矿山地质安全课件

1,矿山地质安全,省安培钟普光,2,矿山地质安全,采掘业的特征,没有固定的工作空间和场所,工作环境条件受工程地质和水文地质状况的影响较大,矿山采掘生产工程的布置与施工，采掘工艺的选择，都需要以正确的地质资料为依据。,矿山地质条件的变化直接影响安全生产工作。,为了保证采矿活动的顺利进行，我们必须了解矿山地质构造、水文地质以及岩石的性质等对矿山采矿安全生产和地质环境的影响。,3,学习内容,第二单元矿床地质构造和对矿山安全生产的影响,第三单元矿床水文地质和对矿山安全生产的影响,第五单元矿山地质环境与地质灾害,第一单元矿岩性质和对矿山安全生产的影响,第四单元矿山开采对矿山地质工程的要求,4,第一单元矿岩性质和对矿山安全生产的影响,一、矿岩的基本物理力学性质,二、矿岩的物理力学性质与矿山安全生产的关系,三、矿岩的物理化学性质与矿山安全生产的关系,5,一、矿岩的基本物理力学性质,矿岩的基本物理力学性质与采矿工作有着密切的联系，它影响着采矿方法的选择、采矿工程的部署和爆破参数的选择。,有些性质往往与采掘工作的安全有关。,矿岩的基本物理力学性质主要有：岩石的弹性、塑性、脆性、硬度、韧性、强度、容重、比重、碎胀性和特征阻抗等。,6,(一)岩石的弹性、塑性和脆性,1.岩石的弹性,是指受到外力作用的岩石，在除去外力后恢复原来的形状和体积的性质。,弹性大的岩石，在凿岩爆破时不易破碎。,2.岩石的塑性,是指岩石在解除外力后发生变形而不被破碎的性质，如含水的黏土或泥质灰岩等。,朔性大的岩石，爆破时易使炮眼扩大，爆破效果差。,3.岩石的脆性,指岩石受力后变形很小就发生碎裂的性质。,岩石的脆性愈大，愈容易被爆破所破碎。,7,(二)岩石的硬度和韧性,1.岩石的硬度,是指岩石抵抗外物侵入的能力。,岩石越硬切削具越难切入岩石，钻进效率就愈低。,2.岩石的韧性,又称作动力硬度，是指岩石抵抗外力保持整体状态的属性。,它的大小与岩石的组织和构造有关，韧性大的岩石，凿岩爆破就比较困难。,硬度大的岩石往往比较脆，易爆破。,8,(三)岩石的强度,1.定义,指完整的岩石开始被破坏时的极限应力值。,2.分类,可分为抗压强度、抗拉强度和抗剪强度。,通常情况下：抗压抗剪抗拉强度。,岩石怕拉不怕压。,一般来讲岩石的强度越大，爆破起来越困难。,岩石的吸水性愈强，岩石强度大为降低，变形加大。,岩石的强度越高，其抵抗外力使其变形、破坏的能力越强，则巷道就越稳定。处在强度较高的围岩中的巷道，不支护（裸巷）就可维持巷道的稳定。,在巷道或采场中，以及当露天边坡过陡或形成伞岩时，易发生冒顶片帮和岩体坍塌事故。,9,(四)岩石的相对密度、视密度和孔隙度,1.相对密度(真密度),是指单位体积的致密岩石(除去孔隙)的重量。,2.视密度(容重),是指单位体积原岩(包括孔隙)的重量。,是评价岩石密实程度和坚固性的指标。,大小与岩石的组成成分、密度、空隙大小和含水量有关。,岩石的容重对爆破、特别是抛掷爆破的影响比较大，容重越大，所需炸药越多。,3.孔隙度,是指岩体中空孔隙的体积与岩石体积之比，常用百分数()来表示。,孔隙度大的岩层爆破效率较低，并且空隙中往往含水较多，会造成施工困难。,对岩石的强度和透水性有着重要的影响。随着岩石孔隙度的增大，透水性增大，岩石的强度降低，削弱了岩石的整体性；同时，又由于孔隙的存在加大了岩石内部与水、气接触面积，加快了风化速度，使孔隙又不断增大。