《矿山安全技术理论》PPT课件.ppt

安全技术理论 王李管 工学博士 中南大学资源与安全工程学院 教授 讲授内容 一、矿山地质安全 二、露天矿山开采安全 三、地下矿山开采安全 矿山地质安全 矿山地质安全矿床与矿石矿物 矿床是指可开采有用矿物的富集体。 具有冶炼金属价值的固体物质称之为矿石，一般简 称为矿或矿产。 矿石矿物是指在工业上能从其中提炼出一种或数种 有用金属元素的矿物。 矿山地质安全矿物的基本特征 矿物是各种地质作用形成的天然化合物或单质，比如火 山作用。 矿物具有一定的化学成分。 矿物还具有一定的晶体结构，它们的原子呈规律的排列 。 矿物具有较为稳定的物理性质。 矿物是组成矿石和岩石的基本单位。 矿山地质安全世界主要资源分布 截止到截止到19981998年底，全世界已发现且命名的矿物有三千年底，全世界已发现且命名的矿物有三千 八百多种，其中绝大多数是无机物。八百多种，其中绝大多数是无机物。 矿山地质安全我国矿产资源情况 金属矿产矿产 探明矿矿区 铁矿铁矿1834 锰矿锰矿213 铬铁矿铬铁矿 56 铜矿铜矿 910 铝铝土矿矿 310 铅锌矿铅锌矿 710 镍矿镍矿 100 金属矿产矿产 探明矿矿区 钼矿钼矿 222 钨矿钨矿 252 锡矿锡矿 293 汞、锑矿锑矿 103 金矿矿 1265 银矿银矿 569 在我国的现代经济社会发展中，矿产资源起着重要的基础性作用，在我国的现代经济社会发展中，矿产资源起着重要的基础性作用，95%95% 左右的一次能源、左右的一次能源、80%80%以上的工业原料，大部分农业生产资料和以上的工业原料，大部分农业生产资料和1/31/3的饮用的饮用 水都取自于矿产资源。每年投入国民经济运转的固体矿产的矿石采出量达水都取自于矿产资源。每年投入国民经济运转的固体矿产的矿石采出量达5050 多亿吨，石油、天然气达多亿吨，石油、天然气达1 1亿多吨。目前，全国已建成国有矿山企业亿多吨。目前，全国已建成国有矿山企业84008400个个 ，集体个体矿山企业，集体个体矿山企业2727万多个，形成了万多个，形成了300300多个以矿业为依托的城镇。多个以矿业为依托的城镇。 我我国已探明储量的金属矿产有国已探明储量的金属矿产有5454种。种。 矿山地质安全各种金属矿开采方式 铁露天开采和地下开采。 锰有露天开采，露天水力开采。 铬地表手工，半机械化小规模开采。 钛山坡露天开采和凹陷露天开采，其次 是地下开采。 钒副产品，随主矿开采，一般为露天开 采方式。 铜主要是地下采矿和露天采矿。 铅锌以地下开采为主，少数矿区为露天开 采，后转为 地下开采。 铝以露采为主。 镍80年代以前主要以露天开采。80年代 末期转入地下开采。 钴作为副产品生产，有露天、地下、露 天-地下联合开采等方法。 钨 主要是地下开采，少量的地表砂矿采 用露天开采。 锡 采用留矿法、方格充填法、分段 空场法、无底柱分段崩落法。 钼大型的钼矿 床，储量大、埋藏浅 ，最适合露采。 汞 主要是地下开采，目前采用平窿 、斜井联合开拓的工程较多。 锑地下开采为主，露采很少。 铂族 铂族金属是在开采铜镍矿 或制作 钙镁 肥的过程中回收的。 金岩金为地下开采和露采，砂金矿 主要为露天开采。 银以坑采为主，露采的矿山很少。 铌钽 铍锂 多为露天开采。地下开采不多。 锶露天开采及地下平峒开采。 稀土 金属 主要是露天开采，仅有个别矿 山 是地下开采。 矿山地质安全矿岩的物理力学性质 a岩石的物理、水理性质. b岩石的力学性质：变形特征、强度特 征，它们与岩石的水理性质和岩石的 结构构造和岩性有关。 c岩石的强度理论和破坏准则。 内容内容 矿山地质安全矿岩的物理水理性质 物理性质物理性质 容重：容重：单位体积岩石的重量，包括干容重和湿容重。单位体积岩石的重量，包括干容重和湿容重。 空隙：孔隙与裂隙的总称。 大开型：在大气压下水能进入； 小开型：在150个大气压下或在真空中水 才能进入。 闭型空隙：与外界不通。 开型空隙开型空隙 空隙率：空隙率：空隙体积与总体积之比。 矿山地质安全矿岩的物理水理性质 水理水理性质性质 吸水率：吸水率： 在大气压力下吸入水的重量与岩石干重量之比在大气压力下吸入水的重量与岩石干重量之比 的百分数。的百分数。 饱水率：饱水率： 在高压下在高压下( (一般为一般为150150个大气压个大气压) )或真空中吸入水或真空中吸入水 的重量与岩石干重量之比的百分数。的重量与岩石干重量之比的百分数。 饱水系数：饱水系数：吸水率与饱水率之比叫饱水系数。吸水率与饱水率之比叫饱水系数。 透水性：透水性： 岩石能被水透过的性能。用渗透性系数来衡量岩石能被水透过的性能。用渗透性系数来衡量 ( (cm/s)cm/s)。 矿山地质安全岩石材料 结构面：结构面：岩体中已开裂和易于开裂的地质界面。不同岩体中已开裂和易于开裂的地质界面。不同 于几何平面，有厚度，有弯曲。例如：断层于几何平面，有厚度，有弯曲。例如：断层 、节理、劈理、节理、劈理已开裂结构面，又称不连续已开裂结构面，又称不连续 面。层理、板理、片理面。层理、板理、片理易开裂结构面。易开裂结构面。 结构体：结构体：由不连续面切割成的大小不等、形态各异的由不连续面切割成的大小不等、形态各异的 岩块。