矿山应急技术与管理 课件 第2章-露天开采安全与应急技术

矿山应急技术与管理第二章露天开采安全与应急技术大型露天矿台阶式开采鸟瞰1/51本章内容2.1露天矿山基本知识开采方式·采场构成要素·开采境界2.2露天矿山开采工艺凿岩·采装·运输安全2.3露天矿边坡安全管理技术破坏类型·稳定性·监测与治理2.4露天矿排土安全管理技术排土场·泥石流·安全等级2/512.1露天矿山基本知识世界上70%的固体矿物来自露天开采。一个露天采场长什么样？台阶、平盘、边坡角各指什么？3/51什么是露天开采露天开采是从地表具有一定开采境界直接采出有用矿物的方法。世界年产量占70%，我国铁矿石85%来自露天。三种开采方式·机械开采：采掘运输设备在敞露空间作业，经公路/沟道运出（最常用）·水力开采：高压水枪冲采矿石，水力冲运（砂矿床）·挖掘船开采：挖掘船在河道中开采砂矿床露天开采占全球固体矿产产量约70%4/51露天矿分类与"台阶"按地形位置分两类·山坡露天矿：开采水平位于地表标高以上·凹陷露天矿：开采水平位于地表标高以下什么是台阶把矿岩划分成若干水平分层，自上而下逐层开采，各分层保持超前关系，在空间上形成阶梯状——每个阶梯称为一个台阶（阶段）。台阶是独立采剥作业单元·上部平盘、下部平盘·台阶坡面、坡顶线、坡底线·台阶高度（上下平盘垂直距离）·台阶坡面角（坡面与下部平盘夹角·正在开采的称工作台阶5/51露天采矿场的边帮与境界工作帮vs非工作帮·工作帮：正在开采和将要开采的台阶组成，位置随推进变化·工作平盘：凿岩、爆破、装矿、运输的作业场所·非工作帮：已完成采掘的最终边帮关键角度与平台·工作边坡角一般8°–12°，不超过15°·最终边坡角代表边帮最终位置·非工作帮设安全平台、清扫平台、运输平台边坡的台阶根据用途分为三类平台安全平台：不小于5m清扫平台：人工不小于6m，机械不小于8m工作平台：机械运输不小于7m汽车运输工作平台不小于40m6/51台阶尺寸参数的确定台阶高度的影响因素·矿岩性质：稳固矿岩台阶可高些，破碎矿岩应低些·凿岩爆破要求：炮孔直径与深度·采掘设备规格：爆堆高度不大于挖掘机最大挖掘高度的1.5倍台阶坡面角按矿岩硬度和稳定性选取：硬岩取大值，软岩、破碎带取小值，确保工作面不坍塌。三个基本尺寸·台阶高度：上下平盘垂直距离·台阶坡面角：坡面与水平面夹角·平盘宽度：设备作业与安全需要7/51开采境界与台阶参数确定开采境界的影响因素·自然因素：矿体埋藏条件、矿岩性质、地形水文·技术进步：先进设备与管理水平提高扩大境界·经济因素：投资、成本、矿石质量、边坡稳定·限制因素：地面建筑、公路、河流等台阶高度的硬性规定稳固矿岩台阶可高些，破碎矿岩应低些；爆堆高度不大于挖掘机最大挖掘高度的1.5倍。影响最终边坡角的因素·地质构造·岩石性质·水文地质条件·开采高度·边坡存在期限8/512.2露天矿山开采工艺穿孔→爆破→采装→运输，四个基本工序环环相扣。每道工序使用什么设备？作业时有哪些必须守住的安全红线？9/51采剥工作基本程序剥离表土及采掘围岩为剥离工程，采掘矿石为采矿工程，统称采剥工程。