,10,(五)岩石的碎胀性,1.定义,是指岩石破碎后，其体积比原岩体积增大的性质。,碎胀程度的大小常用碎胀系数(或松散系数)来表示。,坚硬而致密的岩石的碎胀系数比松软的岩不的碎胀系数要大。,在掘进和采矿工作中，要充分考虑岩石的碎胀系数。,例如，为了容纳破碎后体积增大的岩石，需留出足够的空间；相反，为了提高爆破效果，可适当减小爆破空间，形成挤压爆破。,2.几种岩石的碎胀系数,11,(六)岩石的含水性和特征阻抗,1.岩石的含水性,是指矿岩裂缝和孔隙中含水的性质。,岩含水性直接影响到矿石的提升，运输，矿仓内储矿。矿岩含水过多，会使排水费用增加。,2.岩石的特征阻抗(波阻抗),岩石的密度与纵波在岩石中传播速度的乘积。,特征阻抗的大小反映了岩体对纵波传播的阻力大小。,实验证明，炸药的特征阻抗与岩石的特征阻抗愈接近，则炸药爆炸时传给岩石的能量愈多，爆破效果越好。,空气的特征阻抗比岩石和炸药的特征阻抗都要小得多，当炸药能量从炸药传给空气再传给岩石时，能量损失极为严重。,12,二、矿岩的物理力学性质与矿山安全生产的关系,(一)矿岩的坚固性与矿山安全生产的关系,1.矿岩的坚固性,是指矿岩抵抗外力的能力。,矿岩抵抗工具侵入和爆破破碎。,2.矿岩的工程分级,常按照矿岩普氏系数f的大小分级，共分为十级。,矿岩的坚固性用普氏系数f表示。,矿岩普氏系数f在0.320。,矿岩的坚固性系数越大，其强度和硬度也越大，矿岩越坚固。,矿岩越坚固，凿岩速度慢，炸药消耗量大。,13,3.与矿山安全生产的关系,矿岩的坚固性系数是选择破岩和井巷维护方法的科学依据。,软矿岩：f34；滑石、石膏、岩盐等；可爆破和机械落矿；,中硬矿岩：f=410；一般用凿岩爆破落矿；,硬矿岩：f10；只能用凿岩爆破落矿，且落矿的工程量和费用占回采作业比重很大。,14,(二)矿岩的稳固性与矿山安全生产的关系,1.矿岩的稳固性,矿石或岩石在空间允许暴露面积的大小和暴露时间长短的性能。,2.矿岩稳固性分级,不允许有暴露面积,允许的暴露面积在50m2以内,不支护的暴露面积50-200m2,不支护的暴露面积200-800m2,不支护的暴露面积800m2以上。,是指掘进巷道或开辟采场时，不允许有暴露面积，否则，可能产生冒顶片帮现象。在巷道掘进时，须提前进行支护维护。,在这类矿岩中，允许有较小的不支护的暴露空间。,15,3.与矿山安全生产的关系,矿岩稳固性对采矿工程中正确选择采矿方法、合理确定矿山工程的支护、维护及施工设计有重大的影响。矿体围岩的稳固程度与矿山安全生产的关系极为密切。,当顶板的岩性较松软，岩层压力又较大时，就容易发生冒顶片帮事故，支护和维护的工作量相应增加；,如果围岩较稳固，岩层压力也不大，则不容易发生冒顶片帮事故，支护的工作量也相应减少。,采场顶底板的稳固程度主要取决于岩性和岩层压力两个因素。,16,在矿山井巷开采和工作面掘进前，既要查清围岩的稳固性，又要摸清岩层的压力大小，以便为矿山安全生产提供依据。,在巷道掘进时，遇到岩石松软、节理发育、断层裂隙较多或遇到破碎带时，就必须及时加以支护，以防冒顶片帮事故发生。,确定岩石的稳固性，首先要考虑岩体的结构。,岩体结构有整体结构、块状结构、层状结构、碎裂结构和松散结构等类型。,稳固性和坚固性既有联系又有区别，一般在节理发育、构造破碎地带，岩石的破碎性好，即岩石容易破碎，爆破效果好，但其稳固性却大为下降。