張 先

（準(zhǔn)格爾旗金正泰煤炭有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010300）

露天礦山開采是一個(gè)復(fù)雜且浩大的地質(zhì)工程，在開采過程中需要大量的人力及物力的支持，并且在整個(gè)開采過程中存在許多不安全因素，比如火災(zāi)、塌陷、突水、起重、中毒、觸電等，影響露天礦山開采安全的因素多種多樣，這些因素有一部分是礦山本身自然條件方面的原因，還有一部分是人為因素，這些不安全因素盡管表現(xiàn)形式不大相同，但是歸根結(jié)底都是因開采活動(dòng)對(duì)原有地質(zhì)生態(tài)環(huán)境破壞而引起的，如果在開采過程中沒有對(duì)危險(xiǎn)因素進(jìn)行有效控制，將會(huì)引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害，一旦地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生不僅會(huì)影響到露天礦山開采效率和質(zhì)量，還會(huì)嚴(yán)重威脅到開采安全，造成一定的經(jīng)濟(jì)損失，拉高露天礦山開采成本[1]。近年來隨著采礦業(yè)的大力發(fā)展，露天礦山開采安全管理和監(jiān)管工作沒有得到重視，在開采過程中地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，據(jù)統(tǒng)計(jì)全球每年在露天礦山開采過程中出現(xiàn)的地質(zhì)災(zāi)害將近4650起，造成人員傷亡數(shù)量達(dá)到3600人左右，造成的直接經(jīng)濟(jì)損失超過3500萬元，相當(dāng)于全球經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值的4.6%，重特大事故時(shí)有發(fā)生，目前礦山地質(zhì)災(zāi)害的防治已經(jīng)成為礦產(chǎn)行業(yè)發(fā)展必須解決的問題[2]。為了解決該問題，國(guó)家已經(jīng)出臺(tái)了相應(yīng)的政策和制度，但部分企業(yè)和施工單位仍存在安全措施不到位、監(jiān)管不力的問題，嚴(yán)重威脅露天礦山開采安全。綜上所述，施工安全是露天礦山開采的頭等大事，為了保證露天礦山開采安全，提高對(duì)開采安全的重視，此次提出露天礦山開采安全措施的預(yù)防研究，對(duì)開展露天礦山開采工作與安全管理具有重要的理論指導(dǎo)意義和工程使用價(jià)值。

1 露天礦山開采安全措施的預(yù)防

露天礦山開采過程中經(jīng)常出現(xiàn)坍塌事故、水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害、中毒事故以及火災(zāi)事故，針對(duì)這些問題，此次分別對(duì)這四方面提出相應(yīng)的預(yù)防措施，以此保證露天礦山開采安全。

1.1 預(yù)防塌陷事故發(fā)生的安全措施

坍塌事故是露天礦山開采過程中常見的一種地質(zhì)災(zāi)害，其主要形成原因是因?yàn)椴煽諈^(qū)頂板在開采設(shè)備荷載作用下，施工壓力大于頂板承受壓力，也就是采空區(qū)頂板厚度沒有達(dá)到露天礦山開采安全厚度的要求，采空區(qū)頂板就會(huì)失去穩(wěn)定性，從而出現(xiàn)坍塌事故，嚴(yán)重威脅露天礦山開采安全，針對(duì)該問題，提出預(yù)防坍塌事故發(fā)生的安全措施。