基本程序是：剥离→掘沟→采矿一个台阶的开采顺序出入沟→开段沟→沿工作线扩帮总原则：采剥并举，剥离先行基本工艺：穿孔、爆破、采装、运输10/51凿岩设备：为爆破钻炮孔根据穿孔深度分为两类穿孔设备浅孔凿岩设备：凿岩机、凿岩台车深孔凿岩设备：潜孔钻机、牙轮钻机、钢绳冲击钻牙轮钻机（大中型矿）f=6–20岩石，孔径250–310mm，孔深约18m；效率高、成本低，适应各种硬度矿岩。牙轮钻机潜孔钻机（中小型矿）11/51穿孔方法与设备对比设备类型孔径/孔深适用矿岩适用矿山凿岩台车浅孔2–4m，最深5m中硬矿岩小型矿、采石场潜孔钻机≤200–300mm中硬矿岩中小型露天矿牙轮钻机250–310mm，深约18mf=6–20各种硬度大中型露天矿主力钢绳冲击钻大孔径、效率低硬岩已逐步淘汰12/51凿岩作业安全要求（上）：人员与行走1)钻机司机和凿岩工须经专门培训，获得特种作业证，熟悉设备性能与安全操作规程。2)凿岩机运转时操作人员不得离开工作台；必须离开时应停止作业。3)开孔时停稳、扶稳钻机；严禁干式凿岩及打残眼。4)坡面角超30°时凿岩工必须系安全绳，站稳作业。5)起降钻架时，禁止非操作人员在危险范围内停留。6)钻机移动要有专人指挥；司机先鸣笛，履带前后不得站人，不准转急弯。7)靠近坡顶线行走：台车外侧凸出部分距坡顶线≥2m，潜孔钻≥3m。8)坡度超15°不得行走；必须放下钻架并采取防倾覆措施，不准长时间停留斜坡。9)松软地面行走应采取防沉陷措施。10)通过高低压线路时防止钻架触线触电；夜间行走应有良好照明。13/51凿岩作业安全要求（下）：稳车与电气11)稳车时千斤顶至坡顶线距离：凿岩台车≥1m，牙轮/潜孔钻机≥2.5m；千斤顶下不得垫块石。12)第一排炮孔中轴线与坡顶线夹角≥45°，以便坍塌时快速撤离。13)作业时平台上严禁站人；长时间停机切断电源。14)最后一个采掘带作业时，上阶段正对挖掘机作业范围内的第一排孔位不得有钻机停留。15)起降钻架时非操作人员不得在移动范围内停留。16)爆破时钻机应开到安全地带。电气与高空17)停送电、移电缆穿绝缘鞋、戴高压绝缘手套；接地故障立即停机，严禁任何人上下钻机。18)主架检修系安全绳，工具放工具包，严禁向下抛掷。19)雷雨、大雪、大风天禁止作业；禁止交叉作业，高空作业系安全带。14/51采装作业：露天矿的中心环节主要采装设备采装作业是采用装载设备将矿岩直接从采场或爆堆中挖掘出来，并装入运输工具或直接卸到一定地点。大、中型露天矿采装作业：·单斗挖掘机（电铲/柴油铲/液压铲）：大中型矿主力，斗容0.5–12m³·前装机：自装自运的多用途设备，轮胎式机动灵活，速度可达30–40km/h·小型露天矿和采石场：装岩机、电耙大型矿用电铲（单斗挖掘机）15/51采装设备：从大型电铲到小型电耙采装作业是露天开采的中心环节，凿岩、爆破、运输都围绕它进行。单斗挖掘机（主力）分电铲、柴油铲、液压铲；斗容0.5–12m³，大型矿已用20–30m³；与汽车或铁路运输配合。前装机（多用途）自装自运，轮胎式机动灵活，速度30–40km/h；可装、运、清场、牵引辅助作业。小型矿设备·装岩机：电动/风动，斗容0.1–0.3m³·电耙：耙斗自重耙运，主绳牵引下行装矿，尾绳拉回·人工推车运距<300m，载重1–2t，现属禁止工序16/51采装安全（上）：间距与行走1)同一平台多台挖掘机：汽车时间距>3倍最大挖掘半径且≥50m；列车运输不小于两列车长度。2)上下相邻台阶同时作业：上台阶须超前下台阶3倍挖掘半径且≥50m。