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露天采矿安全基本知识

汪为平 教授

电话： 13705554074

中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司

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第一章 露天矿山基本知识 1.1 露天矿山开采的基本概念 1.2 露天采矿场构成要素 1.3 露天矿场构成的安全要求第二章 露天开采工艺 2.1 露天开采工艺 2.2 穿孔作业及安全要求 2.3 爆破工作及安全要求 2.4 采装作业及安全要求 2.5 运输作业及安全要求 2.6 采场防排水

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第三章 边坡管理 3.1 地质基本概念 3.2 边坡破坏的类型 3.3 影响边坡稳定的主要因素 3.4 边坡事故的预防

第四章 排土安全 4.1 排土场 4.2 排土方法 4.3 排土场的安全要求

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第一章 露天矿山基本知识

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1.1 露天矿山开采的基本概念 露天采矿就是从敞露的采矿场采掘有用矿物。

露天采矿场模拟面貌

机械开采：开采坚硬矿岩，以深孔爆破，机械采掘为获取矿石的主要手段。人工开采：安委办【 2010 】 17 号文明令禁止。

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山坡露天矿 ---- 地表封闭圈以上；凹陷露天矿 ---- 地表封闭圈以下。

图 2 山坡露天矿和凹陷露天矿示意图A——山坡露天矿， B——凹陷露天矿， 1——地表封闭圈标高

山坡露天矿

凹陷露天矿

地表封闭圈

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封闭圈山 坡 露 天

凹 陷 露 天

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1.2.1 台阶

按一定高度将矿岩划成水平分层，保持一定超前距离，自上而下逐层开采。台阶是露天开采的基本要素，结构要素如图所示。

1.2 露天采矿场构成要素

台阶结构图 1 －台阶上部平台； 2－台阶下部平台； 3－台阶坡面；

4 －台阶坡顶线； 5－台阶坡底线；α－台阶坡面角； h－台阶高度。

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一个台阶的上部平台又是其上一台阶的下部平台。台阶以其下部平台标高命名，如图所示。

露天开采时根据挖掘机的挖掘半径、卸载半径和爆堆宽度，划分条带状采掘带依次开采。如果采掘带很长，按一台挖掘机所需的采掘工作线长度再划为采区独立开采。

台阶命名及开采示意图

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台阶坡面：台阶的临空倾斜面，坡面角的大小关系着采矿作业的安全，视矿岩稳固程度与台阶高度而定，一般为 50 ～ 75° 。

岩石硬度系数 台阶坡面角（ ° ）

﹥8 70 ～ 75

3 ～ 8 60 ～ 70

1 ～ 3 50 ～ 60

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1.2.2 露天采矿场 露天采矿场构成要素如图 5。 露天矿坑四周揭露的由台阶组成的表面称露天矿边帮（ BC、 AF ）。 矿体下盘边帮叫底帮，上盘边帮叫顶帮，端部边帮叫端帮。 非工作帮——顶帮、底帮和端帮。 非工作帮平台——安全平台、清扫平台和运输平台。

露天采矿场结构图 1 －安全平台； 2－清扫平台； 3－运输平台； 4－工作平台

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安全平台宽度≈台阶高度的 1/3 ，安全规程≥4m。阻挡和容纳边坡上掉落的岩石，调节缓和边坡角，保证边帮稳定和下部各水平作业安全。 清扫平台宽度一般≥6m，便于清理设备作业，每隔 3～ 4个台阶设置一个。 运输平台宽度≡运输线路，与出入沟同设在非工作帮的一侧及端帮上。 工作帮 ---- 采矿和剥离台阶组成的边帮。 工作帮坡角 ---- 连接工作帮最上台阶和最下台阶坡底线的假想斜面 DE与水平面的夹角。一般为 8～ 12° ，不超过 15 ～ 18° ，陡帮开采可依设计适当大。

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最终边坡角 ---- 过非工作帮最上台阶的坡顶线和最下台阶的坡底线所作的假想斜面 A0、 BG 与水平面的夹角β、γ叫最终边坡角。 上部最终境界线 ---- 最终帮坡面与地表相交的闭合曲线。

下部最终境界 ---- 最终帮坡面与露天采矿场底平面相交的闭合曲线。

最终开采深度 ---- 上部最终境界线水平与下部最终境界线水平之间的垂直距离。

最终境界 ---- 由最终边坡，下部最终境界线和最终开采深度所圈定的范围。

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台阶高度的确定

台阶高度对露天开采作业安全意义重大。

①矿岩的岩性和埋藏条件

稳固矿岩，台阶高度可以大一些；节理裂隙较发育、不

稳固矿岩，台阶高度应低一些。

②穿孔爆破工作的要求

保证生产人员和设备的安全。

1.3 露天矿场构成的安全要求

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③采掘工作的要求：安全规程规定如下表。

矿 岩 性 质 采掘作业方式 台 阶 高 度

松软的岩石 机械铲装

不爆破 ≤机械的最大挖掘高度

坚硬稳固的岩石 爆破 ≤机械的最大挖掘高度的 1.5倍

砂状的岩石 人工开采 ≤1.8m

松软的岩石 ≤3.0m

坚硬稳固的岩石 ≤6.0m

露天矿场台阶的安全高度

挖掘机或前装机铲装时，爆堆高度应不大于机械最大挖掘高度的 1.5倍。

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第二章 露天开采工艺

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矿山生命周期：地面准备，矿床疏干和防排水，矿山基建，剥离和采矿，地表恢复与利用。

地面准备 ----排除开采范围内妨碍生产的各种障碍物，

如砍除树木，湖泊排干，迁移建筑物，道路和河流改道等。

矿床疏干和防排水 ---- 有地下水的矿床应预先排水疏

干，防止地表水流入采矿场应修筑挡水坝、截水沟。

矿山基建 ---- 露天矿投产前相应的基建工程，如矿床

开拓、表土剥离、排土场、运输道路等。

2.1 露天开采过程与技术指标

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矿床开拓 ---- 掘出入沟建立地面与开采水平之间或各开

