露天矿山开采安全措施的预防

张 先

（准格尔旗金正泰煤炭有限责任公司，内蒙古 鄂尔多斯 010300）

露天矿山开采是一个复杂且浩大的地质工程，在开采过程中需要大量的人力及物力的支持，并且在整个开采过程中存在许多不安全因素，比如火灾、塌陷、突水、起重、中毒、触电等，影响露天矿山开采安全的因素多种多样，这些因素有一部分是矿山本身自然条件方面的原因，还有一部分是人为因素，这些不安全因素尽管表现形式不大相同，但是归根结底都是因开采活动对原有地质生态环境破坏而引起的，如果在开采过程中没有对危险因素进行有效控制，将会引发地质灾害，一旦地质灾害发生不仅会影响到露天矿山开采效率和质量，还会严重威胁到开采安全，造成一定的经济损失，拉高露天矿山开采成本[1]。近年来随着采矿业的大力发展，露天矿山开采安全管理和监管工作没有得到重视，在开采过程中地质灾害频发，据统计全球每年在露天矿山开采过程中出现的地质灾害将近4650起，造成人员伤亡数量达到3600人左右，造成的直接经济损失超过3500万元，相当于全球经济生产总值的4.6%，重特大事故时有发生，目前矿山地质灾害的防治已经成为矿产行业发展必须解决的问题[2]。为了解决该问题，国家已经出台了相应的政策和制度，但部分企业和施工单位仍存在安全措施不到位、监管不力的问题，严重威胁露天矿山开采安全。综上所述，施工安全是露天矿山开采的头等大事，为了保证露天矿山开采安全，提高对开采安全的重视，此次提出露天矿山开采安全措施的预防研究，对开展露天矿山开采工作与安全管理具有重要的理论指导意义和工程使用价值。

1 露天矿山开采安全措施的预防

露天矿山开采过程中经常出现坍塌事故、水工环地质灾害、中毒事故以及火灾事故，针对这些问题，此次分别对这四方面提出相应的预防措施，以此保证露天矿山开采安全。

1.1 预防塌陷事故发生的安全措施

坍塌事故是露天矿山开采过程中常见的一种地质灾害，其主要形成原因是因为采空区顶板在开采设备荷载作用下，施工压力大于顶板承受压力，也就是采空区顶板厚度没有达到露天矿山开采安全厚度的要求，采空区顶板就会失去稳定性，从而出现坍塌事故，严重威胁露天矿山开采安全，针对该问题，提出预防坍塌事故发生的安全措施。

首先在开采前需要对采空区顶板厚度进行预测，估算出采空区顶板最小安全厚度，其计算公式如下：

公式（1）中，G 为采空区顶板最小安全厚度，单位为m；α为采空区跨度，单位为m；γ为采空区顶板岩容重，单位为KN.m；N 为露天矿山开采作业设备附加荷载，单位为Kpa；为安全系数，通常取值1.5；L 为顶板岩体结构削弱系数，通常取值8.5-10.5；H 为采空区顶板岩拉应力，单位为Kpa；F 为载重冲击系数；κ为采空区顶板岩容许拉应力，单位为Kpa。利用上述公式计算出采空区顶板安全厚度，如果厚度满足露天矿山开采要求，则开采过程中不需要考虑坍塌事故发生，如果采空区顶板安全厚度没有达到露天矿山开采要求，则需要采取相应的应对措施。首先在开采车间利用金属网喷锚方法对采矿区顶板比较薄弱的区域进行支护，喷锚支护的具体位置和数量要根据开采车间或开采巷道的面积来定，通常情况下是在车间四周各设立四个喷锚支护，再以此向中心设立不同数量的支护；然后将重量比较中的开采设备安置在顶板比较稳定的区域内，如果顶板出现裂隙，需要在其周围设立警告牌，示意施工人员不得靠近开区域；最后运用填充法将采空区内部填满，填充物可以是开采过程中生产的破碎岩石或砂土，填充强度对开采巷道和开采车间塌陷具有较好的改善作用，通过以上安全措施可以有效预防露天矿山开采过程中塌陷事故的发生。

1.2 预防水工环地质灾害发生的安全措施

露天矿山开采活动会破坏掉周边浅层地下水空间结构，水文地质结构主要由隔水层、底板和含水层组成，水文地质结构变化主要受到自然因素和人为因素两种条件的影响。受自然条件的影响，自然降水和降雪都会引发水文地质结构含水层水位和水量的变化，含水层水位升高，但是承压水的水位会比较稳定，通常情况下，地下水文地质结构都具有一定的承压特征，如果不受到外界因素的影响，地下水会在两个隔水层之间保持一定的稳定状态，上覆岩层会对地下水产生一个静压力，其与地下水的承压力相互抗衡，水文地质结构不会发生太大改变[3]。如果受到人为因素的影响，在露天矿山开采前期，通过矿井基建作业，各种巷道和矿井的挖掘会直接揭露水文地质结构的含水层和隔水层；在露天矿山开采期间，由于矿区地下赋岩结构遭到破坏，形成的冒裂带向上扩展将直接影响到水文地质结构的含水层，使含水层结构发生改变，将会导致地下水沿着裂缝涌入矿井。此外在露天矿山开采过程中如果触碰到隔水层，上覆岩层会逐渐剥落，此时地下水的承压力大于上覆岩层给予的静压力，会使含水层水压增大，隔水层底板无法承受含水层水压直接涌入采空区，水文地质结构发生改变，地下水承载压力失衡，矿山周围地下水水位会提高，水体会通过开采产生的缝隙向上涌出，从而引发水工环灾害发生。