岩块。 岩体：岩体： 由不连续面和结构体组成的地质体。由不连续面和结构体组成的地质体。 岩石的结构：岩石的结构：岩石中晶粒岩石中晶粒( (结晶岩结晶岩) )和岩石颗粒和岩石颗粒( (非结晶非结晶 岩岩) )的大小、形状及结合方式。的大小、形状及结合方式。 岩浆岩岩浆岩粒状结构、斑状结构、玻璃质结构；粒状结构、斑状结构、玻璃质结构； 沉积岩沉积岩粒状结构、片架结构、斑基结构；粒状结构、片架结构、斑基结构； 变质岩变质岩板理结构、片理结构、片麻理结构。板理结构、片理结构、片麻理结构。 矿山地质安全岩石材料 结构面：结构面：岩体中已开裂和易于开裂的地质界面。不同岩体中已开裂和易于开裂的地质界面。不同 于几何平面，有厚度，有弯曲。例如：断层于几何平面，有厚度，有弯曲。例如：断层 、节理、劈理、节理、劈理已开裂结构面，又称不连续已开裂结构面，又称不连续 面。层理、板理、片理面。层理、板理、片理易开裂结构面。易开裂结构面。 结构体：结构体：由不连续面切割成的大小不等、形态各异的由不连续面切割成的大小不等、形态各异的 岩块。岩块。 岩体：岩体： 由不连续面和结构体组成的地质体。由不连续面和结构体组成的地质体。 岩石的结构：岩石的结构：岩石中晶粒岩石中晶粒( (结晶岩结晶岩) )和岩石颗粒和岩石颗粒( (非结晶非结晶 岩岩) )的大小、形状及结合方式。的大小、形状及结合方式。 岩石的构造：岩石中不同矿物集合体之间或矿物集合体与 其它组成部分之间的排列方式及充填方式 。 矿山地质安全岩石的变形特征 载荷类型 瞬时动荷作用下的变形特征：冲击荷载作用，如凿岩 爆破。 瞬时静荷载作用下的变形特征：作用时间为数分钟至 10余分钟。 长期静荷载作用下的变形特征：蠕变特征 矿山地质安全岩石的变形特征 特点特点 (1)或多或少具有一定 的弹性，但完全弹性 的岩石较少； (2)岩石的变形特征与 岩石的岩性和结构构 造有关； (3)岩石的非弹性变形 不一定只在高应力才 出现，有此岩石在低 应力条件下也出现非 弹性变形孔隙、裂 隙压缩。 I. I. 致密坚硬，玄武岩、石英岩、白云岩等；致密坚硬，玄武岩、石英岩、白云岩等； II. II. 致密较软岩石，石灰岩等；致密较软岩石，石灰岩等； III. III. 坚硬裂隙发育岩石，花岗岩、砂岩等；坚硬裂隙发育岩石，花岗岩、砂岩等； IV. IV. 叫坚硬致密的岩石，大理岩、片麻岩等；叫坚硬致密的岩石，大理岩、片麻岩等； V. V. 片岩垂直片理加压片岩垂直片理加压 VI.VI.岩盐。岩盐。 弹性弹性弹塑性弹塑性 塑弹性塑弹性 塑弹塑性塑弹塑性 塑弹塑性塑弹塑性弹塑蠕变型弹塑蠕变型 1 1. . 单调连续加载单调连续加载 矿山地质安全岩石的变形特征 2岩石的弹性参数确定( 弹模E与泊桑比) 泊桑比： 应应力应变应变 曲线为线为 直 线时线时 ： 应应力应变应变 曲线为线为 曲线时线时 ： 初始弹模 切线弹 模 割线弹 模 矿山地质安全岩石的变形特征 3. 岩石的全应力应变曲线应力应变全图 岩石全应力应变曲线岩石全应力应变曲线 A A 微裂隙压密极限微裂隙压密极限; ; B B 弹性极限弹性极限; ; C C 屈服极限；屈服极限； D D 峰值强度峰值强度; ; E E 残余强度。残余强度。 矿山地质安全岩石的变形特征 4. 岩石在循环加卸载条件下的变形特征 矿山地质安全岩石的变形特征 5. 岩石在常规三轴压缩条件下的变形特征 软岩： 3 增大：曲线斜 率上升，塑性变形增大 ， 1- 3增大； 硬岩：硬岩： 3 3 增大增大, ,曲线斜曲线斜 率几乎不变，塑性变率几乎不变，塑性变 形增大，形增大， 1 1 - - 3 3 增大。增大。 围压影响：围压影响： 软岩软岩硬岩硬岩 矿山地质安全岩石的变形特征 6. 真三轴压缩条件下的变形特征 2不变3不变 3不变，2增大， 1- 3上升；屈服限上升；塑性变形下降； 2不变，3增大， 1- 3上升；屈服限不变；塑性变形增大。 矿山地质安全岩石的强度 1. 抗拉强度 直接拉伸法直接拉伸法 劈裂法劈裂法 间接拉伸间接拉伸方形试件方形试件 点荷载法点荷载法 矿山地质安全岩石的强度 2. 单轴抗压强度 直接压缩法直接压缩法 点荷载法点荷载法 矿山地质安全影响矿岩性质的因素 1. 应力状态； 2. 矿物成分; 矿物硬度； 不稳定矿物； 粘土矿物。 3. 岩石的构造； 4. 水； 5. 温度。 矿山地质安全岩石的破坏方式与过程 破坏方式破坏方式 破坏过程破坏过程 矿山地质安全岩石的强度理论 摩尔摩尔库仑强度理论库仑强度理论 矿山地质安全岩体结构及其定义 结构面： 岩体中已开裂或易开裂的所有地质界面。 不连续面： 开裂的或抗拉强度为零或很小的结构面。 结构体： 由不连续面所切割成的岩石块体。 岩体结构： 岩体中结构单元的组合和排列形式。 组合： 结构单元在岩体中的搭配关系。 排列： 结构单无的有序和无序，不连续面的贯通 或断续特征。 岩体的力学效应 变形效应： 岩体的变形是结构面的变形和结构体的变 形的综合效应。 岩体的破坏：是结构体破坏、结构面错动、开裂或延 伸的结果。 矿山地质安全岩体构造调查 主要由巷道详细线调查及钻孔调查两部分组成。