4.修建护墙挡坡。护墙挡坡是用坚硬的岩石砌筑在可能发生潜在滑动面的位置上的一种工程治理措施。护墙挡坡只有针对潜在的特定滑动面、并对其进行周密设计和稳定性验算后,才能实施。没有可靠的稳定性验算,修建排土场重力坝是绝对禁止的,因为垮坝事故的危害更大。

5.排土场植被。加固、挡水、吸水等作用

 

 

资料来源:金属矿山

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