3)挖掘机行走规定①必须在作业平台稳定范围内行走②上下坡时铲斗空载下放，悬臂方向与行进方向一致，驱动轴朝下坡，采取防滑③通过风水管、电缆、铁路道口时采取保护措施④泥泞松软路面行走采取防沉陷措施⑤应有专人指挥17/51采装安全（下）：作业纪律与电缆4)作业规定①严禁运转中调整悬臂、清理悬臂杂物②平衡装置投影到坡底线≥1m③超斗容大块禁止铲装；禁止铲斗冲砸大块、掏挖浮石伞檐④禁止铲斗从驾驶室上方通过⑤首铲卸载高度距车厢底≤0.5m⑥装车时指挥人员下车指挥，保持信号联系⑦发现浮石塌落、片帮危险立即驶出危险区电缆与电耙⑧电缆不得撞击、碾压、浸泡和小于90°的弯折；移电缆戴绝缘手套鞋，电缆与履带间距≥2m6）爆破时采装设备开到安全地点7）电耙定期检查钢丝绳，作业范围不得有人18/51推土机作业安全规定①斜坡作业最大坡度不得超过技术性能规定②推土作业时刮板不得超出平台边缘③推土机距平台边线小于5m时必须低速运行④禁止后退开向平台边缘⑤推土机发动时严禁人员在机体下作业，近旁不准有人逗留⑥行走时禁止人员站在推土机上或刮板架上；发动机运转且刮板抬起时司机不得离开驾驶室⑦检修、润滑应在平整场所关闭发动机后进行；检查刮板须放平稳定，禁止在提起的刮板下停留检查19/51露天矿主要运输方式铁路运输、公路运输（自卸汽车）、斜坡卷扬、自溜井、架空索道等。其中铁路与公路最主要铁路运输运量大、成本低，但爬坡小、基建大，适合储量大面积广的矿山。公路运输（自卸汽车）机动灵活、爬坡能力强，使用越来越广泛，有取代铁路趋势。20/51斜坡卷扬运输（斜井串车提升实景）：运输能力大，发生跑车事故的可能性较小，但需架设装、卸载设施，不如串车运输灵活。矿石自溜井运输：工艺简单、运费低、适合山区地形，能减少车辆运输事故。存在矿石飞出伤人、冲击气流风险；上下部作业必须错时，不能同时进行。露天矿实际应用较少。21/51铁路运输安全要求常见事故：脱轨、撞车、道口肇事。多因线路失修、装载超重、重心偏移、速度过快。1)机车司机须经培训考核，持证上岗2)繁忙道口、塌方落石地点安装报警信号机3)电机车升起受电弓后，禁止登车顶4)制动距离：准轨≤300m、窄轨≤150m5)同一调车线禁止两端同时调车6)溜放调车必须有安全制动措施7)运行中禁止甩车；坡度>0.25‰坡道甩车须防滑8)故障线路两端设停车信号，排除前禁止通行22/51公路运输重点安全要求·卸车点必须设挡车设施，高度≥最大轮胎直径40%·下坡严禁空挡滑行，坡道停车须制动·汽车停在挖掘机回转范围0.5m以外·雾天前后间距≥30m；冰雪天≥40m·卸完务必确认车斗落下方可开动严禁行为·运行中升降车斗·车斗竖立刮碰高空线路·驾驶室外、车斗载人·运载易燃易爆物品·靠近边坡/危险路面不减速23/51斜坡卷扬与斜坡牵引推车运输安全斜坡箕斗卷扬·坡度不宜超15°，路面平整无大起伏·上下车场连接处设阻车器和防跑车装置·沿坡道一侧设人行踏步，"行人不行车、行车不行人"·声光信号联络，信号不清立即停止作业·钢丝绳定期检查；断丝达10%、直径磨损30%必须更换斜坡牵引推车运输·坡顶坡口设阻车设施，坡下设挡车挡·钢丝绳安全系数≥10，不少于3个绳卡·重车过坡口挡车器停稳后才能摘钩·空车用钢丝绳牵引下放，不得驾车下跑·牵引时不准带人，有车运行时不准行人24/512.3露天矿边坡安全管理技术边坡是露天矿最大的安全风险源——一旦滑坡，就是重特大事故。