矿山地质安全课件.ppt
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1、第二部分第二部分 矿山安全技术矿山安全技术第四章第四章 矿山地质安全矿山地质安全 第五章第五章 矿山爆破安全矿山爆破安全 第六章第六章 露天矿山开采安全技术露天矿山开采安全技术 第七章第七章 地下矿山开采安全技术地下矿山开采安全技术 第四章第四章 矿山地质安全矿山地质安全课程内容:课程内容:4.1 矿岩基本性质与开采安全系矿岩基本性质与开采安全系 4.2 地质构造与开采安全地质构造与开采安全 4.3 矿床水文地质矿床水文地质 4.4 矿山地质环境与地质灾害矿山地质环境与地质灾害(1)地质条件关系到开采技术条件)地质条件关系到开采技术条件 矿山采掘生产工程的布置和施工,都需要以正确的地质资料作为
2、依据。矿山地质条件的变化直接影响到矿山开采技术条件(工程、水文、环境三方面)。(2)采矿对地质环境的破坏)采矿对地质环境的破坏 地质灾害:地质灾害:泥石流、滑坡、崩塌、地表塌陷、地裂缝、地面沉降。含水层破坏:含水层破坏:结构、地下水位、污染、地表水漏失 地形地貌破坏:地形地貌破坏:改变地形地貌 破坏耕地;破坏耕地;地表塌陷、地裂缝等。4.1矿岩基本性质与开采安全矿岩基本性质与开采安全 a、极薄矿体 0.8米 b、薄矿体 0.8-5米 c、中厚矿体 5-15米 d、厚矿体 15-40米 e、极厚矿体 40米 矿体厚度与矿床开拓方式、采矿方法采矿方法的选择关系密切,进而影响开采安全。举例说明。举例
3、说明。4.1.1矿床特征及赋存条件与开采安全矿床特征及赋存条件与开采安全一、矿体厚度与开采安全一、矿体厚度与开采安全 水平、微倾斜矿体 5 缓倾斜矿体 5-30 倾斜矿体 30-55 急倾斜矿体 55 与矿床的开拓,采矿方法的选择关系密切,进而影响与矿床的开拓,采矿方法的选择关系密切,进而影响开采安全。开采安全。举例说明。举例说明。二、矿体倾角与开采安全二、矿体倾角与开采安全 盲矿体:隐伏矿体隐伏矿体(未曾出露到地表)和埋藏矿体埋藏矿体(曾出露到地表,后被掩埋)。矿床埋藏条件矿床埋藏条件l-矿体,h-埋藏深度,H-延伸深度(垂直高度)三、矿体埋藏条件三、矿体埋藏条件 指出露地表矿体或隐伏地下的
4、盲矿体,以及矿体的埋藏深度等内容。对开采安全的影响:对开采安全的影响:影响开采方式的选择;影响地压大小:地表水体及建构筑物对采矿的影响(地下开采的采矿方法、露采采坑);4.1.2 矿岩性质与矿山安全的关系矿岩性质与矿山安全的关系(一)矿岩的弹性、塑性、脆性(一)矿岩的弹性、塑性、脆性 弹性弹性:弹性大,凿岩爆破时不易破碎,炸药单耗增加。塑性塑性:指矿岩解除外力后发生变形而不被破碎的性质。爆破时易使炮眼扩大,爆破效果差。脆性脆性:指岩石受力后变形很小就发生碎裂的性质。脆性愈大,愈容易被爆破。爆破伤害。一、矿岩物理力学性质与开采安全的关系一、矿岩物理力学性质与开采安全的关系(二二)矿岩的硬度和韧性
5、矿岩的硬度和韧性 硬度:硬度:指岩石抵抗外物侵入的能力。硬度大则脆性脆,易于爆破。韧性:指韧性:指岩石抵抗外力保持整体状态的属性。韧性大,凿岩爆破比较困难。(一)、(二)主要体现在对凿岩爆破工作的影响主要体现在对凿岩爆破工作的影响 (三三)矿岩的强度矿岩的强度 矿岩强度:矿岩强度:指完整的矿岩被破坏时的极限应力值。抗拉强度、抗剪强度小于抗压强度:抗拉强度、抗剪强度小于抗压强度:岩体处于拉伸或剪切状态冒顶片帮岩体坍塌、滑坡巷道或采场露天边坡过陡或形成伞岩(四四)矿岩比重和容重矿岩比重和容重 比重:比重:指单位体积的致密岩石(除去孔隙除去孔隙)的重量。容重:容重:单位体积原岩(包括孔隙包括孔隙)的
