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露天礦山邊坡和排土場事故隱患排查與處置

發布時間:2020-04-08收藏本文關閉本文

目錄:

 

 

 

一、邊坡和排土場事故類型

 

 

二、影響邊坡穩定的因素

(一)巖石強度及巖體結構面對邊坡的影響

1.巖石強度的影響

滑坡多是剪切破壞,因此,巖石的抗剪強度是衡量邊坡穩定的必要條件。

2.巖體結構面的影響

巖體失穩往往是沿結構面發生。巖體結構面對邊坡穩定的影響是巖體結構面中的縫隙往往被易風化的次生礦物充填;機構面發育的巖體為地表水的滲入和地下水的活動提供了良好的通道。

(二)水文地質條件對邊坡穩定影響

水對邊坡巖體穩定性的影響較大。大量事實證明,滑坡多發生在雨季或解凍期。

1.靜水壓力和浮托力

靜水壓力作用的方向垂直于裂隙壁,形成三角形應力分布,是一種促使邊坡破壞的推動力。

2.動水壓力

水的方向與滲透的方向一致,尤其是當地下水和結構面聯系在一起時,對邊坡的穩定威脅更大。

3.水對邊坡巖體的物理化學破壞

水對巖體的物理作用是使巖體碎裂。水在結冰時可能對巖體產生很大的膨脹力,水的蒸發也往往產生收縮性開裂而導致不同程度的破壞。

水對巖體的化學作用表現在,一定條件下,巖體礦物吸收或失去水分子而發生水化作用或脫水作用,在吸水或脫水過程中都能引起礦物體積的膨脹或收縮,尤其存在CO2時,使巖體破壞。

(三)爆破震動對邊坡穩定的影響

露天礦爆破是影響邊坡穩定性的重要因素。邊坡巖體在爆破動力的瞬時沖擊作用下,使巖體產生變形和破壞。

爆破震動產生的龜裂帶,往往是導致邊坡巖體發生崩塌或滑動的重要原因之一。

(四)其他因素對邊坡穩定的影響

1.邊坡幾何形狀

從巖體穩定性的角度來看,圓錐形的采場最為理想。凸形邊坡適用于上部是土體或風化嚴重的巖體而深部是強度較高的較完整的露天礦邊坡。

2.露天開采深度

3.風化作用

4.人為因素

如在邊坡上部堆積石塊和設備以及建立各種建筑物,有些礦山挖掘坡腳等。

 

三、邊坡穩定性監測與評定

(一)邊坡穩定性監測

1)邊坡的各項參數。如邊坡的結構、表土厚度、邊坡走向長 度、邊坡高度、各類平臺的寬度、各種邊坡角度等。

2)邊坡巖體構造和邊坡移動的觀測。巖體構造主要指斷層、較大的節理等結構面。要求繪制結構面在邊坡的位置,記錄有關參數。邊坡移動的觀測是指用儀器或簡易設備探測邊坡巖體的位移、變形規律。

3)邊坡的整體觀測檢查。主要檢查在生產邊坡上是否存在違章開采的情況,如傘檐、陰山坎、空洞等違章開采位置、范圍及嚴重程度等要草繪成圖。

4)地下水監測。地下水監測包括監測水壓及水位。測量孔隙水或裂隙水壓可用管式水壓計或“零流量”型水壓計,且應在具承壓水的鉆孔中沿不同深度安裝、測量。地下水水位觀測亦是監控邊坡穩定性及評價疏干措施可靠性的常用觀測方法。

5)地震、爆破振動的監測。

(二)邊坡穩定性分析與評定

根據邊坡穩定性監測資料,通過分析得出被監測邊坡屬于穩定型邊坡或不穩定型邊坡的結論。存在下列問題時,可確定為不穩定型邊坡:

1)邊坡的各項參數大部分不符合規定要求的。

2)在某個檢測剖面的邊坡參數中由于邊坡角超過規定要求,可能引起該段邊坡巖體發生坍塌破壞的。

3)采場上部表土層未按規定要求提前剝離,致使邊坡上部坡角超過規定要求可能引起表土層倒塌現象的。

4)經監測分析,采場邊坡巖體中存在優勢結構面可能造成邊坡巖體局部破壞的。

5)采剝作業面存在傘檐、空洞、陰山坎等現象的。

6)各類邊坡坡面上存在著浮石、險石,影響下部作業人員安全的。

 

邊坡穩定性分析方法:

1)定性分析法:地質分析法、工程地質類比法、圖解分析法、專家系統等等。

2)定量分析法:極限平衡分析法、塑性極限分析法、數值分析法、灰色系統評價法、可靠度分析法、人工神經網絡分析、突變理論方法等等。

邊坡穩定性分析方法:模糊綜合評價法、概率風險評價法、可拓理論評價法等等。

 

四、露天礦邊坡安全管理要求

確保露天礦邊坡安全是一項綜合性工作,包括確定合理的邊坡參數,選擇適當的開采技術和制定嚴格的邊坡安全管理制度。

1)確定合理的臺階高度和平臺寬度。確定臺階高度要考慮礦巖的埋藏條件和力學性質、穿爆作業的要求、采掘工作的要求。工作平臺寬度取決于所采用的采掘運輸設備的要求和爆堆的寬度。

2)正確選擇臺階坡面角和最終邊坡角。臺階坡面角與礦巖性質、穿爆方式、推進方向、礦巖層理方向和節理發育情況等因素有關。最終邊坡角與巖石的性質、地質構造、水文地質條件、開采深度、邊坡存在期限等因素有關。

3)選用合理的開采順序和推進方向。在生產過程中要堅持從上到下的開采順序,一般情況下應選用從上盤向下盤的采剝推進方向,做到有計劃、有條理的開采。

4)合理進行爆破作業,減少爆破震動對邊坡的影響。由于爆破作業產生的地震可以使巖體的節理張開,因此在接近邊坡地段盡量不采用大規模的齊發爆破,可以采用微差爆破、預裂爆破、減震爆破等控制爆破技術,并嚴格控制同時爆破的炸藥量。在采場內盡量不用拋擲爆破,應采用松動爆破,以防止飛石傷人,減少對邊坡的破壞。

5)礦山必須建立健全邊坡管理和檢查制度,當發現邊坡上有裂隙可能滑落或有大塊浮石及傘檐懸在上部時,必須迅速進行處理。處理時要有可靠的安全措施,受到威脅的作業人員和設備要撤到安全地點。

6)礦山應選派技術人員或有經驗的工人專門負責邊坡的管理工作,及時清除隱患,發現邊坡有塌滑征兆時有權制止采剝作業,并向礦山負責人報告。

7)對于有邊坡滑動傾向的礦山,必須采取有效的安全措施。露天礦有變形和滑動跡象的礦山,必須設立專門觀測點,定期觀測記錄變化情況。

 

五、 露天礦邊坡事故預防及處置措施

(一)疏干排水法

1.地表排水

一般是在邊坡巖體外面修筑排水溝,防止地表水流進邊坡巖體表面裂隙中。邊坡頂面也應有一定的坡度,使邊坡頂部不致積水。在具有較大張開裂隙的邊坡,還必須對裂隙進行必要的堵塞。

2.地下水疏干

對于地下水可采取疏干或降低水位,減少地下水的危害。地下水的疏干有天然疏干和人工疏干兩種。

(二)削坡減載

“削坡”一般指放緩邊坡坡率,“減載”是在滑坡體的上部主滑段和牽引段挖去部分滑體巖土以減少滑體重量和主滑體推力的工程措施。

在滑體治理中,通常需要的是在滑體主滑段挖方減少滑體下滑力,而不是在滑坡前緣挖方而減少抗滑力,在滑體下部前緣挖方會引起滑坡蠕動、邊坡坍塌,加劇滑坡的滑動。所以在滑坡及潛在滑坡區內未查清滑坡性質前不可盲目削方。

(三)掛防護網

防護網按其結構形式、防護功能和作用方式分為主動網和被動網兩類。主動網的防護用于坡面圍護作用、限制落石、防治崩塌的發生。被動防護網的主要用于崩滑體下方的攔截落石。

采用主動網錨固筋應穿過表層破碎帶,并驗算其錨固力。被動網應保證基礎穩定,驗算崩塌落石能量,選用相應的能級規格。

(四)機械加固法

機械加固邊坡是通過增大巖石強度來改善邊坡的穩定性。只有當穩固邊坡的其它方法諸如放緩邊坡角或排水等都不可行或代價更高時,才考慮機械加固法。

1.用錨桿(索)加固邊坡

用錨桿(索)加固邊坡是一種比較理想的加固方法,可用于具有明顯弱面的加固。錨桿是一種高強度的鋼桿,錨索則是一種高強度的鋼索或鋼繩。

錨桿(索)一般有錨頭、拉伸段及錨固段三部分組成。錨頭在錨桿(索)的外面,它的作用在于給錨桿(索)施加作用力。拉伸段在孔內,其作用在于將錨桿(索)獲得的預應力(拉應力)均勻地傳給錨桿孔的圍巖,增大弱面上的法向應力(正應力),從而提高抗滑力。