边坡为什么会失稳？有哪几种破坏形式？怎么监测、怎么治理？25/51边坡的结构与特点露天矿边坡的特点·边坡高且长：几十至几百米高，走向数百米至数公里·上部服务几十年，下部采完即废，稳定要求不同·每天爆破振动、车辆行驶反复作用·爆破形成的岩体破碎，易风化产生次生裂隙·随开采延深，边坡稳定性不断降低露天矿阶梯状边坡26/51边坡破坏机理：为什么会滑坡开挖前，岩体内部应力处于相对平衡状态。随着采场开挖延深，采场一侧出现临空面，岩体失去侧向支撑，应力重新分布。坡脚和坡顶附近出现应力集中区和张力区；当应力超过岩体强度时，岩体向临空面方向变形破坏。作用力：自重力为主，其次为构造力、渗透力、爆破振动力。控制因素：岩体结构特征决定应力分布和破坏模式；其次是地下水、爆破振动、不当开挖。27/51边坡破坏类型与滑坡形式两种基本破坏·坍塌：根部压碎，上部岩体突然脱离，边坡底脚破坏的范围越大，坍塌的体积及范围也越大，造成的危害也越严重。·滑坡：岩体沿滑动面向下滑移五种滑坡类型①平面滑坡：沿单一结构面滑动（最常见）②楔体滑坡：两组结构面交线滑动③圆弧形滑坡：土体/散体结构边坡④倾倒滑坡：陡倾岩层绕基脚转动⑤复合滑坡：以上两种以上组合平面滑坡示意图楔体滑坡示意图圆弧形滑坡示意图倾倒滑坡示意图28/51五种滑坡类型的识别要点类型滑动面特征易发条件平面滑坡沿单一结构面（节理/层理/断层）滑动结构面倾向与边坡相近，倾角<坡角、>内摩擦角楔体滑坡两组结构面相交成楔形，沿交线滑动交线倾向与边坡相近，倾角<坡面角圆弧形滑坡滑动面呈向上凹的圆弧土体、散体/碎裂结构岩体边坡倾倒滑坡岩柱绕基脚向自由面转动倒塌层状结构，结构面陡倾且倾向与边坡相反复合滑坡上述两种以上形式组合复杂地质条件下常见29/51影响边坡稳定的主要因素①岩石物理力学性质抗剪强度越高越不易滑坡②结构面（软弱面）节理、断层、层理控制滑动面位置，滑坡时滑体的滑动面及边缘轮廓，都是受到结构面控制的，结构面的强度决定岩体的强度。③水文地质条件水可降低边坡稳定性20%–30%，水的流动产生的水压力并对岩石结构面产生潜蚀作用，使岩体结构面间内聚力及摩擦力减少。滑坡多发生在雨季④爆破振动频繁爆破使岩体产生新裂隙⑤风化与人为因素风化加剧结构面；坡形、坡高、人为不当开挖均影响稳定。关键认识：大部分露天矿滑坡发生在雨季或解冻期，水是首要诱因。30/51边坡整治与治理措施四类治理措施①治水：地表排洪沟、水平/垂直疏干孔、地下疏干巷道②减重压脚法和缓坡清理法：减小滑体下滑力、增大抗滑力③加固：抗滑桩、挡土墙、锚杆（索）、灌浆、喷射混凝土④控制爆破：减振爆破、预裂爆破、缓冲爆破日常维护·定期清理浮石、危岩·边帮及时平整、刷帮·临近边坡采用控制爆破·疏干地下水、挖排水沟·节理裂隙发育段人工加固31/51边坡监测与坍塌预防常用监测方法·钢丝伸长计法·精密测量：经纬仪、水准仪、全站仪·移自动记录仪监测、钻孔伸长仪监测、钻孔剪切带监测等。