采水平之间的运输联系倾斜沟道；开段沟为开辟剥离、采矿

工作台阶而掘进的水平沟道，是各水平的初始开采工作线。

剥离 ---- 揭露矿体，挖掉覆盖在矿体上面的表土及矿

体上、下盘部分围岩。

地表恢复与利用 ---- 露天矿区占用大量农田和土地，

开采期间或开采结束应有计划有步骤地复土回田。

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随着矿石的不断采出，要不断地剥离大量废石，如图所示，当开采境界由 abcd 扩展到 a’b’c’d’，采矿量从 A1增加到 A1十 A2 ，剥离岩石量也从 V1增加到 V1十 V2 。

露天境界影响剥离量和采矿量示意图

剥采比 ---- 岩石剥离量比采矿量，即采出单位矿石需要剥离的岩石量。单位： m3/m3 、 m3/t 或t/t。

2.1.1 露天境界及剥采比

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剥采比是反映露天采矿的重要经济指标。

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1 、平均剥采比 nρ 为露天开采境界内岩石剥离总量与可

采矿石总量之比，即：

式中： nρ——平均剥采比， m3/m3 ， m3/t 或 t/t ；

Vρ——露天开采境界内岩石剥离总量， m3 或 t；

Aρ——露天开采境界内可采矿石总量， m3 或 t。

Vn

A

＝

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2 、生产剥采比 ns为一定生产时期内例如一年内，露天开采境界内岩石剥离量与可采矿石量之比，即：

式中： ns——生产剥采比， m3/m3 ， m3/t 或 t/t ；

Vs——某生产时期内岩石剥离量， m3 或 t；

As——某生产时期内可采矿石量， m3 或 t。

ss

s

Vn

A＝

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3 、境界剥采比 nJ 为露天矿不改变最终边坡角条件下，

延深△ H深度（一般为一个台阶高度）后增加的岩石剥离量和可采矿石量之比，叫深度 H的境界剥采比，即：

式中： nJ——境界剥采比， m3/m3 ， m3/t 或 t/t ；

△V——露天开采境界延深后增加的岩石剥离量， m3 或 t；

△A——露天开采境界延深后增加的可采矿石量， m3 或 t 。

J

Vn

A

＝

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确定露天境界原则：境界剥采比不超过经济合理剥采比。

对于某些覆盖层很厚或不连续的矿体，用平均剥采比≤经

济合理剥采比的原则去校核。

经济合理剥采比：是指经济上允许的最大剥岩量与可采矿

量之比。

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（ 1）成本比较法：当矿床划分为露天开采和地下开采时，经济合理剥采比根据露天采矿成本不超过地下采矿成本确定，即：

式中： ne——经济合理剥采比， m3/m3 ；

c——地下采矿成本，元 / m3 ；

a——露天开采纯采矿成本，元 /m3 ；

b——露天采矿剥离成本，元 /m3 。

e

c an

b

－≤

2.1.2 经济合理剥采比

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（ 2）价格法：当矿床只用露天开采时，则以露天开采产品成本不超过矿石价格，以保证矿山不亏损为原则确定，即：

式中： c1——矿石价格，元 /m3 ；

其他符号同前。

1e

c an

b

－＝

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为确保露天采场生产安全、持续、稳定，掘沟、剥离和

采矿在时间上和空间上都必须保持适当的超前关系， 必须遵

循“采剥并举，剥离先行”的原则。

自上而下进行掘沟、剥离和采矿工作，上部水平顺次采

到最终境界，下部水平顺次开拓、采准出来；旧的工作水平

不断结束，新的水平不断投产。 掘沟、剥离和采矿工作都由穿孔、爆破、采装、运输等工艺来实现。

2.1.3 露天采掘顺序

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露天矿床开拓就是建立地面工业广场、受矿点、排土

场与采矿场之间以及各工作台阶之间的运输通路，并借助

这些通路准备新的开采台阶的工程总称。

露天矿床开拓方法主要分为：公路运输开拓法，

铁路运输开拓法，胶带运输开拓法，斜坡卷扬开拓法，平

峒溜井开拓法和联合开拓法等。

2.1.4 露天矿床开拓

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开掘缓倾斜露天坡道（即出入沟），汽车运输坡度 8～ 10%，连续坡道长度小于 300m ，缓坡段长度 40 ～ 60m 。

直进式：坑线设置在采矿场的一帮，设在非工作帮上的坑线，称为固定坑线，设在工作帮上的坑线，称为移动坑线，汽车在坑线上行驶时，不改变运行方向。

直进式

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折返式

回返（折返）式：坑线也是设在采矿场的一帮，但汽车在坑线上行驶时，其运行方向有规律的改变，上、下水平回返一次呈“之”字形。

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螺旋式：坑线布置在露天矿场四周的边帮上，汽车由一个水平向下一个水平运行时，运行方向不变，呈空间螺旋状。

螺旋式

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公路运输开拓评价： 机动灵活，调运方便，爬坡能力大，对线路的技术条件要求低；运距短，车辆周转快，利于提高掘沟速度；开拓坑线较短，可减少开拓工程量和基建投资，缩短基建时间；利于加快新水平的准备等。 汽车运输受气候影响大，轮胎磨损大，维修费用高，燃料消耗量大 , 吨公里运费高。 适用于地形复杂，矿床赋存形状不规则或采矿场平面尺寸较小而开采深度较大的露天矿。

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平装车全段高掘沟：在全段高上一次穿孔爆破，爆下的岩石由挖掘机装入位于同一沟底的汽车内。调车方式：回返式，单折返线和双折返线。