6、质量。岩石的容重对爆破(特别是抛掷爆破)的影响比较大,容重越大,所需炸药越多。(五五)矿岩孔隙度矿岩孔隙度 孔隙度:岩体中孔隙的体积与岩石体积之比。孔隙度:岩体中孔隙的体积与岩石体积之比。孔隙度大孔隙度大 含水较多含水较多 影响防排水影响防排水(六)岩石的碎胀性(六)岩石的碎胀性 碎胀性:碎胀性:指岩石破碎后,体积比原岩体积增大的性质。碎胀性的表示:碎胀系数(松散系数)K=V2/V1在采掘作业中,要充分考虑矿岩碎胀性:为容纳破碎后体积增大的岩石,需留出足够的空间;为提高爆破效果,可适当减小爆破空间,形成挤压爆破。表表 岩石的碎胀系数岩石的碎胀系数矿岩种类纯砂和砾石砂纸粘土中硬矿岩坚硬矿岩碎胀系
7、数1.05-1.21.2-1.251.3-1.51.5-2.5(七)坚固性(七)坚固性 岩石坚固性岩石坚固性:岩石抵抗各种物理力学能力的综合表现(冲击、机械破碎、爆破等)。常采用普氏分级法表示岩石的坚固性。坚固性系数f可表示为:R-矿岩的极限抗压强度 MPa 常见的岩石坚固性系数介于0.320之间,共分为十级。10R坚固系数表表 普氏岩石坚固性系数分级表普氏岩石坚固性系数分级表等级坚固性程度岩石类型fIIIIIIIIIaIVIvaVVaVIVIaVIIVIIaVIIIIXX最坚固岩石很坚固岩石坚固岩石坚固岩石颇坚固岩石颇坚固岩石中等岩石中等岩石颇软弱岩石颇软弱岩石软弱岩石软弱岩石土质岩石松散性
8、岩石流沙性岩石最坚固、致密和有韧性的石英岩、玄武岩等很坚固的花岗质岩石、石英斑岩、很坚硬的花岗岩花岗岩、很坚硬的砂岩和石灰岩等石灰岩、不坚固花岗岩,坚固砂岩、坚固大理岩等一般砂矿、铁矿砂质页岩、页岩质砂岩坚固的粘土质岩石、不坚固的砂岩和石灰岩各种页岩(不坚固的)、致密泥灰岩软弱页岩、胶结砾石、硬化的粘土等碎石质土壤、破碎页岩、坚硬的煤等致密粘土、软弱烟煤砂质粘土等腐殖土、泥煤、湿沙砂、细砾石等流沙、含水黄土2015108654321.510.80.60.50.3f系数越大,强度也较大,凿岩速度慢,炸药消耗大。(八)矿岩的稳固性八)矿岩的稳固性 1、稳固性稳固性:矿岩允许暴露面积的大小和暴露时间
9、长短的性能。2、稳固性分级稳固性分级:极不稳固:极不稳固:不允许有暴露面积,掘进时应超前支护。不稳固:不稳固:不支护的暴露空间800 m24.1.3矿岩的物理化学性质与矿山安全生产的关系矿岩的物理化学性质与矿山安全生产的关系(1)放射性。含量少,分布广;铀、镭、钒等。(2)氧化性和自燃性氧化性:硫化矿石氧化性:硫化矿石在水和空气的作用下发生的氧化还原反应,变为氧化矿石的性质。自燃性:自燃性:高硫矿石(含硫率1820)具有自燃性,在地面或地下贮存时间过长就会被氧化自燃。危害:危害:硫化矿石在空气中氧化放出热量,如果散热不良,矿石温度将升高,发生自燃,引起内因火灾内因火灾。(3)有害物质 粉尘危害
10、;砷、汞等金属中毒;有毒有害的气体;(4)结块性:含有粘土,重新结块,凝固。(5)含水性:岩石裂隙吸收和保持水分的性能。4.2地质构造对矿山安全的影响地质构造对矿山安全的影响一、地质构造一、地质构造 地质构造:地质构造:地质体(岩层、岩体或矿体等)存在的空间空间形式形式、状态及相互关系状态及相互关系,是地质作用所造成的岩石(或矿石)变形、变位变形、变位等现象;地质构造类型类型:褶皱(背斜、向斜)、断裂(断层、节理裂隙)等。(一)(一)褶皱褶皱 定义:定义:呈水平或近水平状态的岩层,在受到水平力挤压后产生柔性弯曲但未失去连续性,形成的地层形态。褶邹背斜:两翼岩层向下弯曲的褶曲(两翼岩层倾向相背)
11、;向斜:两翼岩层向上弯曲的褶曲(两翼岩层倾向相向)。褶皱(背斜)要素示意图褶皱(背斜)要素示意图 水平面;轴面;OC轴线;脊线a中的AB及b中的AC核部或轴部:褶曲的中心部分;轴面:大体把褶曲平分的理想面;轴线:轴面与水平面的交线;脊:从褶曲的横断面上看,岩层面上弯曲最大的一点;褶曲的脊线:同一岩层面上所有弯曲最大的点的连线。(二)褶皱对矿山工程的影响:(二)褶皱对矿山工程的影响:顺层滑坡:顺层滑坡:褶皱发育,岩层破碎强烈,顺向坡岩体极易沿层面或节理面产生滑动,造成边坡失稳。脊部风化作用强烈:脊部风化作用强烈:在背斜、向斜的脊部,张性节理发育,造成岩体强度的降低,并最终发育成背斜谷背斜谷、向斜
