趙 云，劉 斌

（1.四川中鼎爆破工程有限公司，四川 雅安 625000；2.北京中科力爆炸技術(shù)工程有限公司，北京 101300）

高海拔對露天礦山采剝施工的影響

趙 云1，劉 斌2

（1.四川中鼎爆破工程有限公司，四川 雅安 625000；2.北京中科力爆炸技術(shù)工程有限公司，北京 101300）

高原地區(qū)露天礦山開采和剝離工效較低，研究高海拔對露天礦山采剝過程中穿孔、爆破、裝運、排土等工序的影響，對高原露天礦山合理組織生產(chǎn)、提高生產(chǎn)效率有重要意義。

高海拔；露天礦山；開采；剝離

0 引 言

青藏高原復雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)及演化過程[1]，為礦產(chǎn)資源的形成創(chuàng)造了有利條件[1-2]，具有巨大的資源潛力，是我國重要的戰(zhàn)略資源儲備基地[3]。西藏甲瑪?shù)V區(qū)資源儲備量巨大[3-4]，開采過程中有許多獨特的地方。研究甲瑪?shù)V區(qū)內(nèi)露天施工過程中高原氣候?qū)こ虣C械的影響[5]、對爆破的影響[6]、對作業(yè)人員的影響[7-8]、對地質(zhì)災害的影響[9]，可針對高原特點提高露天開采過程中穿孔、爆破、裝運、排土等工序的作業(yè)效率，提高生產(chǎn)能力，為其他類似露天礦山開采提供重要參考意見。

1 研究對象概況

甲瑪?shù)V區(qū)隸屬西藏華泰龍礦業(yè)開發(fā)有限公司，位于西藏自治區(qū)拉薩市墨竹工卡縣境內(nèi)。礦區(qū)海拔4 350～5 600 m[4]，以銅鉬礦石和銅鉛鋅礦石為主，2010年7月19日投產(chǎn)的甲瑪項目一期選礦能力達6 000 t/d，甲瑪項目二期計劃投資49億元，規(guī)模將達到40 000 t/d，擴建工程于2016年12月1日投產(chǎn)，預計達到年產(chǎn)銅 60 000 t、金 1 t、銀 53 t、鉬 2 900 t的生產(chǎn)能力。該礦區(qū)露天開采部分采用自上而下分層臺階式開采，露天開采部分分南坑、角巖2個工區(qū)，目前已開采至5 100 m水平。

2 高海拔對穿孔工序的影響

穿孔工序作為露天礦山開采的首道工序，其質(zhì)量、效率對礦山的設(shè)備選型、生產(chǎn)效率有至關(guān)重要的影響，甲瑪?shù)V區(qū)露天剝離開采過程中所使用過的阿特拉斯CDM75牙輪鉆機、阿特拉斯D7、阿特拉斯D9、山河智能SWDA200 1液壓鉆機、勤牛QND210、及國產(chǎn)多種型號分體式高風壓潛孔鉆機，涵蓋進口及國產(chǎn)典型鉆機，上述各類鉆孔設(shè)備在該礦山使用情況如下：

2.1 進口牙輪鉆機使用情況

西藏華泰龍甲瑪?shù)V區(qū)現(xiàn)有2臺阿特拉斯CDM75鉆機，鉆孔孔徑250 mm，該型牙輪鉆機在使用過程中發(fā)現(xiàn)如下問題：①設(shè)備組裝及運輸不便，廠家售后服務(wù)周期長；②牙輪鉆機所需電力設(shè)施建設(shè)費用高、難度大；③設(shè)備轉(zhuǎn)場時難度大，需要機械和人工輔助，高海拔地區(qū)作業(yè)人員體力嚴重不足，設(shè)備轉(zhuǎn)移效率低、耗時長；④設(shè)備配件供應(yīng)保障條件不佳，西藏地區(qū)物流條件不理想，時常因個別配件發(fā)貨而影響設(shè)備正常運轉(zhuǎn)數(shù)10 d；⑤設(shè)備購置時一次性投入高。隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴大，2臺牙輪鉆機難以滿足生產(chǎn)需求，該礦山以潛孔鉆機進行彌補。