,17,三、矿岩的物理化学性质与矿山安全生产的关系,1.放射性,地球所含放射性元素主要是铀、钍、镭；钾、铷、钐等放射性同位素；还有氡及其子体。,当剂量超过允许值时，会影响人体健康。,2.氧化性,是指硫化矿石在水和空气的作用下，发生氧化还原反应，变为氧化矿石的性质。,降低选矿回收率，导致结块或自燃。,3.自燃性,高硫矿石（含硫率在18-20%以上）氧化生热并自发燃烧的性质。,对采矿方法的选择有影响，即采下矿石不能在采场大量长时间堆放。,18,4.结块性,是指采下的矿石遇水和受压后又连结在一起的性质。,对放矿、装矿和运输有影响。,5.有害物质,在矿山开采过程中常产生粉尘,尘肺病。,砷、汞等金属能引起人员中毒,开采过程中还可能逸出一些有毒有害气体,如氡及其子体、SO2、CO、CH4、H2S等。,在矿山生产过程中，应对上述有害物质进行调查，以便采取适当的防护措施，保护矿工的身体健康。,19,第二单元矿山地质构造和对矿山安全生产的影响,一、矿山地质构造,二、褶皱与断裂构造,三、矿床地质构造与矿山安全生产的关系,20,一、矿山地质构造,(一)地质构造的概念,(二)岩层的产状,21,(一)地质构造的概念,1.定义,地壳运动形成的各种构造形迹。,2.地质构造的类型,水平构造、单斜构造、褶皱构造、断裂构造。常见的是后三种。,基本保持水平状态的沉积岩层（倾角50）。,与水平面有一定交角的岩层（50倾角850）。如果岩层向一个方向倾斜，而倾角又近于相等。,22,(二)岩层的产状,1.定义,是指岩层在空间产出的状态和方位。,2.岩层产状三要素,描述岩层在空间的延伸方位及其倾斜程度。,用层面的走向、倾向和倾角。,走向：岩层延伸的方向。,倾向：岩层面倾斜的方向。,倾角：岩层倾斜程度。,23,走向,24,图岩层产状要素,AOB(走向线),OD(倾斜线的水平投影),走向,走向线：岩层面与水平面的交线。,走向：走向线两端所指的方向。,以方位角表示，走向的方位角有两个，相差1800。,OD(倾斜线),倾向,最大倾斜线：垂直走向线顺倾斜面向下引出的直线。,倾向：最大倾斜线在水平面的投影所指的方向。以方位角表示，只有一方向，且与走向垂直。走向倾向900,(倾角),倾角,岩层面与水平面的最大夹角。0900变化,25,二、褶皱与断裂构造,(一)褶皱构造,1.褶皱构造的概念,层状的岩石经过变形后形成波浪起伏的弯曲形态，但其连续性和完整性没有受到破坏的地质构造。,2.褶曲的的几何要素,褶曲是褶皱中的一个弯曲，是褶皱的基本单位。,26,褶皱要素示意图,翼部褶曲岩层的两坡。,核部褶曲岩层的中心。,轴面平分褶曲两翼的假想面，可以是平面也可以是曲面。,转折端褶曲两翼岩层互相过度的弯曲部分。,枢纽,枢纽轴面与岩层面的交线，可以是水平的也可以是倾伏状。,转折端,27,3.褶曲的基本形式,褶曲有背斜和向斜两种基本形态。,背斜,岩层向上凸起的弯曲，两翼岩层倾向相背，其核部岩层较老，两翼岩层较新。,天然拱形、结构稳定，不易储水。,向斜,岩层下凹的弯曲，两翼岩层倾向相向，其核部岩层较新，两翼岩层较老。,底部低凹，易汇集水，承受静水压力。,28,1.断裂构造的概念,(二)断裂构造,岩石受力后发生变形并达到一定程度，使岩石的连续完整性受到破坏的地质构造。,2.断裂构造的基本形态,有节理和断层两种。,29,2.节理(裂隙),(1)定义,断裂两侧的岩层或岩体沿破裂面断开，但没有发生显著位移的断裂构造。