首先在開采前需要對(duì)采空區(qū)頂板厚度進(jìn)行預(yù)測(cè)，估算出采空區(qū)頂板最小安全厚度，其計(jì)算公式如下：

公式（1）中，G 為采空區(qū)頂板最小安全厚度，單位為m；α為采空區(qū)跨度，單位為m；γ為采空區(qū)頂板巖容重，單位為KN.m；N 為露天礦山開采作業(yè)設(shè)備附加荷載，單位為Kpa；為安全系數(shù)，通常取值1.5；L 為頂板巖體結(jié)構(gòu)削弱系數(shù)，通常取值8.5-10.5；H 為采空區(qū)頂板巖拉應(yīng)力，單位為Kpa；F 為載重沖擊系數(shù)；κ為采空區(qū)頂板巖容許拉應(yīng)力，單位為Kpa。利用上述公式計(jì)算出采空區(qū)頂板安全厚度，如果厚度滿足露天礦山開采要求，則開采過程中不需要考慮坍塌事故發(fā)生，如果采空區(qū)頂板安全厚度沒有達(dá)到露天礦山開采要求，則需要采取相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。首先在開采車間利用金屬網(wǎng)噴錨方法對(duì)采礦區(qū)頂板比較薄弱的區(qū)域進(jìn)行支護(hù)，噴錨支護(hù)的具體位置和數(shù)量要根據(jù)開采車間或開采巷道的面積來定，通常情況下是在車間四周各設(shè)立四個(gè)噴錨支護(hù)，再以此向中心設(shè)立不同數(shù)量的支護(hù)；然后將重量比較中的開采設(shè)備安置在頂板比較穩(wěn)定的區(qū)域內(nèi)，如果頂板出現(xiàn)裂隙，需要在其周圍設(shè)立警告牌，示意施工人員不得靠近開區(qū)域；最后運(yùn)用填充法將采空區(qū)內(nèi)部填滿，填充物可以是開采過程中生產(chǎn)的破碎巖石或砂土，填充強(qiáng)度對(duì)開采巷道和開采車間塌陷具有較好的改善作用，通過以上安全措施可以有效預(yù)防露天礦山開采過程中塌陷事故的發(fā)生。

1.2 預(yù)防水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的安全措施

露天礦山開采活動(dòng)會(huì)破壞掉周邊淺層地下水空間結(jié)構(gòu)，水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)主要由隔水層、底板和含水層組成，水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)變化主要受到自然因素和人為因素兩種條件的影響。受自然條件的影響，自然降水和降雪都會(huì)引發(fā)水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)含水層水位和水量的變化，含水層水位升高，但是承壓水的水位會(huì)比較穩(wěn)定，通常情況下，地下水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)都具有一定的承壓特征，如果不受到外界因素的影響，地下水會(huì)在兩個(gè)隔水層之間保持一定的穩(wěn)定狀態(tài)，上覆巖層會(huì)對(duì)地下水產(chǎn)生一個(gè)靜壓力，其與地下水的承壓力相互抗衡，水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生太大改變[3]。如果受到人為因素的影響，在露天礦山開采前期，通過礦井基建作業(yè)，各種巷道和礦井的挖掘會(huì)直接揭露水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)的含水層和隔水層；在露天礦山開采期間，由于礦區(qū)地下賦巖結(jié)構(gòu)遭到破壞，形成的冒裂帶向上擴(kuò)展將直接影響到水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)的含水層，使含水層結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，將會(huì)導(dǎo)致地下水沿著裂縫涌入礦井。此外在露天礦山開采過程中如果觸碰到隔水層，上覆巖層會(huì)逐漸剝落，此時(shí)地下水的承壓力大于上覆巖層給予的靜壓力，會(huì)使含水層水壓增大，隔水層底板無法承受含水層水壓直接涌入采空區(qū)，水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，地下水承載壓力失衡，礦山周圍地下水水位會(huì)提高，水體會(huì)通過開采產(chǎn)生的縫隙向上涌出，從而引發(fā)水工環(huán)災(zāi)害發(fā)生。