2.2 進口液壓潛孔鉆機使用情況

在甲瑪?shù)V區(qū)一期工程牛馬塘采礦段（海拔約4 600 m）曾廣泛采用阿特拉斯D7、D9鉆機，設(shè)備效率及經(jīng)濟性均能得到保障。甲瑪?shù)V區(qū)二期工程開始后，為彌補牙輪鉆機生產(chǎn)能力空缺，施工單位將曾在該礦區(qū)牛馬塘礦段的阿特拉斯D7、D9鉆機移至二期工程角巖礦區(qū)（海拔5 100 m以上）使用，該類鉆機在此期間設(shè)備故障率大幅攀升，出勤率極低，配件及維修難以保證，最終全部棄用。

2.3 國產(chǎn)液壓潛孔鉆機使用情況

該進口液壓鉆機使用不理想的情況下，曾試驗性購買了3臺山河智能SWDA2000鉆機、2臺勤牛QND210鉆機，其中山河智能SWDA200鉆孔直徑150 mm，勤牛QND210鉆機鉆孔直徑115 mm，在使用過程中出了與阿特拉斯D7、D9同樣遇到故障率高、配件供應(yīng)部及時的現(xiàn)場，廠家駐派工程技術(shù)人員現(xiàn)場指導后仍未有效解決故障率高的問題。此外，相對于阿特拉斯D7、D9鉆機還存在地形適應(yīng)能力差、行走速度慢、油耗高等問題。

2.4 國產(chǎn)分體式潛孔鉆機使用情況

為節(jié)省投資的同時滿足生產(chǎn)需求，甲瑪?shù)V區(qū)南坑礦區(qū)（海拔5 000～5 300 m）大量使用國產(chǎn)分體式高風壓潛孔鉆機，鉆孔孔徑110 mm，生產(chǎn)高峰期20余臺分體式高風壓潛孔鉆機同時作業(yè)，在使用過程中發(fā)現(xiàn)該類鉆機配件通用性強、維護簡單、配件通用性高便于儲備配件，能更好的保障鉆機出勤時間，雖然故障率未得到明顯改善，但由于鉆機數(shù)量多、維修周期短，所以該類鉆機在甲瑪?shù)V區(qū)取得了良好的應(yīng)用成果。

2.5 鉆機使用情況對比

不同類型鉆機使用情況對比分析見表1。根據(jù)表1的優(yōu)缺點分析對高海拔露天礦山鉆機的選擇提出如下建議：

表1 不同類型鉆機使用情況對比分析

1）電力充足、架設(shè)線路難度不高、資金充足的情況下，可選擇牙輪鉆機配合大型設(shè)備。若牙輪鉆機和其他設(shè)備不配套，可考慮使用其他中小孔徑電力驅(qū)動鉆機。

2）一般性質(zhì)高海拔礦山建議選用成熟度較高的進口液壓潛孔鉆機，超高海拔（5 000 m以上）時選擇液壓潛孔鉆機應(yīng)事先進行充分調(diào)研，確保設(shè)備性能適應(yīng)超高海拔氣象條件；

3）綜合設(shè)備經(jīng)濟性、生產(chǎn)能力等因素考慮，可采取使用多臺同型號國產(chǎn)分體式高風壓潛孔鉆機，節(jié)約投資、縮短維修周期。

3 高海拔對爆破工序的影響

3.1 高海拔對火工品選擇的影響

4 000 m以上海拔地區(qū)氣候多變，雷電等氣象條件十分常見，應(yīng)盡量避免使用普通電雷管，選擇非電雷管或數(shù)碼雷管。導爆管雷管出廠時末端封閉，運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場后由于導爆管內(nèi)外氣壓差較大，在剪開導爆管內(nèi)部壓力急劇變化而向外產(chǎn)生一股微弱沖擊波，將導爆管內(nèi)壁猛炸藥帶離管壁，從而易導致導爆管傳爆中斷，在使用不當情況下存在安全隱患。根據(jù)大量高原爆破施工經(jīng)驗，使用導爆管雷管作為起爆器材的過程中應(yīng)注意以下幾點：