预防坍塌技术措施·合理确定边坡角，避开结构面·高度超20m必须分层开采，严禁掏采·临近边坡用预裂/缓冲控制爆破·疏干地下水、修排水沟发现坍塌征兆怎么办①立即停止作业②通知受威胁人员设备撤至安全区③设置警示标志，禁止人员进入④报专业人员处理，未处理不得作业⑤抢险时先检查顶部是否二次滑落32/51预防坍塌的安全管理措施(1)作业前必须检查工作面，清除松石、危岩和其他危险物体。(2)作业中加强观察边坡；发现裂隙、大块浮石、伞檐时及时上报迅速处理，威胁人员设备撤至安全地点；未处理前不得在危险区作业，并设醒目标识。(3)发现坍塌征兆立即停止作业，通知受威胁人员设备撤至危险区外。(4)派有经验专业人员负责边坡管理，定期检查清扫、处理危岩。(5)对潜在坍塌边坡建立观测预报制度，设专门观测点定期观测。33/51滑坡及坍塌事故处理措施(1)首先撤出事故范围及受影响人员，设立警戒，防止无关人员进入。(2)积极抢救被埋压遇险人员，原则：先易后难、先重伤后轻伤。(3)分析滑坡主要原因，有针对性制定救灾措施。(4)抢险前先检查工作面顶部是否有再次滑落危险，有危险先处理。(5)抢险全过程顶部派有经验人员观察，发现问题立即停止抢险撤离。(6)采取有效措施阻止滑落矿岩继续下滑。(7)危险区抢险尽量使用机械化，控制抢险人员人数。34/51确保边坡安全的七项综合措施(1)确定合理的台阶高度及台阶宽度(2)正确确定台阶坡面角及最终边坡角(3)合理开采顺序：由上而下分台阶水平开采，打下向孔或倾斜孔，杜绝掏底开采，避免伞檐空洞(4)合理爆破，采用控制爆破技术减少振动影响(5)建立健全边坡管理检查制度，发现裂隙浮石伞檐立即处理(6)选派技术人员或有经验工人专门负责边坡管理(7)有滑动迹象的矿山设专门观测点，定期观测记录变化35/512.4露天矿排土安全管理技术剥离的废石要排弃到专门场地——排土场。排土场一旦失稳，就是滑坡、泥石流，威胁下游村庄。怎么选、怎么排、怎么管？36/51排土场基本概念与分类剥离表土围岩运输到指定地点排弃的作业称排土工程；堆积排土工程中废弃的岩石及表土的专设场地称排土场（废石场）。外部排土场位于露天矿开采境界以外的专设场地。大部分露天矿采用。内部排土场把岩土直接排弃在采空区内。适用于一次采全厚的矿山，大部分露天矿不具备条件。37/51三种排土方法及特点自卸汽车运输-推土机排土汽车沿排土场边缘卸载，推土机转排平整。工序简单、机动灵活、爬坡强、安全好；可高台阶排土、就近排土，应用最广。铁路运输排土铁路运废石，用挖掘机、前装机、排土犁、排土机转排。大运量、成本低，但爬坡小、移设线路工程量大。卷扬(皮带机)排土废石经卷扬/皮带沿斜坡道向上堆成人造山。适用于平原地区地下矿、手选废石堆排。38/51排土场：废石堆在哪里选址原则·利用山谷洼地，少占耕地、不迁村庄·避开山洪冲刷区，防泥石流淤塞河道·设在采场附近开采境界以外，缩短运距·位于工厂、居民区下风向、水源下游·山坡表土与软弱层清除，削成阶梯状·总容积与设计剥离量相适应汽车-推土机排土作业39/51排土场安全管理措施(1)企业主要负责人是排土场安全生产第一责任人，设专门机构、配专业人员、保障经费。(2)建立规章制度：安全生产责任制、检查制、遇险报告抢险制、培训教育制等。(3)严格执行建设项目安全设施"三同时"，按设计施工并报批验收。(4)设计变更须经原设计单位或有资质单位技术论证，报应急管理部门审查；不得随意改变台阶高度、宽度、坡面角。(5)按设计做好安全检查及监测。