露天矿开采面和最终边坡角安全性与经济性定量分析评价

露天矿开采面和最终边坡角安全经济性分析 姓名 赵庆民 单位 武汉工程大学 学院 环境与城市建设学院 邮编 摘要 露天矿边坡安全是一项综合性工作 本文将针对影响露天矿安全性的开采面和最终边 坡角两大重要因素 根据 金属非金属矿矿山安全规程 GB16423 2006 中的规定 在 安全评价中采用图表的方式进行经济性与安全性的分析评价 研究如何选择矿山设计 开 采中经济性与安全性最佳的方案 其旨是有利于设计单位 建设单位选用矿山建设最佳方 案 使矿山建设工程在保障安全生产的前提下 收益最大 有利企业科学决策和安全生产 监督管理 关题词 金属非金属露天矿 经济性 安全性评价 Abstract The side slope safety of Open mine is a comprehensive work this text will aim at what can influence open mine safe mine surface and ultimate side slope angle two major factors according to metals or nonmetal mineral mine safe rules GB16423 2006 will use the graph in the Safety Evaluation to carry on the economic and safety analysis and evaluation research how to choose the best economic and safety project of mine designing and mining The purpose is benefit design and construct units to adoping the best mine construct project under the premise of safety ensure there will have largest gains it also can be conducive to project scientific decision making supervision and management of production safety Key words Metal and nonmetal strip mine security and economical estimation 矿山建设中投资者的目的是获取最大利益 管理者往往将利益最大化作为企业的核心 当监管部门提出 安全第一 时 投资者与管理者是否就已经改变初衷 答案是非常明确的 无数的事例已经证明 过分强调经济性 盲目追求经济利益 忽视矿山的安全性 将会付 出血与生命的惨烈代价 因此 如何将投资者的利益最大化和安全保障系数最大化有效地 结合起来 选用科学合理的评价方法对金属非金属露天矿进行安全评价 使投资者在确保 安全生产的前提下获得最大利益 是安全评价工作的核心目标 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 其中 合理的台阶高度 宽度 工作台阶坡面角对露 天开采的技术经济指标和作业安全都具有重要意义 因此 本文将针对影响露天矿安全性 的开采面和最终边坡角两大重要因素 根据 金属非金属矿矿山安全规程 GB16423 2006 中规定的台阶高度 宽度 坡面角和开采方式 采用图表的方式研究如何选择矿山 设计 开采中经济性与安全性最佳的方案 一 开采面和最终边坡角是露天矿的重要组成部分一 开采面和最终边坡角是露天矿的重要组成部分 露天矿边坡系指露天矿场四周由台阶 平台和运输道等构成的倾向采场的岩体 常称 为露天矿边帮 露天矿边帮可分为两大类 即非工作边帮 永久边帮 最终边帮 和工作 边帮 本文提出开采面和最终边坡角是在 金属非金属矿矿山安全规程 GB16423 2006 在矿山开采过程中单个台阶的边坡角称为台阶坡角 由于露天矿的边坡可作为铺设运 输线路 使各开采平台与地面相通或用来保证深度开采工程的安全生产 边坡作为一种构筑物 为许多工业部门所共有 例如 公路 铁路的边坡 水库的岸 坡 水坝的内外边坡 尾矿坝的边坡 山区开挖工程中的边坡等 而露天矿边坡与这些边 坡相比 有如下一些特点 1 露天矿边坡一般较高 常达几十米 甚至几百米 其走向常达几百米乃至数公里 因而边坡揭露的地层多 边坡各部分地质条件差异大 变化复杂 2 露天矿有些边坡岩石主要是火成岩 变质岩 岩石坚而强度高 但岩体的断层 节 理较发育 有些边坡岩石主要为沉积岩 层理明显 软弱夹层较多 岩石的强度较低 3 露天矿边坡主要是滑动变形 即滑坡 岩体强度高的坡常沿断层 节理 有时也沿 流层面发生 通常滑运面不甚明显 岩体强度低的滑坡主要是沿层面 软弱夹层 其次才 是沿断层 节理发育 滑动面下部还往往断岩层 通过层面 软弱夹层 断层的滑动均较 明显 而通过节理与切断岩层部分的滑动则不明显 露天矿的建设中主要由工作坡面 平台 最终边坡角组成 在矿山设计和建设施工以及安 全管理中抓住了露天矿的主要部分 将有利于矿山的安全生产和提高经济效益 二 开采面和最终边坡角的经济性和安全性评价二 开采面和最终边坡角的经济性和安全性评价 一般情况下 提高边坡稳定性的重要手段之一是减缓露天边坡角 但是 减缓边坡角 必然影响露天开采的经济效果 将大大增加剥离费用 矿山建设在设计时对开采面的坡面 角和最终边坡角的设计 只单纯地考虑边坡的稳定性 忽略经济效益 