對于堅硬而又較破碎的巖石,錨桿的預應力可使錨桿孔圍巖產生壓應力,從而增大了破碎巖塊間的摩擦阻力,提高了圍巖的抗剪強度。

錨桿的長度應穿過滑動面,預應力錨桿一般長為2.5~3m。預應力錨索的長度可達到數十米乃至近百米,因而適用于加固大型邊坡。

為保證錨桿(索)加固邊坡的效果,在每兩根錨桿(索)之間布設鋼筋混凝土橫梁,并在錨頭和橫梁上掛設鋼絲網,然后在鋼絲網上噴上水泥漿,以防止邊坡碎石滾落和風化,并使邊坡巖石構成一個與錨桿(索)加固的完整系統,加強了邊坡的穩定性。

2.用噴射混凝土加固邊坡

噴射混凝土是作為邊坡的表面處理。它可以及時封閉邊坡表層的巖石,免受風化、潮解和剝落,同時又可以加固巖石提高巖石的強度。

噴射混凝土可單獨用來加固邊坡,也可以和錨桿配合使用。噴層的厚度一般約為250px。為了提高噴射混凝土的強度,特別是提高抗拉強度和可塑性,可加設鋼筋網。有時也可以在噴射混凝土干料中加入鋼絲或玻璃纖維以提高其抗拉強度,這叫鋼絲纖維補強混凝土。

3.用抗滑樁加固邊坡

抗滑樁的種類很多,一般多用鋼筋混凝土樁加固邊坡,其中又分大斷面的混凝土樁和小斷面混凝土樁。前者一般用于破碎、散體結構邊坡的加固,而后者一般用于塊狀、層狀結構邊坡的加固。

抗滑樁加固邊坡的優點較多,如布置靈活、施工不影響滑體的穩定性、施工工藝簡單、速度快、工效高、可與其它治理的加固措施聯合使用、承載能力較大等。因此該方法在國內外露天礦邊坡加固工程中被廣泛的應用。

4.用擋土墻加固邊坡

擋土墻是一種阻止松散材料的人工構筑物,它既可單一用作小型滑坡的阻擋物,又可作為治理大型滑坡的綜合措施之一。

擋土墻的作用原理是依靠本身的重量及其結構的強度來抵抗坡體的下滑力和傾倒。因此,為了確保其抗滑的效果,應注意設置擋土墻的位置,一般情況下,擋土墻多設在不穩定邊坡的前緣或坡腳部位。

5.用注漿法加固邊坡

它是通過注漿管在一定的壓力作用下,使漿液進入邊坡巖體裂隙中。一方面用漿液使裂隙和破碎巖體固結,將破碎巖石粘結為一個整體,成為破碎巖石中的穩定固架,提高了圍巖的強度;另一方面堵塞了地下水的通道,減小水對邊坡的危害。

要使注漿能達到預期效果,注漿前須準確了解邊坡變形破壞的主滑面的深度及形狀,以便使注漿管下到滑面以下有利的位置。注漿管可安裝在注漿鉆孔中,也可直接打入。

(五)控制爆破法

目前礦山廣泛采用高臺階、大直徑炮孔和高威力炸藥,有效地降低了采礦成本。但這些措施也造成了爆破區能量集中,以致引起最終邊坡的嚴重后沖破裂問題。

露天礦山通常采用的控制爆破方法有減震爆破、緩沖爆破、預裂爆破和線狀排孔。設計這些方法的目的是使露天礦周邊邊坡每平方米面積上產生低的爆炸能集中,同時控制生產爆破的能量集中,以便不破壞最終邊坡。

1.減震爆破

減震爆破是最簡單的一種控制爆破方法。這種方法通常與某種其它控制爆破技術聯合使用,諸如預裂爆破等。

2.緩沖爆破

緩沖爆破是沿著預先設計的挖掘界限爆裂,但在主生產爆破孔爆破之后起爆這些緩沖爆破孔。緩沖爆破的目的是從邊幫上削平或修整多余的巖石,以提高邊坡的穩定性。

為了取得最佳的緩沖效果,全部緩沖爆破孔應該同時起爆。在堅硬巖石中,爆破后暴露的邊坡面平滑整潔,且殘留孔痕明顯可見。

3.預裂爆破

預裂爆破是最成功、應用最廣泛的一種控制爆破方法,可用來使預裂線免受生產爆破的影響。在生產爆破前起爆一排少量裝藥的密間距的爆破孔,使沿設計挖掘界限形成一條連續的張開裂縫以便散逸生產爆破所產生的膨脹氣體。