汽车掘沟工程

汽车在沟内的调车方式 a －回返式调车； b －单折返线调车； c －双折返线调车

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露天矿穿孔设备：（ 1）浅孔凿岩设备：凿岩机、凿岩台车。（ 2）深孔凿岩设备：潜孔钻机（ KQ-150,KQ-200,K

Q-250 ）、牙轮钻机 (KY-150,KY-200,KY-250,KY-310 ； YZ-35,YZ-55) 。

潜孔钻机：回转—冲击式穿孔设备，由冲击器、回转推进机构、提升机构、钻架、除尘装置等组成，用于中硬和坚硬矿岩中穿孔，钻凿直径 80 ～ 25Omm 、垂直和倾斜深孔。

2.2 穿孔作业及安全要求

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小型风动凿岩机 凿岩台车

3737

潜孔钻机

三牙轮钻头

牙轮钻机

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牙轮钻机：一种以三牙轮钻头破岩穿孔、压气排碴的回转式大型穿孔设备，用于坚硬矿岩中穿孔，钻凿孔径 170 ～ 380mm 深孔。穿孔时机架顶部的回转、加压机构产生的回转运动和轴向压力，通过钻杆传给钻头，当钻头回转并带动钻头上的硬质合金柱滚动过程中，以压碎、冲击、剪切和括削等不同作用方式吃入孔底岩石将其破碎，随着压气不断将岩屑排出，钻头不断凿入岩石，深孔逐渐形成。

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凿岩安全技术：（ 1）凿岩机作业安全问题①凿岩工要经过培训，熟悉凿岩机的性能和操

作方法；②开孔时要扶稳钻机，以防钻头伤脚或凿岩机

倾倒伤人。严禁打干眼和残眼；③在坡度超过 30° 的台阶坡面上凿岩时，凿岩

工要使用安全绳，凿岩时要站稳。

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（ 2）钻机作业安全问题①钻机司机要经过专门培训，了解钻机的性能，

熟练掌握操作程序和操作技术；②钻机移动时，应有人指挥和监护，行走时，司

机应先鸣笛，履带前后不得站人，不准转急弯；③钻机靠近台阶坡顶线行走时，应先检查行走路

线是否稳固安全，凿岩台车外侧凸出部分至台阶坡顶线的最小距离为 2m，牙轮钻和潜孔钻为 3m；

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④钻机不宜在坡度 15° 的坡面上行走，如果坡度超过 15°，必须放下钻架，并采取防倾覆措施。不准长时间停留在斜坡道上。⑤钻机稳车千斤顶至台阶坡顶线安全距离：凿岩台车 1m ，

牙轮钻和潜孔钻 2.5m ，千斤顶下禁止垫石块；⑥穿凿第一排炮孔时，钻机的中轴线与台阶坡顶线的夹角

不得小于 45° ；⑦挖掘每个水平的最后一个采掘带时，上阶段正对挖掘机

作业范围内的第一排孔位地带，不得有钻机作业。

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穿孔作业

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2.3 爆破工作及安全要求2.3.1 爆破漏斗 炸药在岩石中爆炸后形成一个爆坑。 自由面—与空气接触的岩石表面； 爆破漏斗半径—爆破漏斗底圆半径； 爆破作用半径—药包中心到爆破漏斗底圆任一点的距离； 最小抵抗线—自药包中心到自由面的最短距离。

图 17 爆破漏斗图

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2.3.2爆破作用指数（ n） 爆破漏斗半径 r与最小抵抗线 w的比值。

① 标准爆破， n=1 ；

②抛掷爆破， 1＜ n＜ 3 ；

③ 松动爆破， n ＜ 1 。

金属非金属矿山多采用松动爆破。

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2.3.3 露天爆破基本要求：

（ 1）矿岩大小适度，便于采装，满足用户要求；

（ 2）台阶规整不留根底，爆堆集中高度符合采掘要求；

（ 3）不产生后冲破坏作用，利于进行后续穿爆作业；

（ 4）有足够的爆破贮备量，满足连续采掘的需要。

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2.3.4爆破方法：

（ 1）浅眼爆破法 :孔深 6m 以下，孔径 75mm 以下；

（ 2）深孔爆破法 :孔深 10m 以上，孔径 75mm至 380mm

；

（ 3）控制爆破破坏作用：光面爆破法、预裂爆破法、缓

冲爆破法；

（ 4）改善爆破破碎效果：挤压爆破法。

禁止的爆破方法：药壶爆破法，裸露爆破法。

少用的爆破方法：硐室爆破法，浅眼爆破破碎大块。

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深 孔 爆 破

硐 室 爆 破

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2.3.5炸药的基本特性（ 1）炸药的感度：外能作用下起爆的难易程度。外能越小感度越高。

包括：热感度、撞击感度、摩擦感度、爆轰感度。

（ 2）爆炸的反应形式：热分解、燃烧、爆炸。

（ 3）炸药的起爆和传爆：在一定外能作用下发生爆炸的过程称为起爆

，起爆后其能量以冲击波的形式在炸药内部传递称为炸药传爆。

（ 4）炸药的爆炸性能：

①爆力：炸药在介质内爆炸做功的总能力，即炸药具有的总能量。

②猛度：炸药爆炸的猛烈程度，炸药对直接接触的局部介质破坏能力

。

③爆速：炸药爆炸时爆轰波沿炸药的传播速度。

④殉爆：炸药爆炸时引起与它不相接触的邻近炸药爆炸的现象。

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2.3.6矿用炸药

（ 1）铵油炸药：硝酸铵，配适量的柴油及木粉。成本低

、安全性好、感度低，易吸湿结块、抗水性差。

（ 2）乳化炸药：抗水炸药，矿山使用最广的品种。抗水

性强、爆炸性能好、可用 8号雷管起爆、成本低、爆破效率高

，安全性好。

其它炸药有：铵梯炸药、黑火药、浆状炸药等。

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2.3.7起爆方法及起爆器材炸药起爆方法：电雷管起爆、导爆索起爆、非电导爆管起