(6)滚石区设符合GB14161的安全警示标志。(7)严禁人员在作业区、危险区捡矿石捡石材；未经论证不得回采低品位矿石。(8)最终境界20m内排大块岩石，确保结束后稳定，防泥石流。40/51排土场设计的安全要求(1)必须由有相应资质的单位设计。(2)选址应保证排弃时不致因滚石、滑坡、塌方威胁采场、工业场地、居民点、铁路、公路、输电干线、水域等。(3)不宜设在水文/工程地质不良区域；避开泥石流重大危险源。(4)不应设在居民区主导风向上风侧和生活水源上游。(5)选址后做专门工程水文地质勘探和地形测绘。(6)设计明确规定：阶段高度、总堆置高度、安全平台宽度、边坡角、超前堆置距离等参数。(7)估算土岩流失量，设计拦挡设施。(8)建设期间公路、场地废石集中排放，不得就近倾倒在路边形成泥石流隐患。(9)腐殖表土、风化岩应单独设计集中堆放。41/51汽车运输排土场安全要求·专人指挥，挥人员应经过培训，并经考核合格后方可上岗工作，排土作业面向坡顶线方向设反坡2%–5%·卸载平台边缘设安全车挡，高度≥轮胎直径40%·车辆之间应保持足够的安全间距，倒车速度<5km/h，严禁冲撞车挡·汽车垂直排弃线卸料·推土机垂直坡顶线推土，禁止平行推·汽车进入排土场内应限速行驶禁止作业的情形·坡顶线内侧30m有大裂缝/异常下沉·烟雾粉尘致视距<30m·大雪、暴雨、大风天气·夜间无照明·车挡/反坡不符合规定42/51铁路卸车作业安全卸车线路要求·路基面向排土场内侧形成反坡·线路一般直线，根据卸载作业的安全要求设置外轨超高。尽头一个列车长度内设0.25%–0.5%上坡·卸车线钢轨轨顶外侧至台阶坡顶线的距离按规程规定·独头线端部设车挡，车挡应有完好的拦挡指示和红色夜光警示牌列车运行卸载·准轨限速≤10–15km/h，窄轨≤8km/h，接近端部≤5km/h·严禁运行中卸土（曲轨侧卸、底卸式除外）卸车纪律·卸车顺序应从尾部向机车方向依次进行·新移线路首次列车禁止牵引进入，须推送·翻车必须两人操作，人在车厢内侧·人工清扫必须有安全措施·排土人员发出信号后方可驶出43/51挖掘机与推土机排土安全单斗挖掘机排土受土坑坡面角≤60°，严禁超挖。台阶高度距坡顶线≥10m以下6m11–15m8m16–20m11m超过20m专项安全措施推土机排土·边缘保持2%–5%反坡·卸车点边缘用推土机堆筑安全挡车垛·推刀距平台边缘一般≥0.5m·停放时远离坡边·专人指挥卸车，晚班良好照明44/51排土场泥石流：形成与预防三个形成条件·泥石流区内含有大量的松散岩土·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预防与治理·选择的排土场场址要做水文地质、工程地质调查。·重视排土场建设质量。·建设与完善排土场的排水设施·修建护墙挡坡·改进排土工艺，合理控制排土顺序，避免形成软弱夹层。废石渣堆压占沟谷——泥石流物源45/51预防排土设备翻车坠落、坠落措施(1)应分区域间歇式排土，确保新排弃的岩土有足够的时间沉陷及压实，预防局部排土工作面推进太快引起边坡失稳。铁路线需要经常垫道(2)应设置边坡监测设施及监测平台，应随时观察和监测平台岩土的稳定状态(3)排土场应常常保持平整，并保持3％-5％的反坡。在卸载平台边缘设置安全车挡以防止汽车、前装