关于矿产资源开采过程中的安全措施优化研究——以诸暨市次坞镇新回头村香山矿区开发工程为例

关于矿产资源开采过程中的安全措施优化研究——以诸暨市次坞镇新回头村香山矿区开发工程为例

王春柳 ,丰贤江

浙江有色地勘集团有限公司 浙江省绍兴市312000 

安吉呈瑞安全工程师事务所有限公司，浙江省湖州市313000

摘要：灰岩矿作为我国重要的矿产资源，开采量巨大，开采范围广泛；为改进、优化矿地灰岩矿的安全开采过程，本文以诸暨市次坞镇新回头村香山矿区开发项目为例，对矿地灰岩矿的开发进行研究。

关键词：矿地开发、灰岩矿、开发工程、安全措施

引言

矿产资源是我国国民经济、社会发展和人民生活的重要物质基础。我国作为世界上矿产资源比较丰富、矿种比较齐全的少数几个国家之一，自新中国成立以来，矿产勘查、开发和后续冶炼与加工等均取得了巨大的成就。截止目前，已发现矿产 168种，矿产地（点）20 多万处，已探明储量的矿产 151 种，其中 20 多种矿产探明储量在世界前列。矿业作为我国的基础产业，在国民经济和社会发展中具有重要的地位和作用，我国大部分的能源、工业原料和农业生产资料都来自于矿业。

尽管采矿项目在一定程度上为我国的社会经济发展做出了贡献，但采矿项目具有巨大的安全隐患。由于采矿场所主要是矿区，因此某些区域的环境恶劣且地形复杂，增加了采矿工程作业的复杂性，并对人员的安全构成了威胁。如果没有合理的安全措施，则可能发生安全事故。这也给采矿企业造成了一定的经济损失。因此，在采矿过程中，有必要加强人员管理，不断创新采矿技术，促进采矿业务健康有序的发展。

1.灰岩矿

灰岩矿是一种以方解石为主要成分的碳酸盐岩，具有导热性、坚固性、吸水性、不透气性、隔音性、磨光性、很好的胶结性能以及可加工性等优良的性能，既可直接利用原矿，也可深加工应用。因此，灰岩矿是冶金、建材、化工、轻工、建筑、农业及其它特殊工业部门重要的工业原料。

2.采矿技术和施工安全的重要性分析

采矿项目基本上可以分为露天作业和地下作业，这不可避免地具有隐藏的安全风险。在采矿工程业务中，安全隐患的根源是施工环境和施工人员，户外作业将面临相对恶劣的环境，同时，许多建筑工人严重缺乏安全意识能力。当出现问题时，不能对事件做出合理的决定，也无法找到有效的解决措施。这将影响整个采矿项目。为了使采矿作业更加安全，必须优化施工现场的工作环境，并提高施工人员的安全意识。许多矿业企业忽略了采矿技术和安全实施的重要性，在进行采矿工程活动时倾向于更多地关注经济利益，因此在进行采矿活动时，对成本进行投资研究的规模很小，并且没有受到足够的重视。因此，采矿企业的安全管理存在以下问题。首先，多数企业缺乏专门的安全研究和设计部门。在施工之前，未对场地进行有效的勘测，这意味着施工环境存在隐患。其次，没有精心设计施工计划，也没有为施工中的环节制定相应的施工计划。由于没有针对施工人员的安全培训活动，因此在复杂的环境中，容易发生安全事故，不能充分保证人员的人身安全。为了提高采矿项目的安全性，并减少发生事故的可能性，采矿企业应更加重视采矿技术和施工安全措施的实施，并在施工环节要抓好工作，促进采矿企业的正常运营和促进采矿业的可持续发展。

3.矿山概况

矿区属低山丘陵地貌，地势南东高北西低，地形坡度15～25，三面均为山体，西侧为山谷，并与另一家仕坂坞石灰岩矿隔沟相望，直距仅两百余米。区内最高峰位于图幅南东侧，标高+213.8m，最低点位于图幅北西侧沟谷底，标高约+12m，相对高差201.8m。山体植被稀疏，多为灌木及杂草。

本区为亚热带季风气候，湿润多雨，四季分明，光照充足。年平均气温15～18℃，1月份最低，平均温度-4℃左右，7～8月份最高，平均气温28～29℃。年降雨量约1200～2000mm，雨量充沛，降雨多集中在4～7月份的梅雨期和7～10月份的台汛期。年蒸发量在800～1000 mm，相对湿度80%以上，全年无霜期大于240天。