爆和联合法。国家已禁止生产火雷管，火雷管起爆法已淘汰。（ 1）电雷管起爆法① 电雷管品种

电雷管时间分类 即发 秒差 微差

电雷管用途分类 普通 抗杂散电流 耐静电 深水电雷管

电雷管威力分类 6 号 8 号

52电 雷 管

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② 起爆电源电力起爆电源有干电池、蓄电池、起爆器、移动式发

电机、照明线路和动力电源。

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电雷管起爆安全事项：① 使用前逐个检查，电阻误差不超出下表允许范围，同

一爆破网路电雷管应为同厂同型号。

脚线材质 桥线材质 电阻允许误差（ Ω ）

电阻测量方法

铜线 康铜 镍铜 0.30 0.85 检查全电阻 检查全电阻

铁线 康铜 镍铬 0.26 0.80 检查桥丝电阻 检查桥丝电阻

②爆破场地杂散电流值大于 30mA 时，禁止用普通电雷管，改用抗杂散电流雷管或非电起爆

③爆破主线与起爆电流或起爆器连接之前，检测全线路总电阻值，与设计值允许误差±5%，若不符，查明原因，改正后再连接。

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（ 2）导爆索起爆法雷管引爆导爆索，导爆索的爆轰引爆起爆药包爆轰的方法。可以避免

由杂散电流和静电引起的爆破事故。

①导爆索：是以副爆药为索芯，以棉、麻、纤维等为被覆材料，能

够传递爆轰波的索状起爆器材。敏感度比较低，威力较大，经雷管起爆后可

以引爆其它炸药。

②继爆管：专门与导爆索配合使用的延期起爆器材。借助于继爆管

的微差延期继爆作用与导爆索一起实现微差爆破，继爆管分单向和双向，前

者只向一个方向传爆，切不可首尾颠倒连接，否则拒爆，后者不受连接方向

的影响。

56

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③ 导爆索起爆网路连接：串联、并联和分段联。网路中连接继爆管可实现单排孔或多排孔的孔间微差和排间微差爆破。

a 、导爆索的连接方法：搭接法、水手结接法、 T 字型结接法、三角形接法。连接时，支线应顺主

线传播方向夹角不小于 90° ，连接长度不小于 15cm ，起爆导爆索的雷管集中穴应朝导爆索传爆方向。

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b、导爆索与药包的连接：

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c 、导爆索网路的连接方法：

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（ 3）非电导爆管起爆法非电导爆管起爆系统由击发、传爆、起爆和连接元件组成。①起爆网路的连接：用胶布、橡皮筋、塑料连接块、导爆四

通连接。

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②起爆网路连接安全问题：a 、传导管的雷管与簇联的导爆管连接时必须反方向，否则发生拒爆

事故。b 、连接块的连接点要用碎渣或泥覆盖，以免雷管残片横向飞散损坏

其周围的导爆管。c 、塑料导爆管传递冲击波的速度 1750 ～ 1950m/s ，使用时要注

意雷管段数的时间外，还要加上导爆管长度的延迟时间。

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非 电 雷 管

塑料导爆管

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（ 4）深孔爆破参数合理布置孔网参数，正确确定爆破参数。① 孔径和孔深潜孔钻孔径 80 ～ 250mm ，牙轮钻孔径 170 ～ 310

mm 。孔深 = 台阶高度 H+ 超深 h 。超深用于降低装药中心，克服台阶底部阻力，爆破后

不残留根底，一般为 0.15 ～ 0.35W 底。

图 18 孔布置图和爆破参数结构图a －垂直深孔； b－倾斜深孔

65

②底盘抵抗线 W 底

底盘抵抗线——孔中心到台阶坡底线的水平距离。

垂直深孔底盘抵抗线较大，爆破时底部阻力大，易残留

根底，同时后冲作用大，台阶产生后冲裂隙，影响穿孔作业。

倾斜深孔爆破，则与此相反，爆破效果较好。

通常 W 底可按台阶高度的 0.6 ～ 0.9 选取。

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③孔间距和排距

孔间距 a ：同排相邻两孔的中心距离。

排距b ：相邻两排孔之间的垂直距离。

a ＝m·W 底， m

b＝（ 0.9 ～ 0.95 ） W 底 , m

m 为深孔密集系数，一般为 0.8 ～ 1.2 。

矿山爆破孔距大于排距， m≈2 ，爆破效果好。

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④炸药单位消耗量 q炸药单位消耗量根据经验数据选取，结合矿山实际调整。⑤孔装药量 QQ ＝ q·W 底 ·a·H （ kg ）⑥堵塞长度 L L≥ （ O.7 ～ O.8 ） W 底 （ m ）⑦微差时间和起爆顺序逐孔微差起爆，单排微差爆破，多排孔微差爆破。多排孔爆破比单排孔爆破质量好，微差时间 25 ～ 50ms 。起爆顺序如图所示。

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深孔多排微差起爆顺序

a－逐排依次起爆； b－斜向起爆； c－波形起爆； d－中间掏槽起爆； 1、 2、 3……－起爆顺序

起爆顺序如图所示。

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挤压爆破：台阶工作面留松散矿岩碴堆，多排孔微

差爆破矿岩与碴堆碰撞挤压破碎，爆堆集中。碴堆松散系

数在 1.15 以上，碴堆厚 10 ～ 15m ，爆破效果良好。

微差挤压爆破示意图

70

预裂爆破：沿边坡境界线密集钻一排直径≤ 100mm 的平行预裂孔，间距为孔径 7 ～ 15 倍，不偶合装药。采掘带爆破之前起爆，爆出一条宽 1 ～ 2cm 连通各预裂孔的裂缝，采掘带爆破应力沿预裂面反射。