调查的主要由巷道详细线调查及钻孔调查两部分组成。调查的 主要内容包括：不连续面的几何参数（产状（倾角主要内容包括：不连续面的几何参数（产状（倾角/ /倾向）、倾向）、 间距及持续性）、不连续面表面条件（平直度、粗糙度、张间距及持续性）、不连续面表面条件（平直度、粗糙度、张 开度）、充填物性质、风化等级及地下水条件等。开度）、充填物性质、风化等级及地下水条件等。 无大于10cm的 岩芯 人工断裂 岩芯缺失部分 钻孔岩芯调查钻孔岩芯调查 巷道详细线调查巷道详细线调查 矿山地质安全岩体构造调查结果分析 节理密度等值线（调查巷道长节理密度等值线（调查巷道长 度度11481148米，节理数米，节理数39383938） 断层密度等值线（调查巷道长断层密度等值线（调查巷道长 度度11481148米，节理数米，节理数324324） 不连续面密度等值线图不连续面密度等值线图 矿山地质安全岩体构造调查结果分析 不连续面几何参数概率分布模型不连续面几何参数概率分布模型 倾角倾角 倾向倾向 间距间距 持续持续 长度长度 矿山地质安全不连续面分级 级：延长数百米以上的断层或断层破碎带。影响矿 山开拓工程的布置，影响开采顺序、矿区和矿 山山体的稳定性。 级：延长数十米至数百米的断层或层间错动面。影 响回采顺序和回采方向，影响多个采埸和多条 巷道和稳定性。 级：延长十余米至数十米的大节理或开裂层面。影 响单一采埸和单条巷道的稳定性。 级：延展性短、无充填物的节理、劈理和次生裂隙 。影响坑道和采埸的局部稳定性，影响岩体的 力学效应。 级：连续性差的小节理或隐节理，一般不切割成结 构体。主要影响岩石的力学性质。 矿山地质安全水文地质结构 含水体(层)： 孔隙含水体砂岩、砾岩。 裂隙含水体：构造变动剧烈岩体。 管道含水体：卡斯特化岩体。 隔水体(层) 层状隔水体软弱岩层 块状隔水体A由不透水岩层组成，如碳酸盐 胶结砂砾层； B地应力作用下紧闭的碎裂结 构岩体。 矿山地质安全水文地质结构 常见于没有隔水体的河间地块岩体，排泄于河湖，补给常见于没有隔水体的河间地块岩体，排泄于河湖，补给 来自河湖。它可以是统一含水体，也可以是裂隙含水体。其来自河湖。它可以是统一含水体，也可以是裂隙含水体。其 补给来源主要靠大气降水。在地块两侧河道水位相差较大时补给来源主要靠大气降水。在地块两侧河道水位相差较大时 亦可河道运流补给。其运动方式在很大程度上是受岩体结构亦可河道运流补给。其运动方式在很大程度上是受岩体结构 所控制。其运动速度受潜水面的水力坡度和岩体渗透性控制所控制。其运动速度受潜水面的水力坡度和岩体渗透性控制 。 1统一含水体结构 矿山地质安全水文地质结构 2层状含水体结构 存在于两隔水层之间的透水层中，远源补给，远缘排泄，存在于两隔水层之间的透水层中，远源补给，远缘排泄， 多多 数为承压水。数为承压水。 特点是夹于隔水层之间。其补给、运行、排泄严格受隔水层特点是夹于隔水层之间。其补给、运行、排泄严格受隔水层 控制，多半是远源补给，远缘排泄。由大气降水或者河湖补给。控制，多半是远源补给，远缘排泄。由大气降水或者河湖补给。 排泄于湖河或统一含水体内，亦可以泉水的方式溢出地表，排泄于湖河或统一含水体内，亦可以泉水的方式溢出地表，多数多数 为承压水为承压水。地下水面受上下隔水层的顶、底板控制。其运动形态。地下水面受上下隔水层的顶、底板控制。其运动形态 主要受补给区与排泄区地下水位差、运行距离及含水体的透水性主要受补给区与排泄区地下水位差、运行距离及含水体的透水性 的控制。的控制。 矿山地质安全水文地质结构 3脉状含水体结构 存在于断层破碎带或结构面内，其产状主要受断层往往 与统一含水体和层状含水体发育特征所控制，也可以把它视 为陡倾角的层状含水体，它可以有很多分枝，成为脉状地下 水系，系往往与统一含水体、层状含水体相通，使它们成为 脉状地下水补给排泄场所。 矿山地质安全水文地质结构 4管道含水体结构 存在于喀斯特化岩体，大气补给，沿卡斯特管道流存在于喀斯特化岩体，大气补给，沿卡斯特管道流 动，以喀斯特泉的方式排出。动，以喀斯特泉的方式排出。 矿山地质安全矿山地质环境与地质灾害 人类从地表和地表深处开采出巨大数额的矿石和围人类从地表和地表深处开采出巨大数额的矿石和围 岩，改变和破坏了地球表面和岩石圈的自然平衡，使地岩，改变和破坏了地球表面和岩石圈的自然平衡，使地 质环境不断地改变和恶化，给生产建设和人民生活带来质环境不断地改变和恶化，给生产建设和人民生活带来 了很大的危害，称矿山环境地质问题。当前我国矿山地了很大的危害，称矿山环境地质问题。当前我国矿山地 质环境存在的问题主要表现在下列几个方面：质环境存在的问题主要表现在下列几个方面： 矿山废水污染矿山废水污染 矿山疏干排水造成灾害频生矿山疏干排水造成灾害频生 占用和破坏大量土地占用和破坏大量土地 地质灾害频繁发生地质灾害频繁发生 大气污染大气污染 矿山地质安全矿山地质环境与地质灾害 矿山建设和生产过程中的矿坑排水，洗矿过程中加入有矿山建设和生产过程中的矿坑排水，洗矿过程中加入有 机和无机药剂而形成的尾矿水，露天矿、排矿堆、尾矿及矸机和无机药剂而形成的尾矿水，露天矿、排矿堆、尾矿及矸 石堆受雨水淋滤、渗透溶解矿物中可溶成份的废水，矿区其石堆受雨水淋滤、渗透溶解矿物中可溶成份的废水，矿区其 他工业和医疗、生活废水等。