預裂爆破的目的是對特定巖石和孔距,通過特殊的方式裝藥,使孔壁壓力能爆裂巖石,但仍不超過它們原位動態抗壓強度,以及爆破孔周圍巖石不發生壓碎。降低爆壓可通過采用不耦合裝藥、間隔裝藥或低密度炸藥來實現。

 

六、排土場安全檢查

(一)排土場安全檢查

排土參數包括:各類型排土場段高、排土線長度,各類型排土場的反坡坡度,汽車排土場安全擋墻的底寬、頂寬和高度,鐵路排土場線路坡度和曲率半徑,挖掘機排土挖掘機至站立臺階坡頂線的距離,排土機排土外側履帶與臺階坡頂線之間的距離等。依據《金屬非金屬礦山排土場安全生產規則》。

檢查排土場滑坡。排土場滑坡時應檢查滑坡位置、范圍、形態和滑坡的動態趨勢以及成因。

(二)排土場排水構筑物與防洪安全檢查

1.排水構筑物安全檢查的主要內容有:構筑物有無變形、移位、損毀、淤堵,排水能力是否滿足要求等。

2.截洪溝斷面檢查內容有:截洪溝斷面尺寸,沿線山坡滑坡、塌方,護砌變形、破損、斷裂和磨蝕,溝內物淤堵等。

3.排土場下游設有泥石流攔擋設施的,檢查攔擋壩是否完好,攔擋壩的斷面尺寸及淤積庫容。

 

七、排土場事故預防及處置措施

(一)排土場滑坡事故的原因

1. 建設初期設計、建設考慮不周。選址、規劃不當,沿排土場與基底接觸面滑坡。

2. 生產中排土不科學,沒有嚴格按照設計要求組織排土作業。沿軟弱面滑坡。

3.排水設施不健全。排土場內部滑坡。

4.人為因素。濫采濫挖、臨近排土場爆破。

5.其它人力不可抗拒因素。地震、海嘯以及大暴雨等。

(二)排土場泥石流事故的原因

礦山泥石流從成因上一般分為水動力成因泥石流和重力成因泥石流。水動力成因泥石流是大量松散的固體物料堆積在匯水面積大的山谷地帶,主要是受發達地表水系的影響。重力成因泥石流是吸水巖土遇水軟化,當含水量達一定時,便轉化為粘稠狀流體。此外,亦可能由坍塌、滑坡體直接轉變為泥石流。

形成泥石流的三個基本條件為:泥石流區內含有豐富的松散巖土,山坡地形陡峻、具有較大的溝床縱坡,泥石流區的上中游有較大的匯水面積和充足的水源。

(三)排土場事故的預防措施

1.對選擇的排土場場址要作水文地質、工程地質調查。分析可能發生滑坡的類型,對排土場各地段進行穩定性評價。排土場工程水文地質條件不良時,采礦工程設計中應包括處理工程措施。

穩定性評價方法;穩定性分級。

2.重視排土場建設質量。大多數礦山排土場的基底都覆蓋著一層表土或一層風化軟巖,這層軟弱面往往成為排土場滑坡的重要誘因。因此在基底或軟巖較薄時,則應在排土之前挖掉,如果較厚則可以采用爆破的方法處理,提高排土場基底的摩擦力,增加排土場的穩定性。

3.建設與完善排土場的排水設施。對流入排土場的地表水要進行攔截,不使灌入排土場內。對排土場內原有地表水以及滲入排棄巖石中的大氣降水要進行疏導,可預筑滲堤、排水盲溝和其它疏排措施,將水排出。

4.修建護墻擋坡。護墻擋坡是用堅硬的巖石砌筑在可能發生潛在滑動面的位置上的一種工程治理措施。護墻擋坡只有針對潛在的特定滑動面、并對其進行周密設計和穩定性驗算后,才能實施。沒有可靠的穩定性驗算,修建排土場重力壩是絕對禁止的,因為垮壩事故的危害更大。

5.排土場植被。加固、擋水、吸水等作用

 

 

資料來源:金屬礦山

(資料來源:)

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