预裂爆破掘进堑沟深孔布置示意图 1 －预裂孔； 2－缓冲孔； 3－主爆孔

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预 裂 爆 破 效 果

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光面爆破：沿边坡界线钻一排密集平行深孔，孔距 1.7～ 2.0m ，与辅助孔的排距为 2 ～ 2.3m ，采掘带起爆后起爆，微差时间 50ms ，爆破后边坡上残留半边眼痕，能有效地控制爆破对边坡的有害影响。

光面爆破清理边坡深孔布置示意图1 －光面孔； 2－辅助孔

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光面爆破效果

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露天爆破安全要求：①遵守《爆破安全规程》，用国家标准的爆破器材；②爆破作业人员经过培训，考试合格持证上岗；③按爆破设计书或爆破作业指导书作业；④禁止穿化纤衣服进行爆破器材加工和爆破作业；⑤雾天、黄昏和夜晚禁止爆破，遇雷雨停止作业，撤离

危险区；⑥人工掩体应设在冲击波范围以外，坚固严密，位置和

方向应能防止飞石和炮烟的危害，通往掩体的道路不得有任何障碍物；

⑦在危险区边界设立岗哨，使所有道路处于监视之下，每个岗哨应处于相邻岗哨视线范围内，爆破前必须同时发出音响和视觉信号，确认爆破地点安全，才能恢复作业。

75爆破警示牌

76

爆破施工现场

77

（ 5）爆破安全距离爆破公害：爆破地震、空气冲击波、碎石飞散、有毒

害气体。爆破必须确定爆破危害范围和安全距离，设置警戒和安全防护措施。

① 爆破飞石安全距离

爆破类型 个别飞石的最小安全距离

浅眼爆破破碎大块 300m

浅眼爆破 200m （复杂地形条件下或未形成台阶工作面时不小于 300m ）

深孔爆破 按设计，但不小于 200m

沿山坡爆破时，下坡方向的飞石安全距离应增加 50% 。

78爆破飞石

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②爆破地震安全距离爆破地震波对建筑物和露天边坡有破坏作用，爆破地震

强度与爆破段药量、爆源距离、岩石特性、爆破方法及地质地形条件有关。采取控制炸药量和控制爆破技术，如微差、光面、预裂和缓冲爆破。

③空气冲击波安全距离对人、建筑物、避炮掩体，考虑空气冲击波的影响。

爆破作用指数 n＜ 3 的爆破作业：首先核定个别飞散物和地震安全距离其次设计确定空气冲击波的防护安全距离。

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（ 6 ）早爆预防和盲炮处理①早爆预防原因分析：主要由杂散电流、静电、雷电引爆电雷管。a、杂散电流预防：采用抗杂散电流的电爆网路，抗杂

散电流电雷管，采用非电起爆。b、静电预防：装药车具有良好的接地装置；采用导爆

索起爆或孔口起爆，并在连线前将脚线短路；采用抗静电电雷管；采用非电起爆。

c、雷电预防：露天爆破遇雷雨时，禁止采用电雷管起爆，如突遇雷雨时，应将电爆网路短路，人员撤离危险区。

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②盲炮预防和处理

盲炮原因：爆破器材制造和保管缺陷，操作工艺上的

问题，起爆器材威力不够。

预防措施： a 、防止雷管、导爆索受潮，发放前严格

检查爆破材料；b 、网路的测定和敷设质量的检查； c 、提

高操作技术。

盲炮处理： a 、重新起爆；b 、诱爆法； c 、打平

行眼装药爆破法；d 、水冲洗法。

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用采装机械从工作面把矿岩自整体中（中等硬度以下的

矿岩）或自爆堆中将爆破成适当块度的矿岩装入运输工具，或

直接排卸到一定地点的工作。

它是露天开采全部生产过程的中心环节，其效率直接影

响矿山生产能力、矿床开采强度及最终经济效益。

主要采用履带式正向和反斗挖掘机（电铲、液压铲）。

2.4 采装作业及安全要求

83

（ 1 ）单斗挖掘机采装

单斗挖掘机是露天矿使用最多的一种采装设备。它可用

于采矿、剥离、排土、掘沟等工程。按动力分电铲、柴油铲、

液压铲。国内露天矿使用的挖掘机的斗容一般为 4m3 电铲。

液压挖掘机可直接挖取不经爆破的硬页岩、砂岩等岩石

。这类岩石如用普通挖掘机采装时，则需预先进行穿孔爆破后

，才能进行采装工作。

84

单斗挖掘机左－单斗挖掘机正铲作业； 右－单斗挖掘机反铲作业

85

（ 2 ）前装机采装

前装机按行走机构可分为轮胎式前装机和履带式前装机

两种。轮胎式前装机是一种用柴油发动机驱动和液压操作的一

机多能的装运设备。除向运输工具装载外，还可以自铲自运或

清理工作面等各项作业。

86

轮胎式前装机与单斗挖掘机比较具有灵活、机动，成本低，行走速度每小时可达 35km ，当运距小于 1km 时，自铲自运效率高；操作简单；能适应分采的要求；爬坡能力大，可在 30° 的坡道上运行等优点。但对矿岩块度的适应性差；在大块多的情况下，生产能力下降；轮胎磨损快，使用寿命短；工作规格小，要求台阶高度一般不超过 10m 等缺点。

轮胎式前装机1-发动机； 2-铰接销轴； 3-动臂油缸； 4-铲斗销轴； 5-铲斗斗齿（斗刃）；6-铲斗； 7-铲斗连杆； 8-连杆； 9- 转斗油缸； 10- 动臂； 11- 司机室