这些受污染的废水，大部分未他工业和医疗、生活废水等。这些受污染的废水，大部分未 经处理，排放后又直接或间接地污染了地表水、地下水和周经处理，排放后又直接或间接地污染了地表水、地下水和周 围农田、土地，并进一步污染了农作物，有害元素成份经挥围农田、土地，并进一步污染了农作物，有害元素成份经挥 发也污染空气。发也污染空气。 我国年排放选矿废水大约为我国年排放选矿废水大约为3636亿吨，北方岩溶地区的煤亿吨，北方岩溶地区的煤 、铁矿山，每年要排矿坑水、铁矿山，每年要排矿坑水1212亿吨，绝大部分都受到不同程亿吨，绝大部分都受到不同程 度的污染，其中度的污染，其中30%30%左右经处理使用，其他都是自然排放。左右经处理使用，其他都是自然排放。 1. 1. 矿山废水污染矿山废水污染 矿山地质安全矿山地质环境与地质灾害 2. 2. 矿山疏干排水造成灾害频生矿山疏干排水造成灾害频生 地下水深降强排，产生的巨大水头差，引起矿井突水地下水深降强排，产生的巨大水头差，引起矿井突水 事故不断发生。事故不断发生。3030多年来我国主要煤炭矿区，因突水淹没多年来我国主要煤炭矿区，因突水淹没 全矿井全矿井5858次，部分淹井次，部分淹井6464次，造成经济损失次，造成经济损失2727亿元。亿元。 在岩溶充水矿区，疏干排水引起地面塌陷，严重地影在岩溶充水矿区，疏干排水引起地面塌陷，严重地影 响地面建筑，交通运输以及农田耕作与灌溉。响地面建筑，交通运输以及农田耕作与灌溉。 沿海地区有些矿区，因蔬干排水形成海水入侵，破坏沿海地区有些矿区，因蔬干排水形成海水入侵，破坏 了当地淡水资源，影响了植物生长。了当地淡水资源，影响了植物生长。 由于排水，疏干了附近的地表水，浅层地下水长期得由于排水，疏干了附近的地表水，浅层地下水长期得 不到补充恢复，影响植物生长；有的矿区甚至形成土地石不到补充恢复，影响植物生长；有的矿区甚至形成土地石 化和沙化，生态环境遭到破坏。化和沙化，生态环境遭到破坏。 矿山地质安全矿山地质环境与地质灾害 3. 3. 占用和破坏大量土地占用和破坏大量土地 采矿活动所占用的土地（如厂房、工业广场、碓矿场）；采矿活动所占用的土地（如厂房、工业广场、碓矿场）； 为采矿服务的交通（公里、铁路等）设施；为采矿服务的交通（公里、铁路等）设施； 采矿生产过程中堆放的大量固体废弃物所占用的土地；采矿生产过程中堆放的大量固体废弃物所占用的土地； 矿山开采而产生地面裂缝、变形及地表大面积的塌陷等。矿山开采而产生地面裂缝、变形及地表大面积的塌陷等。 到目前为止，我国采矿工业占用和破坏的土地已达到目前为止，我国采矿工业占用和破坏的土地已达20002000至至 30003000万亩之多。每采万吨煤炭要塌陷土地万亩之多。每采万吨煤炭要塌陷土地3 3亩亩 。 矿山地质安全矿山地质环境与地质灾害 4. 4. 地质灾害频繁发生地质灾害频繁发生 开采引起边坡失稳、滑坡和崩塌等灾害。如阜新海洲开采引起边坡失稳、滑坡和崩塌等灾害。如阜新海洲 、平庄西露天、抚顺西露天、辽宁大孤山铁矿、湖北盐、平庄西露天、抚顺西露天、辽宁大孤山铁矿、湖北盐 池河磷矿，都发生过较严重的滑坡和崩塌，少则几百立池河磷矿，都发生过较严重的滑坡和崩塌，少则几百立 方米，多则几十万、几百万立方米，除造成运输和生产方米，多则几十万、几百万立方米，除造成运输和生产 中断、附近建筑物遭受破坏外，严重地影响人民群众的中断、附近建筑物遭受破坏外，严重地影响人民群众的 生命安全。生命安全。 矿渣及尾矿的堆放，除了占用大量土地、严重污染水矿渣及尾矿的堆放，除了占用大量土地、严重污染水 土资源及大气外，还经常发生塌方、滑坡、泥石流。土资源及大气外，还经常发生塌方、滑坡、泥石流。 尾矿和矸石堆，发生自燃放出有害的气体，污染大气尾矿和矸石堆，发生自燃放出有害的气体，污染大气 。 矿山地质安全矿山地质环境与地质灾害 5. 5. 大气污染大气污染 煤炭采矿行业工业废气排放量煤炭采矿行业工业废气排放量3954.33954.3m3/am3/a，占全国工占全国工 业废气排放量的业废气排放量的5.7%5.7%，位居第五位。其中有害物排放量，位居第五位。其中有害物排放量 73.1373.13万万t/at/a，主要为烟尘、二氧化硫、氮氧化物和一氧化碳主要为烟尘、二氧化硫、氮氧化物和一氧化碳 ，使矿山地区大气环境遭受不同程度的污染。因二氧化硫，使矿山地区大气环境遭受不同程度的污染。因二氧化硫 污染导致的我国酸雨区面积占国土面积污染导致的我国酸雨区面积占国土面积30%30%以上，主要分以上，主要分 布于长江以南、青藏高原以东地区。布于长江以南、青藏高原以东地区。 