,破裂面称为节理面。节理面可以是平坦的，也可以是不平坦的，甚至是弯曲的。,节理普遍存在于岩石中，如果岩层的节理发育，即意味着岩层的裂隙很多。,影响节理发育程度的原因：岩石性质、岩层厚度、局部应力集中情况。,30,节理的分类,原生节理,风化节理,构造节理,剪节理,张节理,走向节理,倾向节理,斜向节理,顺层节理,(2)节理的分类,在褶皱构造的核部最为发育，其特点是裂口稍长，断裂面粗糙不平，面上无擦痕。,特点是裂缝平直、延伸方向稳定、裂隙面平整光滑；通常切穿岩石中的颗粒；有两组同时出现，相交呈“X”形；多为闭合性节理。,31,3.断层,(1)定义,岩层或岩体受力断裂后，两侧岩块沿断裂面发生了明显的位移的断裂构造。,断层的规模大小不一，小的断层延长只有几米，相对位移只有几厘米，大的断层可延续几百公里至几千公里。,32,断层破碎带,(2)断层的要素,断层面,两侧岩块发生相对位移的断裂面。,多数的断层其断裂面附近的岩石被构造应力挤碎，形成具有一定宽度的带状碎裂岩石。,断层线,断层面与地面的交线。断层在地表的出露线。,断盘,断层面两侧的岩体。,当断层面倾斜时，位于断层面上方的称为上盘；位于断层面下方的称为下盘。,断距,断层两盘沿断层面相对移开的距离。,33,走向断层,倾向断层,斜交断层,顺层断层,(3)断层分类,根据断层走向与两盘岩层产状的关系分,34,根据断层两盘相对位移的方向分,根据组合分类,35,三、矿床地质构造与矿山安全生产的关系,地质构造控制着矿体的空间分布和形态，主要包括褶皱、断层和裂隙等。,地质构造控制着矿体的空间分布和形态，对矿山安全生产影响很大。,(一)褶皱与矿山安全生产的关系,(二)节理与矿山安全生产的关系,(三)断层与矿山安全生产的关系,36,(一)褶皱与矿山安全生产的关系,1.成矿前形成的褶曲，直接影响矿山工程的开拓系统、采矿方法的选择。,2.成矿后形成的褶皱，使勘探和采矿工作变得复杂。,3.在背斜核部和向斜核部由于岩石裂隙发育，比较破碎，顶压较大，易发生冒顶片帮和透水事故。,背斜核部顶压一般较小；在向斜核部顶压一般较大。,4.皱曲可使矿层的产状发生变化，有时可利用重力搬运对矿内运输有利。,37,(二)节理与矿山安全生产的关系,1.在节理发育的岩石中，沿节理面打眼，容易卡钎，由于节理面有裂隙，放炮时容易漏气，爆破效率低。,2.受节理的影响，爆破后坑道会偏离中线，使坑道变形。,3.在节理发育的地段施工，容易发生滑坡和坍塌事故。,4.地下水和地表水容易沿节理发育的裂隙渗入或灌入矿坑。,5.节理特别发育的地段，不宜采用空场法或房柱法采矿。,6.在施工中坑道应布置成与主要节理垂直或成锐角。,38,(三)断层与矿山安全生产的关系,1.断层往往会增加探矿工作量和施工难度。,2.断层往往会增加开拓巷道的数量和总长度，并造成掘进施工的困难。,3.在断层中施工往往会冒顶片帮，从而增加巷道支护和维护的工作量。,4.断层会影响采场的设计和回采工作，如会增加矿石的损失和贫化。,5.断层是地下水的良好通道，在断层中掘进要制定防水治水措施，以防透水事故发生。,6.在断层部位采矿，不宜使用空场法和长壁法，宜采用充填法和房柱法。,39,在矿床开采过程中，地下水经常涌入坑道，或是引起一部分地表水流入矿坑，使采掘工作复杂化，甚至可能造成严重的生产安全事故。