把边坡角设计过缓 这将会增大开采时的运输成本 增加无效投入 坡面角延缓过度会导致矿产资源的浪费和 矿场布局不合理 安全性与经济性未能达到最优方案 显然不科学合理 只追求眼前的产量和经济利益 将开采面和最终边坡角设计过大 边坡角过陡时 稳定性 差 易滑坡 很可能还会带来人身和设备的不安全 导致停产 经济上也会造成巨大的损 失 加上不按合理顺序采矿或边剥离边掏底 势必造成边坡整体滑动 导致矿灾 针对众多的岩层 我们选用了松软 坚硬 沙状等三种具有代表性的岩层进行经济性和安 全性评价 2 1 松软岩体经济性和安全性评价 对松软矿体的开采 开采面的高度不应大于 3 米 开采斜面不应大于 50 度 其经济 性安全性最优 2 2 坚硬岩体经济性和安全性评价 对坚硬矿体的开采 开采面的高度不应大于 6 米 开采斜面不大于 80 度 其经济性安 全性最优 2 3 沙状岩体经济性和安全性评价 对沙状矿体的开采 开采面的高度不应大于 1 8 米 自然安息角不应大于 30 度 其经济 性安全性最优 2 4 三种不同岩层工作坡面角的安全性与经济性的优化设定 图表 4 不同岩层开采坡面角度表 矿岩性质 工作阶段坡面角 松软的矿岩 不大于所采矿岩的自然安息角 较稳固的矿岩 不大于 50 度 坚硬稳固的矿岩 不大于 80 度 针对不同的岩层矿种 考虑到安全与经济性的优化组合 一般按照上述角度进行 开采作业 可有效降低开采成本和保障安全生产 2 5 最终边坡角经济性和安全性评价 最终边坡角的确定应考虑该矿山的岩石性质 地质构造 水文地质条件 开采高度 边 坡存在期限等因素 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 山最终边坡角 合理的最终边坡角还应考虑矿山开拓剥离 运输方式 边坡的综合利用和设备选型及安 全管理水平等相关因素而确定 目前边坡设计多采用类比法和经验数据 按照 金属非金属矿矿山安全规程 GB16423 2006 的规定 根据不同的开采方式 不同岩层 矿种 确定不同的开采面 开采高度 平台和最终边坡角 可有效地降低开采 费用提高经济效益 在安全评价工作中将安全性与经济性的有机结合 使矿山开采过程在 保障安全作业的前提下 尽量达到投资收益最大化 三 三 开采面和最终边坡角的安全性影响因素分析开采面和最终边坡角的安全性影响因素分析 安全性与经济性的有机结合 应根据不同的开采方式和矿山的客观实际情况 选择科 学合理的方案进行设计施工和生产 在确定开采方式前应对如下因素进行综合考虑 1 边坡岩石力学性质 地质构造的复杂程度 节理 滑面及断层有无交错 地下水位的移 动和地面降雨情况 残余构造应力的存在 2 采场内采用的爆破方式 爆破震动对边坡的影响等因素 3 采场面的拓进方式和几何形状的变化等因素的影响 4 雨季 地下水位的升降 干燥度和解冻期等自然因素对边坡稳定性的影响 5 需进行凿岩 爆破 装运和地质测量等作业 还随着回采的推进而不断移动 阶段上特 别是坡面附近的矿岩受爆破震动的影响 6 边坡的公用影响比如水库 大坝 铁道 护坡 沟渠以及开采面的台阶边坡承负着运输 压力和爆破震动及应力等方面因素的影响 四 四 开采面和最终边坡角的安全性与经济性因素有效结合开采面和最终边坡角的安全性与经济性因素有效结合 安全性与经济性因素有效结合 对如下因素应重点考虑 4 1 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 15 米 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彩的采掘 运输设备的要求和爆堆的宽度 4 2 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种类矿山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 50 坚硬稳固的矿岩 工作台阶坡面角不大于 80 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 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山最终边坡角 4 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 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 有条件的开采 在垂直露天矿边坡走向断面上 自最上一个台阶的坡顶至最下一个台阶的坡底的边线与 水平线之间的夹角称为边坡角 当露天矿延伸到达最终境界位置的边坡 称为露天矿最终 边坡 其相应的边坡角为露天矿最终边坡或称露天矿废止角 在众多的安全评价方法中 往往仅针对矿山的安全性进行评价 而忽略了经济性 本文 对金属非金属矿开采面和最终边坡角的经济性与安全性评价 重点采用了 金属非金属矿 矿山安全规程 GB16423 2006 中规定的台阶高度 宽度 坡面角和开采方式用图表的 方式直观地告诉建设单位 如何选择矿山设计 开采中经济性与安全性最佳的方案 确定 科学合理的开采面和最终边坡角 所以在安全生产 监督管理和安全评价工作的全过程中 都应该将安全性与经济性有机结合 以最小的经济投入达到安全生产 是矿山从设计 施 工建设到安全生产管理全过程中 都应该把安全性与经济性有效结合起来 采用最优化的 可比方案进行矿山开采设计 施工建设和安全生产管理 在安全评价中采用经济性与安全性的分析评价法 有利于设计单位 建设单位采用最佳 方案 使矿山建设工程在保障安全生产的前