4.工程主要安全问题

（1）开拓道路从拟采区老宕面经过，修建道路时需布置在稳定区域；

（2）老宕面边坡上存在险浮石，因此在边坡下部须设置警戒区域，禁止人员靠近，若下部有运输车辆或行人经过，则须清理边坡上的险浮石，并做好日常巡查工作；

（3）采区周边300m范围内有公墓和较多厂房，在爆破作业前需做好警戒和厂房的防护措施，爆破方向不得正对上述区域，建议对周边厂房进行征用或租用等；

（4）矿山开采矿种为石灰岩，矿体工程地质条件较为复杂，在修筑道路和开采过程中形成的边坡有极大的可能为顺层，因此需做好日常边坡的巡查工作，若边坡上形成顺层边坡，则须及时处置。

5.矿区开发工程设计

出于安全方面的考虑，本文对矿区开发工程的设计采用潜孔钻机穿孔，深孔爆破、非电导爆系统起爆及铲装、汽车运输的采矿方法。

开采流程：剥离—穿孔—深孔爆破—铲装运输—破碎加工。

5.1采矿顺序

矿山为年开采矿石500万吨的露天矿山。根据矿山采矿技术条件和目前的安全政策、选用的采矿设备，本文设计采用自上而下分台阶的开采顺序，采用潜孔钻穿孔，多排中深孔分段延时爆破，挖掘机铲装，汽车运输的采矿工艺。

由于矿山开采高差较大，且上部为矿石量较少，正式生产后无法满足要求，因此综上情况考虑，开拓运输道路修建至中部的+180m标高，南侧开拓道路修建至+165m标高，基建工程为中部的+180m以上和南侧的+165m以上进行基建削顶，削顶结束后按设计台阶的要求逐层往下开采，即台阶自上而下的开采顺序为+211m~+195m、+195m~+180m、+180m~+165m、+165m~+150m、+150m~+135m、+135m~+120m、+120m~+105m、+105m~+90m。为提高矿山的绿色矿山建设，要求矿山开采时需逐层开采，逐层剥离，不得对下部未还区域进行提前剥离，以免造成植被的大面积破坏。

综上情况，本矿山的采矿顺序为，首先对中部的+180m以上矿体和南侧的+165m以上矿体进行削顶，然后按设计台阶要求逐层往下开采，矿山开采的整体推进方向为由西向东推进。

5.2剥离

开拓道路形成后，矿山应遵照“采剥并举，剥离先行”的原则，应先用挖掘机进行表土剥离，与开采工作面推进及延伸方向一致。开采时剥离工作应超前开采工作面20m以上，剥离的表土通过主干道路与辅助道路运至+84m卸表土临时堆放点平台卸料。

5.3穿孔作业

矿山开采的矿种是石灰岩，根据矿山的年生产能力，设计选用HCM351潜孔钻机。

按年开采总量500万吨矿石计算，平均日采矿量正常为22000t，每班最大的剥采生产能力为11000t。据同类矿山使用情况，HCM351潜孔钻机1台潜孔钻机的实际台班效力200m，配3台HCM351潜孔钻机穿孔能力完全能满足要求,HCM351型潜孔钻机最大钻孔深度大于20m。

钻机设备能力为每小时30m，每天2班作业。所需潜孔钻机数量为：

N=Q/{qp（1-e）} =5000000/{50000×13.3×2×（1-0.009）}≈3.79台 ，取4台

式中：N——所需设备数量，台；

Q——矿山规模，吨/年；

q—钻机台年穿孔效率，钻机按年穿孔250天计，200×250= 50000m；

    p——每米炮孔爆破量，t/m，取13.3（单孔爆破岩石量推算）；

e——废孔率，0.9%。

边角地带和最终边坡修整采用挖掘机冲击锤机械开采修整。

5.4爆破作业

爆破参数的确定对爆破效果将产生直接影响，它受穿孔设备能力和台阶参数、爆后块度要求等因素限定。生产中可按下列设计参数（以倾斜炮孔为例）进行试爆，并依据试爆结果、结合生产实践进行调整与完善。

根据业主要求及矿山开采台阶的高差，本设计采用深孔多排延时爆破方法，延时爆破可改善爆破效果，减少飞石，保证爆破施工作业安全。同时，以减少爆破次数和环境相对安静。

炸药可采用2#岩石乳化炸药。

起爆材料：采用非电导爆管延时起爆系统或电子雷管起爆系统。

（1）石灰岩炮孔布置及爆破参数

炮孔布置：

① 钻孔形式采用倾斜布孔，炮孔倾角同工作台阶坡面角（75°）。

② 布孔方式采用多排孔梅花形布置。

爆破参数：爆破参数的确定对爆破效果将产生直接影响，受穿孔设备能力和台阶参数、爆后块度要求等因素限定。生产中可按下列设计参数进行试爆，并依据试爆结果、结合生产实践进行调整与完善。