矿山地质安全引起矿山环境地质问题的原因 矿山地质环境管理十分薄弱，法律法规不健全矿山地质环境管理十分薄弱，法律法规不健全 矿山地质环境恢复资金短缺矿山地质环境恢复资金短缺 乡镇矿山的异军突起加重了矿山地质环境的破坏乡镇矿山的异军突起加重了矿山地质环境的破坏 缺少必需的技术投入和支持缺少必需的技术投入和支持 矿山地质环境治理多为矿山地质环境治理多为“末端治理末端治理” ” 激励和约束机制不完善，宣传教育的力度不够激励和约束机制不完善，宣传教育的力度不够 矿山地质安全解决矿山环境地质问题的对策 认真贯彻党和国家的环保方针、政策认真贯彻党和国家的环保方针、政策 加强矿山环境保护法律建设加强矿山环境保护法律建设 建立矿山地质环境治理基金，恢复矿山环境建立矿山地质环境治理基金，恢复矿山环境 对新办矿山采矿权审批实行矿山地质环境影响评价制度对新办矿山采矿权审批实行矿山地质环境影响评价制度 开展矿山地质环境调查，做好矿山地质环境保护规划开展矿山地质环境调查，做好矿山地质环境保护规划 加强矿山环境保护的科技研究与国际合作加强矿山环境保护的科技研究与国际合作 加强矿山环境保护宣传教育加强矿山环境保护宣传教育 矿山地质安全矿山开采对地质工程的要求 1. 1. 较大的断层、破碎带、滑坡，泥石流的性质和规模；较大的断层、破碎带、滑坡，泥石流的性质和规模； 2. 2. 含水层含水层( (包括溶洞包括溶洞) )和隔水层的岩性、层厚、产状，含水层和隔水层的岩性、层厚、产状，含水层 之间、地面水和地下水之间的水力联系，地下水的潜水位、水之间、地面水和地下水之间的水力联系，地下水的潜水位、水 质、水量和流向，地面水流系统和有关水利工程的疏水能力以质、水量和流向，地面水流系统和有关水利工程的疏水能力以 及当地历年降水量和最高洪水位；及当地历年降水量和最高洪水位； 3. 3. 矿山设计范围内原有小窑、老窑的分布范围、开采深度和矿山设计范围内原有小窑、老窑的分布范围、开采深度和 积水情况；积水情况； 4. 4. 瓦斯、二氧化碳赋存情况，矿物自然发火和矿尘爆炸的可瓦斯、二氧化碳赋存情况，矿物自然发火和矿尘爆炸的可 能性；能性； 5. 5. 对人体有害的矿物组份、含量和变化规律，勘探区至少一对人体有害的矿物组份、含量和变化规律，勘探区至少一 年的天然放射性本底数据；年的天然放射性本底数据； 6. 6. 地温异常和热水矿区的岩石热导率、地温梯度、热水来源地温异常和热水矿区的岩石热导率、地温梯度、热水来源 、水温、水压和水量，以及圈定的热害区范围；、水温、水压和水量，以及圈定的热害区范围； 7. 7.工业、生活用水的水源和水质；工业、生活用水的水源和水质； 8. 8. 钻孔封孔资料；钻孔封孔资料； 矿山地质安全矿山地质灾害实例 由于地下采空，地面及边坡开挖影响了山体、斜坡稳定，导致开裂、崩塌和滑坡等地质灾 害。长江三峡链子崖危岩体，主要由于崖下挖洞采煤已有500年历史，造成12万m2的采空区 ，使上复山体形成17组58条开裂缝和352万m3的危岩体，时刻威胁长江航道的安全。湖北远 安盐池河磷矿，采矿形成6.4万m2采空区，致使上复山体逐渐发生变形、开裂，1980年6月3 日因暴雨诱发崩塌100万m3山体，仅16秒钟就摧毁了山体下殷盐矿务局机关的全部建筑和坑 口设施，造成284人死亡，经济损失2500万元。 露天采矿场滑坡频繁发生，辽宁抚顺西露天采坑深300m，曾发生滑坡60次；甘肃白银矿 露天采坑83年7月9日发生100万m3的大型滑坡；湖北襄樊市万山采石场90年3月17日发生滑 坡，造成11人死亡等。 由于矿山排放的废渣常堆积在山坡或沟谷，暴雨诱发下极易发生泥石流，河南小秦岭西峪 沟金矿，将数万m3的矿渣堆放在沟底使河道严重受阻，94年7月，暴雨形成泥石流沿沟下泄 ，不仅道路及生产、生活设施遭到严重破坏，而且51人死亡。四川冕宁县泸沽铁矿，向盐井沟 内堆放55万m3矿渣，70年5月26日发生泥石流，冲毁房屋、堵塞河沟、死亡104人，并威胁 成昆铁路和泸沽镇安全。但还不接受教训，以后每年均有数量不等的弃渣排入沟内，因而几乎 年年都有泥石流发生。 由采矿诱发地震，也出现在我国许多矿山。由于地下矿顶板崩塌、采空区围岩变形等作用 引起，大同煤矿自1956年以来出现顶板塌落而引起的较大地震41次，最高震级3.4级，震中 裂度可达度。湖南恩斗桥煤矿7381年间发生有感地震20次，震级3级，震中烈度度。四 川自贡盐矿，7480年间发生0.83.8级地震288次，平均每年约44次。 采矿诱发地质灾害，造成大量人员伤亡和经济损失 露天矿山开采安全 露天矿山开采安全安全开采基本条件 1. 1. 工作帮及非工作帮的边坡角、台阶高度、平台宽度及台阶坡面角，符工作帮及非工作帮的边坡角、台阶高度、平台宽度及台阶坡面角，符 合设计要求；影响边坡稳定的滑体，已按设计采取了有效措施。合设计要求；影响边坡稳定的滑体，已按设计采取了有效措施。 2. 2.有防排水，防尘供水系统，各产尘点防尘措施及，装备齐全并符合要有防排水，防尘供水系统，各产尘点防尘措施及，装备齐全并符合要 求。求。 3. 3. 供电照明和通讯网络形成并安全可靠。供电照明和通讯网络形成并安全可靠。 4. 4. 采矿设备、装载机械和运输系统的安全防护装置齐全可靠；采矿设备、装载机械和运输系统的安全防护装置齐全可靠； 5. 5. 采掘爆破的避炮设施和避雷装置安全可靠。采掘爆破的避炮设施和避雷装置安全可靠。 6. 6. 尾矿和排土场按规定设置。尾矿和排土场按规定设置。 7. 7. 对开采中产生的噪音，振动、有毒有害物质的危害，有预防措施。