為了有效預(yù)防水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生，露天礦山開采過程中必須要做好排水措施。首先要建立完善的露天礦坑封閉圈以上永久性的防洪排水溝系統(tǒng)，確保在露天礦山開采過程中地表水無法直接流入露天礦坑內(nèi)，通過防洪排水溝直接將地表徑流引導(dǎo)開采范圍之外，隨著露天開采深度加深，還需要在礦坑周圍加筑攔洪大壩和排洪溝，避免地下水水位上升時(shí)地下水流入露天礦坑內(nèi)；然后利用廢棄的露天礦坑抑制洪峰，對(duì)開采完畢的廢棄露天礦坑不要立即填充，可以將其作為儲(chǔ)水構(gòu)筑物，調(diào)節(jié)儲(chǔ)排平衡關(guān)系，以此緩解露天礦山開采過程中排水壓力，有效降低排水成本，降低地下水給露天礦山開采作業(yè)帶來災(zāi)害性影響；最后在露天礦山開采過程中，根據(jù)對(duì)礦區(qū)周邊淺層地下水水位、水壓以及水量的監(jiān)測(cè)信息，在露天礦坑邊幫平臺(tái)上打設(shè)簡(jiǎn)易的臨時(shí)截水溝和排水溝，當(dāng)開采區(qū)周邊淺層地下水水位、水壓、水量過高時(shí)，利用排水溝及時(shí)將多余的地下水進(jìn)行排除，降低地下水水壓和水位，并且利用截水溝將滲入水及時(shí)攔截住，將深入水引入到周邊排水系統(tǒng)中，減小地下水對(duì)露天礦山開采安全的影響。通過以上安全措施，有效預(yù)防露天礦山開采過程中水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。

1.3 預(yù)防中毒事故發(fā)生的安全措施

在露天礦山開采施工過程中，礦體周圍會(huì)含有一部分有毒氣體，比如一氧化碳、氨氣、一氧化硫、二氧化硫、沼氣等，這些有毒氣體會(huì)隨著開采工作的進(jìn)展逐漸涌入開采車間和開采巷道，當(dāng)開采車間和巷道內(nèi)有毒氣體達(dá)到一定濃度值后，就會(huì)對(duì)開采人員產(chǎn)生損害，進(jìn)而引發(fā)中毒事故發(fā)生。為了預(yù)防露天礦山開采過程中出現(xiàn)中毒事故，提出以下安全措施：首先在開采車間及巷道內(nèi)開設(shè)通風(fēng)口，保證有毒氣體順利排出，以及開采車間及巷道內(nèi)有毒氣體濃度不會(huì)超標(biāo)；然后在開采車間及降到內(nèi)安置氣體檢測(cè)裝置及報(bào)警裝置，利用檢測(cè)裝置對(duì)車間和巷道內(nèi)有毒氣體進(jìn)行時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到有毒氣體超出預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，報(bào)警裝置就會(huì)立即發(fā)起警報(bào)，提示施工人員及時(shí)撤離；最后在開采車間和巷道內(nèi)放置防毒裝備，如果開采車間和巷道內(nèi)部有毒氣體超標(biāo)，即使施工人員沒有充足的時(shí)間撤離，也可以保證施工人員的人身安全。通過以上安全措施，可以有效預(yù)防露天礦山開采過程中中毒事故的發(fā)生。

1.4 預(yù)防火災(zāi)事故發(fā)生的安全措施

在露天礦山開采過程中，礦層頂板巖石剝離過程中礦體內(nèi)部會(huì)形成大量的漏風(fēng)通道，如果礦體內(nèi)含有易燃物質(zhì)，當(dāng)空氣隨著巷道進(jìn)入開采車間，致使礦坑內(nèi)礦體發(fā)生自燃現(xiàn)象，通常情況下礦體發(fā)生自燃后火勢(shì)會(huì)迅速向周圍蔓延，甚至?xí)尤贾恋乇恚瑥亩纬傻V坑火災(zāi)與地表火災(zāi)相結(jié)合的火災(zāi)事故，為了預(yù)防露天礦山開采過程中出現(xiàn)火災(zāi)事故，可以采取鉆孔注水和泥漿填充兩種安全措施，如果礦區(qū)范圍內(nèi)溫度較低，大約在45°左右，可以采取鉆孔注水的方式，在礦產(chǎn)頂板巖石上鉆孔，利用水泵向孔內(nèi)注入水，以此降低礦體內(nèi)易燃物質(zhì)的溫度，避免出現(xiàn)自燃；如果礦區(qū)面積較大，且溫度較高，大約在85°左右，此時(shí)采取注水鉆孔已經(jīng)不合適，應(yīng)該實(shí)施泥漿填充措施，利用泥漿填充和包裹易燃物質(zhì)，阻止礦體內(nèi)易燃物質(zhì)與空氣的接觸，防治易燃物質(zhì)被氧化，此外泥漿還能夠增加采空區(qū)的填充密度，避免采空區(qū)漏風(fēng)供氧，降低露天礦山開采過程中采空區(qū)氧氣的濃度，從而降低易燃物質(zhì)與氧氣反應(yīng)的速率和產(chǎn)熱量，起到防止易燃物質(zhì)自燃的目的。