87

大型轮胎式装载机

88

采装作业安全

（ 1 ）两台以上的挖掘机在同一平台上作业时，挖掘机

之间应保持一定的距离，汽车运输其间距不小于最大挖掘半径

的 3 倍，且不得小于 50m ；

（ 2 ）相邻两阶段同时作业的挖掘机必须沿阶段方向错

开一定的距离，在上阶段边缘安全带进行辅助作业的挖掘机必

须超前下阶段正常作业的挖掘机最大挖掘半径的 3 倍的距离，

且不得小于 50m 。

89

利用运输设备将采下的矿岩分别运往受矿点和排土场。

运输工作贯穿露天采矿各项生产工艺，矿山完成生产任

务的关键。露天矿运输的基建投资约占总基建费用的 60％，运

输成本约占矿石总成本的 1/3乃至 1/2 以上。

正确选择运输方式和运输设备，科学地组织管理，降低

矿石运输成本。

露天矿常用的运输方式：汽车运输。

2.5 运输作业及安全要求

90

汽车运输铁路运输

胶带运输汽车 -铁路联合运输

91

（ 1）自卸汽车运输

①汽车类型及其选择：露天矿用汽车种类繁多，按其传

动方式主要有以下三种。

机械传动汽车：汽车吨位在 60t 级以下。

液压传动汽车。

电力传动汽车：载重量大于 85吨级以上的汽车。

92

露天矿用汽车选择：① 运量、运距，道路的条件；② 车箱容积与铲斗容积之比（ 1:3 ～ 4 ）；③ 同一矿山选择同一型号汽车。

93

（ 2）露天矿汽车运输公路

矿用汽车公路断面形状复杂，线路坡度陡，转弯多

，运量大，曲率半径小，服务年限短。

要求公路结构简单，服务年限内保持坚固和耐磨。

矿用公路按用途分生产公路和辅助公路两种。前者

用于运输矿岩，后者用于一般辅助性运输。

94

生产公路分为三类：

（ 1 ）运输干线：从采矿场出入沟通往卸矿点和排土场

的公路；

（ 2 ）运输支线：由各开采水平与采矿场运输干线相连

接的公路，以及由各排土水平与通往排土场运输干线相连接的

公路。

（ 3 ）辅助线路：通往各辅助性设施（炸药库，变电站

，水池，检修站，尾矿坝等），行驶一般载重汽车的公路。

95

按服务年限矿用公路分类：（ 1 ）固定公路：采矿场出入沟及地表永久性公路，服

务年限在三年以上；

（ 2 ）半固定公路：通往采矿场工作面和排土场作业线

的公路，服务年限为 1 ～ 3年；

（ 3 ）临时性公路：采掘工作面和排土场的道路。它随

采掘工作线和排土线的推进而不断移动。这种线路，一般不修

筑路面，只需适当平整、压实即可。

96

运输作业安全要求① 山坡填方的弯道、坡度较大的填方地段以及高堤路基

路段外侧应设置护栏、挡车墙；② 自卸汽车进入工作面装车，应停在挖掘机尾部回转范

围 0.5m 以外；③ 卸矿地点必须设置牢固可靠的挡车设施，并设专人指

挥，挡车设施的高度不得小于小于该卸矿点各种车辆最大轮胎直径的 2/5 ；

④严禁自卸汽车运载易燃易爆物品；⑤加强车辆检查维护，保证车灯正常，刹车灵敏可靠。

97

警示标志

警示标志

车档

98

2.6采场防排水

2.6.1 地面防水

地面防水设施：截洪沟、河流改道、防洪堤、调洪水库

①截洪沟应考虑渗漏引起的露天边坡滑坡因素；

②截洪沟与河道交汇处的转角小于 60° ，弧形相连，出

口底部标高在常水位以上；

③截洪沟通过坡度较大地段设置跌水、陡槽、消能池，

并避开转弯处。

99

截 洪 沟

100

2.6.2 采场排水 采场排水分类表

排水方式 优点 缺点 适用条件

坑底贮水：坑底设水泵站或水泵船。

基建工程量小、投资少，基建时间短，经营费低、施工简单。

坑底泵站移动频繁，影响新水平掘进，受淹没高度限制。

水量小、允许淹没高度大，采场下降速度小。

井巷贮水：采场外掘井巷贮存降水和地下水。

新水平准备无影响，有疏干作用，利于边坡稳定，炮孔无冲水，泵站固定。

投资大，基建期长，排水扬程高，经营费高。

水量大，采场下降速度快，采场范围小。

101

第三章 边坡管理

102

3.1 地质作用及地质构造

地质作用——自然界引起地壳组成物质、地壳构造和地

表形态发生变化的自然作用。

地质作用有的极为迅猛、激烈，如山崩，地震，瞬间可

造成巨大灾害；有的却十分缓慢，长期持续，人们感觉不到，

如岩石风化，海陆变迁，山脉隆起。

地质作用按产生的动力不同，分内力地质作用和外力地

质作用 。

103

3.1.1 内力地质作用内力地质作用——地球内部动力引起地壳物质成份、内

部结构和地表形态发生变化的地质作用。表现为地壳运动、岩浆活动、变质作用和地震。

1 、地壳运动：引起地壳发生水平或垂直位移，造成海陆升降，岩层褶皱、断裂，地貌发生变化。

2 、岩浆作用：岩浆沿地壳裂隙上升流动冷凝过程中使围岩成份和结构发生变化，直至上升到地壳上部或喷出地表冷却凝固成岩石。岩浆沿裂隙由深部喷至地表叫喷出作用，如火山喷发，岩浆沿地壳裂隙侵入凝固成岩浆岩叫侵入作用。