,对于矿山工作者应掌握一定的矿床水文地质知识，根据矿井不同的水文地质特征，选择正确的采矿方法，合理布置采掘巷道，实施有效的预防性防水措施，减少或控制矿井水害对开采的影响。,第三单元矿床水文地质和对矿山安全生产的影响,40,一、矿坑充水,(一)矿床充水条件分析,(二)矿坑充水水源,(三)矿坑充水通道,二、水文地质与矿山安全生产的关系,41,一、矿坑充水,(一)矿床充水条件分析,是计算涌水量、预测突水、矿床疏干和矿井排水设计的重要依据。,42,(二)矿坑充水的水源,矿坑充水的水源包括：地下水、地表水、大气降水和废旧矿坑积水等。,1.地下水,地壳里的水统称为地下水。,某些矿床的矿体本身就含有较大的空隙，其中充满了地下水。,某些矿体的围岩具有较大的空隙，也充满了地下水。,(1)地下水的概念,(2)地下水的分类,按含水层的空隙性质，地下水可分为孔隙水、裂隙水和岩溶水。,43,孔隙水,是松散沉积岩层中所含的水，以及岩石孔隙中所含的水。,这种水源的水量一般比较小。,在开采松散沉积层中或接近松散沉积层内的矿产时，常遇到这种水源。,裂隙水,是埋藏于坚硬岩石裂隙中的地下水。,坑道揭露含有裂隙水的矿体和围岩时，裂隙水便会涌人坑道，形成矿坑涌水。,当裂隙水和其他水源无联系时，矿坑的涌水量会逐渐减少，甚至干涸；当有联系时，则会造成淹井事故。,我国大部分金属矿床都分布有层状及脉状裂隙水。,裂隙水和岩溶水相比，涌水量较小，但水压很高。,44,岩溶水,是埋藏于岩溶性溶洞中的水。,岩溶水具有埋藏深、水量大、水压高、来势猛、涌水量稳定、不易排干和突水规律受岩溶发育状况控制等特点。,45,2.地表水,地壳表面的水统称为地表水。,开采位于海、河、湖泊和水库等地表水体影响范围内的矿产时，在一定的条件下，成为矿坑充水的水源。,在研究地表水对矿坑充水的影响时，要注意研究地表水与坑道之间的地层和构造的关系，以及所采用的采矿方法。,地表水对采矿的威胁较大，在勘探及采矿时，要对地表水体加以足够重视。,46,3.大气降水,大气中的水叫大气水。,大气降水的渗入是多数矿区矿坑充水的经常性补充水源之一。,大气降水有明显的季节性，夏天雨季，山区可能形成洪水，威胁矿山生产安全。,开采处于低地且埋藏较浅的矿床，在无其他水源的情况下，大气降水将是矿坑充水的主要来源；,开采高于河谷地段的矿床，大气降水将是矿坑充水的惟一水源。,47,4.废旧矿坑积水,废旧矿坑和巷道由于长期停止排水，而积聚的水。,当生产坑道接近它的时候，这些水便成为突水的水源。,这类水源突水的特点是短时涌水量大，来势猛，具有很大的破坏性，容易造成淹井事故。,这类水源的水的酸性强，具有腐蚀性，常伴随有毒有害气体涌出，对安全生产的危害性很大。,48,顶板冒落裂隙带,地面岩溶疏干塌陷带,不正确的开采方法,勘探钻孔封孔质量不佳,揭露旧巷道,(三)矿坑充水通道,如采用崩落法，会造成地表裂隙、坍塌，使地下水、地表水以及大气降水渗入或涌入矿坑，造成突水。,49,1.在建井时期，当涌水量过大时，需要采取治理措施，增加投资，妨碍施工进度，影响建井质量；,2.具有侵蚀性的矿坑水能腐蚀露天矿坑和井巷中的各种金属设备（如轨道、支架和各种采掘机械），污染作业环境；,二、水文地质与矿山安全生产的关系,3.矿坑水降低坑道的顶板、底板和边帮的稳固性，增加支护和维护的难度；,4.露天矿山的地下水会破坏边坡的稳定，造成边坡坍塌和滑坡事故，影响正常生产，甚至被迫停产；,5.