除了采取以上安全措施以外，還要做好日常的預(yù)防工作，

（1）所有參與露天礦山開采工作的施工人員，尤其是下坑作業(yè)人員要提高警覺意識(shí)，一旦發(fā)現(xiàn)有明火或者煙氣冒出等情況，要及時(shí)向上級(jí)匯報(bào)，同時(shí)拉起警報(bào)，及時(shí)提示下坑作業(yè)人員撤離。

（2）在露天礦山開采過程中，如果發(fā)現(xiàn)爆破孔及周圍地區(qū)在爆破完成一段時(shí)間后任然有煙氣冒出，需要立即對(duì)爆破孔進(jìn)行封堵，避免空氣通過爆破孔與礦體內(nèi)易燃物質(zhì)接觸引起火災(zāi)，施工人員在封孔時(shí)要佩戴防護(hù)裝備，避免中毒。

（3）當(dāng)?shù)V坑開采完畢后，對(duì)于礦產(chǎn)剖面露出的空洞，及時(shí)用黏土或者砂土進(jìn)行覆蓋和掩埋，避免礦體裸露在外的剖面與空氣接觸引起自燃著火。

（4）利用檢測(cè)裝置時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)采空區(qū)自燃火區(qū)，使用的檢測(cè)裝置有易燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警儀、礦坑溫度測(cè)量?jī)x、爆破孔溫度測(cè)量?jī)x、遠(yuǎn)紅外測(cè)溫儀以及礦坑火災(zāi)氣體采樣儀等，一旦預(yù)測(cè)出有火災(zāi)發(fā)生，首先立即將下坑作業(yè)人員撤離到安全區(qū)域，利用儲(chǔ)水系統(tǒng)中的水對(duì)開采車間、巷道及采空區(qū)進(jìn)行降溫，防治火災(zāi)發(fā)生及進(jìn)一步的擴(kuò)大。

（5）將用于爆破的炸藥進(jìn)行妥善保管，將其放置在離開采區(qū)域較遠(yuǎn)的地區(qū)，單獨(dú)設(shè)立一個(gè)倉庫用于炸藥儲(chǔ)存，避免火災(zāi)引起爆炸。通過以上安全措施，可以有效預(yù)防露天礦山開采過程中火災(zāi)事故的發(fā)生。

2 結(jié)束語

此次結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)資料，對(duì)露天礦山開采安全措施的預(yù)防進(jìn)行了研究，提出了相關(guān)的預(yù)防策略及預(yù)防措施，有效控制露天礦山地質(zhì)災(zāi)害的形成，有助于露天礦山開采工作安全順利開展，提高了開采工作的安全性，對(duì)露天礦山開采安全管理具有重要了參考價(jià)值。由于此次進(jìn)行露天礦山開采安全措施的預(yù)防研究時(shí)間較短，雖然取得了一定的研究成果，但是還存在一些不足之處，提出的意見和建議在實(shí)際應(yīng)用時(shí)還需結(jié)合具體礦山地質(zhì)環(huán)境特征，從而改善露天礦山安全開采現(xiàn)狀。