104

3 、变质作用：地壳运动、岩浆活动使地壳中原有岩石的矿物成份、化学成份和组织结构发生改变的作用。

4 、地震作用：地球内部积聚的能量，瞬间释放，使地壳产生快速颤动叫地震。地震经历前震、主震和余震三个阶段。

按震源深度分浅源地震（ 0 ～ 60km ）、中源地震（ 60 ～ 300km ）和深源地震（ 300km 以上）。破坏性地震多发生在离地表 3 ～ 5km 到 10 ～ 20km 深处。地震震级：从O～ 9级，共分 10级。 2.5级以下，人无震感，属微震； 2.5 ～ 4级，人有震感，属小震； 5级以上，具破坏性。

105

温差物理风化作用过程示意图

3.1.2外力地质作用 地壳表层岩石地球外部能量作用形成沉积岩层和矿产。 1 、风化作用 地壳表层岩石，经受风吹雨打，日晒夜露，发生机械破坏和化学分解，使整体岩石或者开裂破碎，形成碎屑物，残留原地，或者逐渐溶解、水化、氧化，形成可溶物随水流失，不溶物、新的氧化物和新的含水矿物原地堆积。这种物理、化学、生物的外力破坏作用过程称为风化作用。

106

2 、剥蚀作用 地壳岩层经风化后，被地面水流、海水和

风力等就地剥落，这一作用过程，叫剥蚀作用。风化和剥蚀作

用，互相影响。坚硬岩石经风化变得松散利于剥蚀，剥蚀后暴

露出来的新鲜岩石，为继续风化创造有利条件。

3 、搬运作用 风化和剥蚀作用的产物，在水流和风力作

用下，离开原地，被搬运到其他地方的过程叫搬运作用。

107

4 、沉积作用 被搬运的物质，经搬运一定距离之后，由

于搬运能力减弱，或因搬运介质的物理化学条件发生变化，在

条件适宜的地方沉积下来，叫沉积作用。

5 、固结成岩作用 逐步沉积下来的松散沉积物，在上覆

沉积物和水体的作用下，水份被挤出，沉积物颗粒紧密排列，

颗粒间的孔隙被SiO2 、 Fe2O3 和 CaCO3 等化学胶结物充填胶结，

固结成为坚硬岩层。

108

3.2 地质构造未经地壳运动影响的沉积岩层呈水平产出，经地壳运动

作用后，其原始产出状态发生倾斜、弯曲、断裂等地质构造，归纳为褶皱和断裂两大类。

109

节理和断层等地质构造是岩浆的通道，又是成矿物质富

集的场所，成矿前地质构造，控制着矿体的规模、形状与产状。

成矿后产生的地质构造，对矿体则起破坏作用。

节理裂隙，会使矿岩的结合能力大大削弱，稳固性降低，

特别是节理裂隙发育时更甚。

断层使矿体遭受切割、破坏，甚至错失，出现破碎矿段，

这都会给矿山边坡稳定带来困难，威胁采矿安全。

110

3.3 边坡破坏的类型

边坡坍塌、滑坡、滚石伤人排矿山事故首位。

①坍塌：高陡边坡，边坡脚破坏。

②滑坡：边坡上的岩体沿滑动面向下滑移。滑动面包括

地质构造弱面、遇水膨胀的软岩、软岩夹层。

111

当结构面的倾向、轴向与边坡一致，倾角小于边坡的倾角，下部被采空时，发生岩层面滑落现象。

松散的矿岩可沿着自然安息角方向向下滑移。

112

3.4 边坡稳定的主要影响因素① 岩石的物理力学性质：硬度、凝聚力、内摩擦角。

② 地质构造：节理、裂隙、层理、断层、破碎带、软岩

夹层、遇水膨胀软岩弱面。

③ 水文地质条件的影响：地表水的渗入、地下水。滑坡

多发生在雨季和解冻期。

④开采技术条件影响：边坡角、边坡形式、开采程序、

推进工艺、爆破工艺。

⑤管理方面影响：超挖坡脚、边坡上堆置废石、建筑房

屋。

113

3.5 边坡事故预防① 技术措施：a 、超前剥离表土和风化层。b 、确定合理的开采顺序和推进方向，从上到下逐层开

采，禁止一面坡开采，严禁掏采。c 、临近边坡处采用控制爆破。d 、预先疏干地下水，露天矿四周挖掘排水沟。e、及时对边坡平整和刷帮。f、地质构造发育易引发滑坡的矿山，采取加固治理。锚杆（锚索）加固、抗滑桩加固、喷射混凝土加固、挡