对开采中产生的噪音，振动、有毒有害物质的危害，有预防措施。 8. 8. 水文地质及有关图纸等技术、资料齐全，有灾害预防和处理计划。水文地质及有关图纸等技术、资料齐全，有灾害预防和处理计划。 9. 9. 安全规章制度健全，按规定设置安全机构和配足安全人员，对特殊工安全规章制度健全，按规定设置安全机构和配足安全人员，对特殊工 种进行种进行 了安全技术培训。了安全技术培训。 10. 10. 采矿方法和开采顺序合理，并符合要求。采矿方法和开采顺序合理，并符合要求。 露天矿山开采安全开采工艺 1. 1. 生产控制系统生产控制系统 2. 2. 表土、废石剥离表土、废石剥离 3. 3. 凿岩凿岩 4. 4. 防尘防尘 5. 5. 爆破爆破 6. 6. 装载装载 7. 7. 运输运输 8. 8. 矿石处理矿石处理 露天矿山开采安全设计的安全要求 1. 1. 如果采场矿岩松软，而且不用爆破方法采掘作业，如果采场矿岩松软，而且不用爆破方法采掘作业， 阶阶 段高度就不得大于机械的最大挖掘高度。段高度就不得大于机械的最大挖掘高度。 2. 2. 如果采场矿岩坚硬稳固，采用爆破方法作业时，如果采场矿岩坚硬稳固，采用爆破方法作业时， 阶段阶段 高度不得大于机械最大挖掘高度的高度不得大于机械最大挖掘高度的1.21.2倍。倍。 3. 3. 如果采场矿岩为砂状的矿岩，又是人工开采时，如果采场矿岩为砂状的矿岩，又是人工开采时， 阶段阶段 高度不得大于高度不得大于1.81.8mm。 4. 4. 如果采场矿岩为松软矿岩，而且是人工开采时，阶段如果采场矿岩为松软矿岩，而且是人工开采时，阶段 高度不得大于高度不得大于3 3mm。 5. 5. 如果采场矿岩为坚硬稳固的矿岩，而且是人工开采时如果采场矿岩为坚硬稳固的矿岩，而且是人工开采时 阶段高度不得大于阶段高度不得大于6 6mm。 ( (一一) )对台阶的高度的要求对台阶的高度的要求 露天矿山开采安全设计的安全要求 1 1松软矿岩，坡面角不大于所采矿岩的自然安息角。松软矿岩，坡面角不大于所采矿岩的自然安息角。 2 2较稳固矿岩，坡面角不大于较稳固矿岩，坡面角不大于5050 。 3 3坚硬稳固矿岩，坡面角不大子坚硬稳固矿岩，坡面角不大子80 80 。 ( (二二) )对边坡角的要求对边坡角的要求 露天矿山开采安全设计的安全要求 最小工作台阶宽度必须保证运输和安全的需要。最小工作台阶宽度必须保证运输和安全的需要。 采矿和运输设备运输线路、供电和通讯线路，必须设置在采矿和运输设备运输线路、供电和通讯线路，必须设置在 工作平台稳定的坡面范围内。工作平台稳定的坡面范围内。 爆堆边缘到准轨铁路中心的距离，应不小于爆堆边缘到准轨铁路中心的距离，应不小于2.52.5mm；到窄到窄 轨铁路中心的距离，应不小于轨铁路中心的距离，应不小于2 2mm；到汽车道路的边缘的距离到汽车道路的边缘的距离 ，应不小于，应不小于1 1mm。 ( (三三) )对台阶宽度的要求对台阶宽度的要求 露天矿山开采安全防尘、防毒管理要求 露天矿中粉尘、有毒气体以及放射性物质等对人体露天矿中粉尘、有毒气体以及放射性物质等对人体“ “有害有害” ” ，必须同时具备三个必要的条件，即：，必须同时具备三个必要的条件，即： 1. 1. 空气中有这些物质存在，并超过一定的浓度空气中有这些物质存在，并超过一定的浓度; ; 2. 2. 被吸人人体被吸人人体; ; 3. 3. 对人体作用超过一定时间。对人体作用超过一定时间。 只有同时满足这三个条件，才对人体产生危害。因此只要只有同时满足这三个条件，才对人体产生危害。因此只要 采取措施，破坏这三个条件的同时存在，就能达到采取措施，破坏这三个条件的同时存在，就能达到“ “无害无害” ”的目的目 的。目前，通风仍然是最重要的措施，即不断地用新鲜空气去的。目前，通风仍然是最重要的措施，即不断地用新鲜空气去 稀释和冲淡这些有害物质，使之达到无害程度，并排出矿外。稀释和冲淡这些有害物质，使之达到无害程度，并排出矿外。 露天矿山开采安全防排水管理要求 挖沟排挖沟排( (截截) )洪洪 矿区地面防渗矿区地面防渗 防水堤坝防水堤坝 整治河道。整治河道。 露天矿的防排水方法主要包括：露天矿的防排水方法主要包括： 露天矿山开采安全防排水管理要求 ( (一一) )挖沟排挖沟排( (截截) )洪洪 位于山麓和山前平原区的矿区，若有大气降水顺坡汇流涌人位于山麓和山前平原区的矿区，若有大气降水顺坡汇流涌人 露天采场、矿床疏干塌陷区、坑采崩落区、工业广场等低凹处露天采场、矿床疏干塌陷区、坑采崩落区、工业广场等低凹处 ，造成局部地区淹没，或沿充水岩层露头、构造破碎带甚至井，造成局部地区淹没，或沿充水岩层露头、构造破碎带甚至井 口渗口渗( (灌灌) )入井下时，则必须在矿区上方、垂直来水方向修筑沟渠入井下时，则必须在矿区上方、垂直来水方向修筑沟渠 ，拦截山洪。排，拦截山洪。排( (截截) )洪沟通常沿地形等高线布置，并按一定的坡洪沟通常沿地形等高线布置，并按一定的坡 度将水排出矿区范围之外。度将水排出矿区范围之外。 