沁水县某建材石料厂分期开采设计及边坡稳定性分析

李钢剑

（晋城中联翔矿山设计服务有限公司，山西 晋城 048000）

石灰岩石料作为建材行业的基础原料，目前大量应用于砼制造、道路基础铺设等。随着国家环保政策的收紧，建材石料用石灰岩价格由原来的每吨十几元，涨至每吨五六十元，因此给企业带来了前所未有的发展机遇，但是建材矿山的发展离不了安全，本文主要论述建材石料用石灰岩的安全开采。

该建材矿区位于太行山脉南端，地貌属剥蚀中——低山区，区内沟谷发育，最高点位于矿区东北部的山梁，海拔标高1390m，最低点位于矿区南部，海拔标高1285m，相对高差105m。矿区总体地势北高南低，地面整体向西南倾斜，地形起伏变化大，地面平均坡度为44.5°，有利于大气降水的自然排泄。地表大部为裸露灰岩，未开采地段覆盖少量植被。

区内物理性质石灰岩极限抗压强度干抗压为82.2～108.6Mpa，平均95.3Mpa，极限抗压强度抗湿抗压为44.3～49.7 Mpa，平均47.1Mpa，吸水率为0.38%。白云质石灰岩极限抗压强度干抗压为86.7～112.1Mpa，平均100.1Mpa，极限抗压强度抗湿抗压为47.9～52.3Mpa，平均50.37Mpa，吸水率为0.40%。矿石体重为2.60t/m3。

该建材矿山采区位于基岩裸露区，主要为灰色中厚层灰岩，岩石完整性较好，致密坚硬，不易风化，为稳固性较好的地质体。现矿山开采形成的采场边坡多为直立，边坡地层产状平缓，基本不存在外倾结构面或危岩，边坡稳定性较好。

1 分期开采设计

1.1 分期开采原因简述

该矿生产规模为每年生产建材石料10 万吨，矿区范围由四个坐标拐点连线构成，短边长度仅110m，矿区面积为0.0192km2，但采矿许可证许可开采标高由+1390 至+1285m，批采标高高达105m。该矿为扩建矿山，原矿区范围位于矿区中南部，已往的开采活动在矿区南部形成了一个约10259m2的采坑，采坑底板标高为1285m。矿区范围内平均坡度达到了44.5°，地形陡峭。

本矿矿区范围内及周边地形陡峭，矿区南部存有原来开采活动形成的旧采坑，修筑采场道路非常困难，因此设计不能全部采用台阶式开采。设计需要将矿山分成两期开采。其中一期开采采用自上而下分层顺序开采的采矿方法，二期开采采用自上而下、水平分台阶的采矿方法。

1.2 一期开采设计

一期开采标高由+1390m 至+1330m，该开采标高范围内矿体设计采用自上而下分层顺序开采的采矿方法。设计一期开采分层高度20m，分层数3 个，符合《小型露天采石场安全管理与监督检查规定》中关于自上而下分层顺序开采的安全技术要求的规定。开采工作台阶坡面角为75°，终了台阶坡面角为70°，安全平台宽度5m、清扫平台宽度9m。最小凿岩平台宽度4.5 米，采装作业在+1330m 台阶进行，采装运输平台宽度不小于：30m。一期开采终了时形成3 个台阶：+1370m、+1350m、+1330m。其中安全平台：+1370m、+1330m；清扫平台：+1350m。

1.3 二期开采设计

二期开采标高由+1330m 至+1285m，该标高范围内矿体设计采用自上而下、水平分台阶的采矿方法。根据设计确定的设备装备水平和岩石的稳定性，阶段高度定为15m，该矿采用斗容1.3m3 的挖掘机铲装，最大挖掘高度10.4m，根据《金属非金属矿山安全规程》的规定：“坚硬稳固矿岩爆破时，台阶高度不大于机械的最大挖掘高度的1.5 倍”，所以台阶高度选择15m 是安全可靠的。开采工作台阶坡面角为75°。终了台阶坡面角为70°。安全平台宽度5m、清扫平台宽度9m。最小工作平台宽度30m。二期开采终了时形成3 个台阶：+1315m、+1300m、+1285m。其中安全平台+1300m；清扫平台+1315m。

根据设计确定的台阶边坡参数，计算出一、二期开采露天采场最终帮坡角：55.8°。

2 边坡稳定性研究

2.1 露天采场边坡

1） 地层，该矿采场边坡由奥陶系中统马家沟组四段地层构成：岩性主要为灰——深灰色，厚——中厚层状灰岩、豹斑状白云质灰岩、泥灰岩、含燧石团块灰岩、生物碎屑灰岩、泥灰岩夹灰黄色薄层状白云质泥灰岩，灰质细晶白云岩。灰岩多为致密块状，少量为条纹状，质地纯净、岩石坚硬、强度较高、稳定性好。

2） 构造，矿区总体表现为一走向NE，倾向NW 的单斜构造，地层倾角7°左右。矿区范围内未发现断裂及褶曲构造，矿区构造属简单类型。

2.2 边坡稳定性分析

1） 矿体特征，矿区内矿体倾向NW，倾角7°左右，呈层状，形态简单，延续性好，出露厚度随地形的变化而变化，地形升高，矿体加厚。矿体厚度由北向南逐渐变薄。矿体南北长约120m，东西宽约110m，矿体赋存标高由+1285m至+1390m。

建材石料用石灰岩自然类型主要为灰-深灰色厚层致密状微晶灰岩，含白云质灰岩，块状构造，矿物成分主要为方解石，矿石类型单一。矿区石灰岩矿体裸露于地表，无覆盖。矿体基底为马家沟组四段灰岩。

2） 边坡特征，按照矿体赋存条件，采用露天开采，设计开采规模10 万t/a。根据地表地形条件，到最终状态时，边坡高度可达105m。边坡分布于奥陶系中统马家沟组四段地层中，区内未发现断裂构造和岩浆岩，预计整体边坡比较稳定，但局部需要加强维护。

3 结语

针对批采标高高，矿区面积小的特定建材石料矿区，采用上部分层、下部分台阶的分期开采，可以有效的保证企业在采矿过程中的生产安全，节省修筑运输道路的投资。