土墙加固、注浆法加固。

114

掏挖开采

115

某矿山边坡滑坡全景

边坡治理后全景

116

② 管理措施

a 、作业前工作面检查，清除危岩。

b 、作业中应加强观察，发现边坡异常和大块浮石等，

及时上报，迅速处理，受威胁的人和设备撤至安全地点。

c 、专人负责边坡管理，定期对边坡进行检查、清扫。

d 、对有潜在坍塌滑坡的边坡，建立观测预报制度，设

立专门的观测点，对边坡的变化情况进行定期观测。

117

第四章 排土安全

118

4.1选择排土场原则① 利用山谷、洼地或山坡荒地设置排土场，并采取截洪

、排水、防冲刷措施，尽量不占或少占农田；② 在边坡稳定的条件下，排土场尽可能靠近采矿场；③ 排土场应设在居民点主导风向的下风侧，以防止岩尘

污染居民区；④禁止将排弃土岩中的有害化学成分带入河流，防止污

染水源；⑤设置排土场时，还应考虑复土造田的可能性，并制定

复土造田规划。

119

4.2排土方法排土方法：汽车运输——推土机排土，铁路运输———

挖掘机排土，轮胎式前装机排土及胶带排土机排土等。汽车运输——推土机排土：汽车翻卸土岩，推土机推土

，平整场地和整修排土公路。

排土示意图

为了保证汽车卸载安全，

应在台阶坡顶上用推土机

推成一挡车岩堆。

排土平台 2 ～ 5%反坡。

120

安全车档

排 土 作 业

121

4.3 排土场的安全要求

排土场事故：滑坡、泥石流、台阶沉降、坍塌、滚石。

4.3.1 预防滑坡泥石流措施

原因分析：基底的软弱岩层，排弃物中含有大量表土和

风化岩层，地表汇水和雨水作用。

①改进排土工艺，控制排土顺序，避免形成软弱夹层。

同时，坚硬大块岩石堆置在底层稳固基底，或者将大块岩石堆

置在最低台阶反压坡脚。

122

②软岩基底处理，排土前挖掉基底较薄的表土和软岩，

排土场周围挖掘排水沟降低地下水位。

③疏干排水，排土场上方山坡汇水截流，将水疏排至外

围低洼处，为使排土场平台本身的汇水不致侵蚀和冲刷边坡，

将平台修成 3%左右的反坡，使水流向坡根处的排水沟，排出

界外。

④修建护坡挡墙，护坡挡墙修建在基岩上，留排水孔。

⑤排土场植被。

123

4.3.2预防翻车坠落的措施

① 分区间歇式排土，让新排弃的岩土有充分的时间沉降

和压实，避免局部排土工作面推进太快引起边坡失稳。

②随时观测和监测平台岩土的稳定状态，发现滑坡征兆

，要立即撤离排土设备。

③ 高台阶排土场应有专人观测和管理。

④排土平台保持 2 ～ 5%的反坡和平整，卸载平台边缘

设置安全车档。

124

4.3.3 排土场滚石防治

排土场与其下部的设施、建构筑物应保持一定的

安全距离（见下表），设置安全挡墙。

堆置高度

（ m）

10 12 16 20 25 30 40

滚石距离

（ m）

15 16 18 20 22 24 27

125

4.4 排土场安全检查安全检查内容：排土参数、变形、裂缝、底鼓、滑坡等。 （1 ）检查排土参数a 、测量排土场段高、排土线长度，应不超过设计参数。b 、测量排土场的反坡坡度，每 100m 不少于 2 条剖面，反坡坡度应在排土场范围内。c 、汽车排土场测量安全挡墙的底宽、顶宽和高度，应符合不同型号汽车的安全挡墙要求。d 、检查排土场变形、裂缝情况。出现不均匀沉降、裂缝时，应查明沉降量，裂缝的长度、宽度、走向，判断危害程度。e、检查排土场地基是否隆起。地面出现隆起、裂缝时，应查明范围和隆起高度，判断危害程度。

126

（ 2 ）检查排土场滑坡。排土场滑坡时应检查滑坡位置、范围

、形态和滑坡的动态趋势以及成因。

（ 3 ）检查排土场坡脚外围滚石安全距离范围内是否有建构筑

物，是否有耕种地，不得在该范围内从事任何活动。

（ 4 ）排土场排水构筑物与防洪安全检查a. 排水构筑物检查内容：构筑物有无变形、移位、损毁、淤堵，排水能力

是否满足要求。

b.截洪沟断面检查内容：截洪沟断面尺寸，沿线山坡滑坡、塌方，护砌变

形、破损、断裂和磨蚀，沟内物淤堵。

c.排土场下游设有泥石流拦挡设施的，检查拦挡坝是否完好，拦挡坝的断

面尺寸及淤积库容。

127

4.5 排土场安全评价 排土场安全度分为危险、病级和正常。4.5.1 排土场有下列现象之一的为危险：a 、在坡度大于 25° 地基上顺坡排土、在软弱层厚度大于 10cm 地基上排土时，未采取安全措施，不能确保排土安全的；b 、排土场出现大面积非均匀沉降、开裂，坡面鼓出或地基鼓起等滑动迹象的；c 、排土场排土平台为顺坡的；d 、汽车排土场未建安全车挡；e、山坡汇水面积大而未修排水沟或排水沟被严重堵塞的；f、经验算，余推力法安全系数小于 1.0 的。

128

 

4.5.2 排土场有下列现象之一的为病级：

a 、排土场地基条件不好，但平时对排土场的安全影响不大的；

b 、由于排土场段高高，而在台阶上出现较大沉降的；

c 、排土场排土平台未反坡的；

d 、经验算，余推力法安全系数大于 1.0 小于设计规范值的；

e 、汽车排土场安全路堤达不到设计规范要求的。

129

4.5.3 同时满足下列条件的为正常：a 、排土场基础较好或不良地基经过有效处理的；b 、排土场各项参数符合设计要求，余推力法安全系数大于 1.15 ，生产正常的；c 、排水沟及泥石流拦挡设施符合设计要求。4.5.4 排土场安全评价工作纳入矿山安全评价工作中。在申领和换发非煤矿山安全生产许可证时，应由具有相应资质的中介技术服务机构对排土场进行安全评价。4.5.5 对于危险级排土场，企业必须停产整治，并采取措施：a 、处理不良地基；b 、处理滑坡，将各排土参数修复到设计范围内；c 、疏通、加固或修复排水沟；　　

130

4.5.6 病级排土场限期消除隐患：

a 、采取措施控制排土沉降；

b 、将各排土参数修复到设计范围内。

4.5.7 非正常级排土场的检查周期：

a 、对“危险”级排土场每周不少于 1 次；

b 、对“病级”排土场每月不少于 1 次。

在暴雨和汛期，应根据实际情况对排土场增加检查次数。

检查中如发现重大隐患，必须立即采取措施进行整改，并向安

全生产监督部门报告。

131

谢 谢！