当地质情况不清，突然遇到大量涌水时，会造成井下采场、巷道淹没，大量人员伤亡和设备毁坏。,据统计分析，井下透水事故是我国地下矿山危害较严重的事故之一。,50,第四单元矿山开采对矿山地质工程的要求,一、对矿山设计使用的地质勘探报告书的要求,地质资料是矿山设计、建设和生产的依据，其完备程度和可靠性与矿山企业的建设和生产有直接关系，并直接影响着矿山企业的经济效益和安全生产。,二、保存和填绘矿图,51,一、对矿山设计使用的地质勘探报告书的要求,第5条,较大的断层、破碎带、滑坡、泥石流的性质和规模；,(2)含水层（包括溶洞）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、水质和流向，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；,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；,52,矿井水害防治工作坚持“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的原则，落实“防、堵、疏、排、截”五项综合防治水措施。,“防”主要指合理留设各类防水煤柱，“堵”主要指注浆封堵具有突水威胁的含水层，“疏”主要指探放老空水和对承压含水层进行疏水降压，“排”主要指完善矿井排水系统，“截”主要指加强地表水的截流治理。,采掘工作面探水前，必须编制探放水设计，并严格按设计要求进行超前探放水。,井田内及周边区域水文地质条件不清的，严禁进行采掘活动。,53,沼气、二氧化碳赋存情况，矿物自然发火和矿尘爆炸的可能性；,对人体有害的矿物组分、含量和变化规律，勘探区至少一年的天然放射性本底数据；,第5条,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；,工业、生活用水的水源和水质；,钻孔封孔资料；,矿山设计需要的其他资料。,井田内及周边区域水文地质条件不清的，严禁进行采掘活动。,54,二、保存和填绘矿图,(一)金属非金属露天矿山,条款4.15保存下列图纸，根据实际情况的变化及时更新：地形地质图；采剥工程年末图；防排水系统及排水设备布置图,55,(二)金属非金属地下矿山,条款4.16,保存下列图纸，根据实际情况的变化及时更新：矿区地形地质和水文地质图；井上、井下对照图；中段平面图；通风系统图；提升运输系统图；风、水管网系统图；充填系统图；井下通讯系统图；,井上、井下配电系统图和井下电气设备布置图；,井下避灾路线图。,56,第五单元矿山地质环境与地质灾害,一、矿山环境地质问题,二、地质灾害,三、开采造成的矿区环境地质问题,57,一、矿山环境地质问题,1.含义,指矿业活动(建设及生产活动)与地质环境之间相互影响而产生的地质环境演变、破坏和污染等问题。,2.分类,(1)按其发生的空间相对部位可分为,地上型、地表型、地下型。,(2)按其表现形式和影响结果可分为,矿山地质灾害、矿区土地资源的占用或破坏、矿区水资源破坏、矿区水土环境污染。,58,二、地质灾害,1.含义,包括自然因素或者人为活动引发的危害人民生命和财产安全的山体崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝和地面沉降等与地质