露天矿山开采安全防排水管理要求 ( (二二) )矿区地面防渗矿区地面防渗 (1)(1)对于产生渗漏但未发生塌陷的地段，可用粘土或亚粘土对于产生渗漏但未发生塌陷的地段，可用粘土或亚粘土 铺盖夯实，其厚度铺盖夯实，其厚度0.5-10.5-1mm；以不再渗漏为度。以不再渗漏为度。 (2)(2)对于较大的塌陷坑和裂缝等充水通道，通常是下部用块对于较大的塌陷坑和裂缝等充水通道，通常是下部用块 石充填，上部用粘土夯实，并且使其高出地面约石充填，上部用粘土夯实，并且使其高出地面约0.30.3mm，以防自以防自 然密实后重新下沉积水。然密实后重新下沉积水。 (3)(3)对于底部出露基岩的开口塌洞对于底部出露基岩的开口塌洞( (溶洞、宽大裂缝溶洞、宽大裂缝) )，则应，则应 先在洞底铺设支架先在洞底铺设支架( (如用废钢轨、废钢管等如用废钢轨、废钢管等) )，然后用混凝土或，然后用混凝土或 钢筋混凝土将洞口封死，再在其上回填土石，当回填至地面附钢筋混凝土将洞口封死，再在其上回填土石，当回填至地面附 近时，改用近时，改用0.80.8mm粘土分层夯实，并使其高出地面约粘土分层夯实，并使其高出地面约0.30.3mm。 (4) (4)对矿区某些范围较大的低洼区，不易填堵时，则可考虑对矿区某些范围较大的低洼区，不易填堵时，则可考虑 在适当部位设置移动泵站，排除积水，以防内涝。对矿区内较在适当部位设置移动泵站，排除积水，以防内涝。对矿区内较 大的地表水体，应尽量设法截源引流，防渗堵漏，以减少地表大的地表水体，应尽量设法截源引流，防渗堵漏，以减少地表 水下渗量。水下渗量。 露天矿山开采安全防排水管理要求 ( (三三) )修筑防水堤坝修筑防水堤坝 当矿区井口低于当地历史最高洪水位或矿区主要充水岩层当矿区井口低于当地历史最高洪水位或矿区主要充水岩层 埋藏在近河流地段，并且河床下为隔水层时，应筑堤截流。埋藏在近河流地段，并且河床下为隔水层时，应筑堤截流。 ( (四四) )整治河道整治河道 矿区或其附近有河流通过，并且渗漏严重，威胁矿井生产矿区或其附近有河流通过，并且渗漏严重，威胁矿井生产 时，应采取措施整治河道。河道防渗处理措施有：防渗铺盖时，应采取措施整治河道。河道防渗处理措施有：防渗铺盖 ；防渗渡槽；河道截直；河流改道；防渗渡槽；河道截直；河流改道； 露天矿山开采安全防火管理要求 对于露天矿火灾，应遵照中华人民共和国公安部关于火灾、对于露天矿火灾，应遵照中华人民共和国公安部关于火灾、 重大火灾和特大火灾的规定进行统计报告。应遵守重大火灾和特大火灾的规定进行统计报告。应遵守中华人民中华人民 共和国消防条例共和国消防条例和当地消防机关的要求，对于各类建筑物、和当地消防机关的要求，对于各类建筑物、 油库、材料场和炸药库、仓库等建立防火制度，完善防火措施油库、材料场和炸药库、仓库等建立防火制度，完善防火措施 ，配备足够的消防器材。各厂房和建筑物之间，要建立消防通，配备足够的消防器材。各厂房和建筑物之间，要建立消防通 道。消防通道上不得堆积各种物料，以利于消防车辆通行。矿道。消防通道上不得堆积各种物料，以利于消防车辆通行。矿 山地面必须结合生活供水管道设计地面消防水管系统，井下则山地面必须结合生活供水管道设计地面消防水管系统，井下则 结合作业供水管道设计消防水管系统。水池的容积和管道的规结合作业供水管道设计消防水管系统。水池的容积和管道的规 格应考虑两者的用水量。格应考虑两者的用水量。 露天矿山开采安全潜在的边坡问题 露天矿山开采安全边坡安全管理 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 1、确定合理的台阶高度和平台宽度、确定合理的台阶高度和平台宽度 合理的台阶高度对露天开采的技术经济指标和作业安全都具合理的台阶高度对露天开采的技术经济指标和作业安全都具 有重要的意义。确定台阶高度要考虑矿岩的埋藏条件和力学性有重要的意义。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，一般不超过质、穿爆作业的要求、采掘工作的要求，一般不超过1515mm。 平台宽度不但影响边坡角的大小，也影响边坡的稳定。工作平台宽度不但影响边坡角的大小，也影响边坡的稳定。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。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。 露天矿山开采安全边坡安全管理 2 2正确选择台阶坡面角和最终边坡角正确选择台阶坡面角和最终边坡角 台阶坡面角的大小与矿岩性质、穿爆方式、推进方向、矿岩台阶坡面角的大小与矿岩性质、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。工作台阶坡面角的大小层理方向和节理发育情况等因素有关。工作台阶坡面角的大小 在各类矿上安全规程都作了详细的规定。在一般情况下，其大在各类矿上安全规程都作了详细的规定。在一般情况下，其大 小取决于矿岩的性质：松软矿岩，工作台阶坡面角不大于所开小取决于矿岩的性质：松软矿岩，工作台阶坡面角不大于所开 采矿岩的自然安息角；较稳定的矿岩，工作台阶坡面角不大于采矿岩的自然安息角；较稳定的矿岩，工作台阶坡面角不大于 5555 ；坚硬稳固的矿岩，工作台阶坡面角不大于；坚硬稳固的矿岩，工作台阶坡面角不大于7575 ，最终边坡，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。