①单位炸药消耗量：单耗 q= 0.45kg/m3。

②孔径d=110mm。

③装药线密度：9.34kg/m。

④孔深h：L = 15/sin75°＋1.0=16.5m。

生产中，应根据底板实际爆后高度与设计值的偏差调整炮孔超深，即适当调整孔深。

⑤底盘抵抗线Wd

底盘抵抗线 Wd： Wd = d×=3.19m  取3.5m

式中：d—钻孔直径1.1dm；

   △—装药密度 0.9g/ml；

   q—单位炸药消耗量 0.45kg/m3；

   τ—装药长度系数，当H＜10时，τ=0.6；当H=10～15m时，τ=0.5；

   m—炮孔密集系数，取1.0；

   H—台阶高度，15m。

（2）二次破碎

爆破后的个别超径大块需要二次破碎。二次破碎要求在远离边坡底作业，二次破碎采用机械破碎，禁止采用爆破方式进行二次破碎。

5.5爆破安全距离

（1）爆破振动安全距离

控制爆破振动危害主要应控制最大一段齐爆药量，单响起爆最大装药量采用下式计算：

式中：R——爆破振动安全允许距离，单位为米；

Q——炸药量，延时爆破为最大一段药量，单位为千克；

V——保护对象所在地质点振动安全允许速度；

K、a——与爆破点至计算保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数，可按下表选取，或通过现场试验确定。

根据《爆破安全规程》规定，地面建筑物的爆破振动判据，采用保护对象所在地质点峰值振动速度和主振频率。本矿山主要所要保护的对象为矿山内部建构筑物及生产设施。

以上建构筑物允许的振动速度按2.3～2.8cm/s，为充分考虑安全性，计算时取下限V＝2.3 cm/s。

K、α——与爆破点至计算保护对象间地形、地质条件有关的系数和衰减指数。

根据《爆破安全规程》规定，石灰岩按爆区是为中硬岩石，计算时取小值：K＝150，α＝1.5，砂岩按爆区是为软岩石，计算时取小值：K＝350，α＝2.0。

表1 不同岩性的K、a值

通过上述公式和所选参数，计算出爆破点距离被保护对象不同距离处的最大一段齐爆药量（即最大单响药量）见表2。

表 2石灰岩爆破距离与建筑物爆破单段控制药量对照表

从上述表对照数据分析，石灰岩单孔起爆时，爆破药量为90kg，对照上表爆破振动对沥青搅拌站和混凝土搅拌站的建构筑物影响较大。

（2）深孔爆破飞石的安全距离计算爆破产生的个别飞石的最大距离按下式确定：

Rf＝（15～16）D

式中：Rf——飞石的飞散距离（m）；

D=深孔直径d(mm) ×100=11m （按ø110设备测算）。

代入：Rf＝15×11～16×11＝165m～176m。下坡方向增加50%，最大飞石距离为264m。

根据《爆破安全规程》（6722-2014）要求，个别飞石的安全距离按照设计不大于200m，爆破方向位于下坡方向时，飞石安全允许距离应增大50%计算，因此选择飞石安全距离非下坡方向为200m，下坡方向为300m。结合矿山周边情况，周边无民房，但矿山周边有厂房、内部管理房、公墓及私人管理房等，目前矿山已与私人管理房签订了拆迁协议、公墓签订安全协议，厂房签订了爆破安全协议。

依据爆破飞石的验算，矿山爆破对矿山内部建构筑物及周边有一定影响。为减少爆破飞石对周边影响，矿山在爆破作业时避免正对矿山内部的建构筑物、生产设施及周边厂房及村庄等方向，在无法避免时须采用控制爆破的方式进行作业，控制爆破方法如下：爆破飞石的方向与抵抗线有关，飞石的距离与堵塞质量、长度，石质坚硬度、设备孔径、炸药单耗、结构变化等相关。为确保受爆破的设备及建构筑物不受爆破飞石危害，应采取调整爆破方向、增加炮口覆盖、增加堵塞长度、加强保护对象防护等措施，确保不受爆破飞石的危害。

6.矿区开发工程设计的作用

本文对矿区开发工程设计，大大提高了开发过程中的安全系数，消除了事故发生的隐患，提高了矿区开发的效率，对于灰岩矿的治理工作起到了较好的示范作用。

7.结语

优化矿山开发是推进生态文明建设的重要举措。由于篇幅有限，本文尚未就矿地灰岩矿开发工程进行更深入的剖析，在今后的研究中，还需要在实践中不断总结经验，不断提高矿山的安全管理能力，努力实现矿山的本质安全。

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