为了有效预防水工环地质灾害发生，露天矿山开采过程中必须要做好排水措施。首先要建立完善的露天矿坑封闭圈以上永久性的防洪排水沟系统，确保在露天矿山开采过程中地表水无法直接流入露天矿坑内，通过防洪排水沟直接将地表径流引导开采范围之外，随着露天开采深度加深，还需要在矿坑周围加筑拦洪大坝和排洪沟，避免地下水水位上升时地下水流入露天矿坑内；然后利用废弃的露天矿坑抑制洪峰，对开采完毕的废弃露天矿坑不要立即填充，可以将其作为储水构筑物，调节储排平衡关系，以此缓解露天矿山开采过程中排水压力，有效降低排水成本，降低地下水给露天矿山开采作业带来灾害性影响；最后在露天矿山开采过程中，根据对矿区周边浅层地下水水位、水压以及水量的监测信息，在露天矿坑边帮平台上打设简易的临时截水沟和排水沟，当开采区周边浅层地下水水位、水压、水量过高时，利用排水沟及时将多余的地下水进行排除，降低地下水水压和水位，并且利用截水沟将渗入水及时拦截住，将深入水引入到周边排水系统中，减小地下水对露天矿山开采安全的影响。通过以上安全措施，有效预防露天矿山开采过程中水工环地质灾害的发生。

1.3 预防中毒事故发生的安全措施

在露天矿山开采施工过程中，矿体周围会含有一部分有毒气体，比如一氧化碳、氨气、一氧化硫、二氧化硫、沼气等，这些有毒气体会随着开采工作的进展逐渐涌入开采车间和开采巷道，当开采车间和巷道内有毒气体达到一定浓度值后，就会对开采人员产生损害，进而引发中毒事故发生。为了预防露天矿山开采过程中出现中毒事故，提出以下安全措施：首先在开采车间及巷道内开设通风口，保证有毒气体顺利排出，以及开采车间及巷道内有毒气体浓度不会超标；然后在开采车间及降到内安置气体检测装置及报警装置，利用检测装置对车间和巷道内有毒气体进行时时监测，当检测到有毒气体超出预先设定的标准时，报警装置就会立即发起警报，提示施工人员及时撤离；最后在开采车间和巷道内放置防毒装备，如果开采车间和巷道内部有毒气体超标，即使施工人员没有充足的时间撤离，也可以保证施工人员的人身安全。通过以上安全措施，可以有效预防露天矿山开采过程中中毒事故的发生。

1.4 预防火灾事故发生的安全措施

在露天矿山开采过程中，矿层顶板岩石剥离过程中矿体内部会形成大量的漏风通道，如果矿体内含有易燃物质，当空气随着巷道进入开采车间，致使矿坑内矿体发生自燃现象，通常情况下矿体发生自燃后火势会迅速向周围蔓延，甚至会延燃至地表，从而形成矿坑火灾与地表火灾相结合的火灾事故，为了预防露天矿山开采过程中出现火灾事故，可以采取钻孔注水和泥浆填充两种安全措施，如果矿区范围内温度较低，大约在45°左右，可以采取钻孔注水的方式，在矿产顶板岩石上钻孔，利用水泵向孔内注入水，以此降低矿体内易燃物质的温度，避免出现自燃；如果矿区面积较大，且温度较高，大约在85°左右，此时采取注水钻孔已经不合适，应该实施泥浆填充措施，利用泥浆填充和包裹易燃物质，阻止矿体内易燃物质与空气的接触，防治易燃物质被氧化，此外泥浆还能够增加采空区的填充密度，避免采空区漏风供氧，降低露天矿山开采过程中采空区氧气的浓度，从而降低易燃物质与氧气反应的速率和产热量，起到防止易燃物质自燃的目的。

除了采取以上安全措施以外，还要做好日常的预防工作，

（1）所有参与露天矿山开采工作的施工人员，尤其是下坑作业人员要提高警觉意识，一旦发现有明火或者烟气冒出等情况，要及时向上级汇报，同时拉起警报，及时提示下坑作业人员撤离。

（2）在露天矿山开采过程中，如果发现爆破孔及周围地区在爆破完成一段时间后任然有烟气冒出，需要立即对爆破孔进行封堵，避免空气通过爆破孔与矿体内易燃物质接触引起火灾，施工人员在封孔时要佩戴防护装备，避免中毒。

（3）当矿坑开采完毕后，对于矿产剖面露出的空洞，及时用黏土或者砂土进行覆盖和掩埋，避免矿体裸露在外的剖面与空气接触引起自燃着火。

（4）利用检测装置时时监测采空区自燃火区，使用的检测装置有易燃气体检测报警仪、矿坑温度测量仪、爆破孔温度测量仪、远红外测温仪以及矿坑火灾气体采样仪等，一旦预测出有火灾发生，首先立即将下坑作业人员撤离到安全区域，利用储水系统中的水对开采车间、巷道及采空区进行降温，防治火灾发生及进一步的扩大。

（5）将用于爆破的炸药进行妥善保管，将其放置在离开采区域较远的地区，单独设立一个仓库用于炸药储存，避免火灾引起爆炸。通过以上安全措施，可以有效预防露天矿山开采过程中火灾事故的发生。

2 结束语

此次结合相关文献资料，对露天矿山开采安全措施的预防进行了研究，提出了相关的预防策略及预防措施，有效控制露天矿山地质灾害的形成，有助于露天矿山开采工作安全顺利开展，提高了开采工作的安全性，对露天矿山开采安全管理具有重要了参考价值。由于此次进行露天矿山开采安全措施的预防研究时间较短，虽然取得了一定的研究成果，但是还存在一些不足之处，提出的意见和建议在实际应用时还需结合具体矿山地质环境特征，从而改善露天矿山安全开采现状。