由于这些因素十分复杂，因此通常参照存在期限等因素有关。由于这些因素十分复杂，因此通常参照 类似矿山的实际数据来选择矿上最终边坡角。类似矿山的实际数据来选择矿上最终边坡角。 露天矿山开采安全边坡安全管理 3 3选用合理的开采顺序和推进方向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，坚持打下向孔或在生产过程中要坚持从上到下的开采顺序，坚持打下向孔或 倾斜炮孔，杜绝在作业台阶底部进行掏底开采，避免边坡形成倾斜炮孔，杜绝在作业台阶底部进行掏底开采，避免边坡形成 伞檐状和空洞。一般情况下应选用从上盘向下盘的采剥推进方伞檐状和空洞。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、有条理的开采向，做到有计划、有条理的开采。 4 4合理进行合理进行爆破作业，减少爆破震动对边坡的影响爆破作业，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、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，减少对边坡的破坏防止飞石伤人，减少对边坡的破坏。 露天矿山开采安全案例分析 1拟建边坡外轮廓线 平面图(台阶、坡面 线和境界线)； 2边坡岩体结构类型 分界线； 3边坡岩体结 的赤 平极射投影图(结构 面极点图或极点等 密图，相应的投影 园弧)和代表性的实 体比例投影； 4边坡潜在稳定性估 计，即预测边坡各 段是否稳定及潜在 的边坡破坏类型。 地下矿山开采安全 地下矿山开采安全安全开采基本条件 1 1地下开采矿山的井口和平碉及其主要构筑物的位置，应地下开采矿山的井口和平碉及其主要构筑物的位置，应 不受地表塌陷、山洪爆发和雪崩的危害。不受地表塌陷、山洪爆发和雪崩的危害。 2 2主要井巷的位置，应布置在稳定的岩层中，避免开凿在主要井巷的位置，应布置在稳定的岩层中，避免开凿在 含水层、断层和受断层破坏的岩层中，特别是岩溶发育的地层含水层、断层和受断层破坏的岩层中，特别是岩溶发育的地层 的流砂中。的流砂中。 3 3每个生产矿井，必须有两个独立的能上下人的直达地表每个生产矿井，必须有两个独立的能上下人的直达地表 的安全出口；各个生产中段的安全出口；各个生产中段( (水平水平) )和各个采场必须要有两个能和各个采场必须要有两个能 上、下人的安全出口与直达地表的出口相通。上、下人的安全出口与直达地表的出口相通。 4 4选用适应顶板特点的支护型式和器材，井下巷道断面的选用适应顶板特点的支护型式和器材，井下巷道断面的 宽度和高度应满足生产和行人的要求。宽度和高度应满足生产和行人的要求。 地下矿山开采安全地下开采系统 1. 1. 生产管理生产管理 2. 2. 凿岩凿岩 3. 3. 爆破爆破 4. 4. 出矿出矿 5. 5. 溜矿系统溜矿系统 6. 6. 井下破碎井下破碎 7. 7. 箕斗提升箕斗提升 8. 8. 提升井架提升井架 地下矿山开采安全安全开采基本条件 4 4选用适应顶板特点的支护型式和器材，井下巷道断面的选用适应顶板特点的支护型式和器材，井下巷道断面的 宽度和高度应满足生产和行人的要求。宽度和高度应满足生产和行人的要求。 5 5矿井有完整、合理的通风系统，采用机械通风；新矿井矿井有完整、合理的通风系统，采用机械通风；新矿井 、新水平、新水平( (区段区段) )、新采区的开采应按设计的要求形成通风系统、新采区的开采应按设计的要求形成通风系统 ，井下通风构筑物设施、设备的设置和质量以及通风的风质、，井下通风构筑物设施、设备的设置和质量以及通风的风质、 风量、风速符合要求。风量、风速符合要求。 6 6矿井开采的防排水，防尘供水、供电、照明和通风系统矿井开采的防排水，防尘供水、供电、照明和通风系统 已形成并安全可靠。已形成并安全可靠。 7 7提升、运输系统的安全保护和信号装置齐全可靠，提升、运输系统的安全保护和信号装置齐全可靠， 其设备的选择、安装试运转符合要求。其设备的选择、安装试运转符合要求。 8 8按规定选择电器设备、仪器仪表，其安装和保护装置，按规定选择电器设备、仪器仪表，其安装和保护装置， 在试运转中符合要求并安全可靠。在试运转中符合要求并安全可靠。 地下矿山开采安全安全开采基本条件 9. 9. 有自然发火的矿井有防灭火系统，消防器材、材料配置及有自然发火的矿井有防灭火系统，消防器材、材料配置及 数量符合要求。数量符合要求。 10. 10. 按规定建立矿山救护组织和按规定装备救护工具与器材按规定建立矿山救护组织和按规定装备救护工具与器材 。 11. 11. 对开采中产生的噪音、振动、有毒有害物质的危害，有对开采中产生的噪音、振动、有毒有害物质的危害，有 预防措施。预防措施。 12. 12. 水文、地质及有关图纸等技术资料齐全，有灾害预防和水文、地质及有关图纸等技术资料齐全，