12、谷或背斜、向斜式冲沟,对矿山公路、铁路建设造成很大困难。对巷道及地下硐室的影响对巷道及地下硐室的影响 褶皱构造对地下洞室稳定性的影响褶皱构造对地下洞室稳定性的影响向斜的核部:向斜的核部:不适宜布置巷道及硐室。两帮岩石顺层下滑,造成顶部岩石冒落事故,硐室顶部很难维护。背斜的核部:背斜的核部:适宜布置采矿巷道及硐室。利用顶板岩体的自然成拱作用,增加硐室的稳定性。(二)断裂构造(二)断裂构造 岩层受构造应力作用发生断裂,使原有的连续、完整性遭受破坏而形成的地层形态。按断裂面两侧岩层的位移,可分为节理和断层。1、构造裂隙或构造节理构造裂隙或构造节理(1)定义:定义:沿断裂面两侧的岩层未发生移动未发生移
13、动或仅发生了仅发生了微小的错动微小的错动的断裂构造。(2)节理裂隙的对采矿工程的影响:)节理裂隙的对采矿工程的影响:边坡的坍塌地下硐室围岩的冒落破坏岩体的完整性,降低岩体的稳定性;降低岩石的承载能力;大气降水进入岩体内部提供了通途矿床充水途径之一2、断层、断层 (1)定义:定义:有明显相对位移的断裂构造。断层线:断层面与地面的交线。断层示意图 AA-总断距(真断距);l-断距;h-垂直断距(落差);d-水平断距(错距)(2)主要类型:)主要类型:正断层正断层:上盘相对下降,下盘上升;逆断层逆断层:上盘相对上升,下盘下降;平推断层平推断层:断层面两侧的岩体明显发生了错位,但几乎没有落差。断层示意
14、图断层示意图(3)断层的采矿工程的影响)断层的采矿工程的影响 1)影响采矿场地的稳定影响采矿场地的稳定:断层面两侧的岩石破碎,影响场地的稳定性;2)断层透水断层透水:断层与地下水常紧密相连,给采矿工程造成事故隐患;3)断层面是软弱结构面软弱结构面;4)引起不均匀沉降引起不均匀沉降:断层上、下盘岩石的性质一般不同,跨越其间的建筑物因不均匀沉降而产生破坏;二、地质构造对矿山开采的影响二、地质构造对矿山开采的影响(一)围岩性质对矿山安全的影响(一)围岩性质对矿山安全的影响(冒顶、片帮和塌方)1、对巷道掘进的影响对巷道掘进的影响:巷道掘进时,遇到岩石松软、节理裂隙发育、断层破碎的时候,如不及时加以支护
15、,易引起冒顶、片帮事故。2、对采场稳固程度的影响:对采场稳固程度的影响:采场稳固程度主要取决于岩岩性和矿山压力性和矿山压力两个基本地质因素。当顶板的岩性较松软,矿山压力较大时,就容易发生冒落事故。因此,在矿山井巷或工作面采掘前,查清围岩的稳固程度和矿山地压的大小,是开采安全可靠性的保障。(二)地质构造对矿山采掘工作的影响(二)地质构造对矿山采掘工作的影响 1、褶皱构造对采掘工作的影响、褶皱构造对采掘工作的影响 (1)影响开拓系统、采矿方法的选择:影响开拓系统、采矿方法的选择:成矿前成矿前形成的褶皱矿床的形成、矿体分布、空间形态、产状等开拓系统、采矿方法等选择成矿后成矿后形成的褶曲使矿体形态复杂
16、化对采掘工作产生不利影响控制作用直接影响(2)背斜的影响:背斜的影响:有利:背斜核部有利:背斜核部顶压较小,对采掘工程有利;不利:背斜核部的顶部不利:背斜核部的顶部岩层中,张裂隙较发育,对采掘工程又是不利因素(张裂隙发育导致矿山涌水量增加)。(3)向斜的影响:向斜的影响:向斜核部,顶压较大,对采掘工程程不利。(4)褶曲对矿层产状的影响 使矿体产状发生变化,若矿层的倾角变化适当时,可采用重力搬运,对井下运输有利。2节理节理(裂隙裂隙)对矿山采掘工作的影响对矿山采掘工作的影响(1)凿岩爆破:卡钻;裂隙漏气,影响爆破效果;(2)露天边坡:节理发育,易于发生滑坡、塌方等事故。(3)围岩稳固性:节理密度
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