1）在允許的情況下采用“大把抓”簇聯(lián)方式進行網(wǎng)絡(luò)連接。

2）在需要剪開導爆管時，應(yīng)緩慢剪開，剪開端口30 cm范圍應(yīng)分數(shù)次剪掉后方可正常使用。

3）常用工業(yè)炸藥如粉狀乳化炸藥、乳化炸藥、膨化硝銨炸藥的威力、爆速等主要爆炸性能可能變化，但目前相關(guān)研究較少，需根據(jù)實際使用經(jīng)驗對工藝參數(shù)進行調(diào)整。

3.2 對作業(yè)方式的影響

爆破作業(yè)人員在高海拔地區(qū)體力嚴重下降，因此應(yīng)作業(yè)人員應(yīng)適當富余，新進人員應(yīng)預留充足的時間適應(yīng)高原反應(yīng)。盡可能使人工運輸炸藥工作量減小，有條件的情況盡量使用現(xiàn)場混裝車進行裝藥。高原地區(qū)氣候多變，雷雨天氣隨時可能到來，應(yīng)盡量縮短爆破作業(yè)時間。

4 高海拔對裝運工序的影響

4.1 高海拔內(nèi)燃機械裝卸、運輸設(shè)備的影響

隨海拔的不斷升高，大氣壓強不斷下降，每循環(huán)進入內(nèi)燃機氣缸的空氣總量也隨之下降，直接導致內(nèi)燃機的燃燒惡化，其動力性、經(jīng)濟性和排放性能明顯惡化[9]。工程機械的維護和使用成本較平原地區(qū)較高，在設(shè)備選型時應(yīng)考慮高海拔對其功率的影響，增大設(shè)備型號使設(shè)備功率適當富余、加強保養(yǎng)維護，如原計劃配備PC360挖掘機的可換為PC390或PC450挖掘機等方式來確保設(shè)備配置滿足生產(chǎn)需求，在設(shè)備保養(yǎng)時使用的機油、防凍液等須適應(yīng)高原使用條件。

考慮到高海拔地區(qū)一般都較為偏遠，設(shè)備配件采購不易，因此在設(shè)備選型時盡量使用同型號市場保有量大的設(shè)備，以確保零配件便于采購和更換。

4.2 高海拔對電鏟的影響

在甲瑪?shù)V區(qū)二期工程中使用過2臺太重WK-12C挖掘機，經(jīng)過近兩年的使用和觀察發(fā)現(xiàn)，其功效相對于平原地區(qū)并沒有明顯降低，僅需適當縮短保養(yǎng)周期、確保配件供應(yīng)。但高海拔地區(qū)電力配套設(shè)施也相應(yīng)較為落后，安裝費用較高，在選用電力驅(qū)動設(shè)備時應(yīng)著重考慮其綜合工程經(jīng)濟性。

4.3 高海拔對礦山運輸?shù)挠绊?/p>

受高海拔地區(qū)地貌影響，道路常表現(xiàn)出陡坡、急彎多等特征，同時高原氣候多變，路面結(jié)冰、降水概率增多，汽車剎車淋水系統(tǒng)容易在道路上結(jié)冰，高海拔礦山道路修筑前應(yīng)充分調(diào)閱礦區(qū)地質(zhì)資料，主要道路需避免穿過滑坡、凍土、泥石流等不良地質(zhì)區(qū)域，當必須穿越時應(yīng)采取預防地質(zhì)災害的措施并盡量縮短該段距離。綜合以上因素并結(jié)合甲瑪?shù)V區(qū)道路修筑經(jīng)驗，高海拔露天礦山道路應(yīng)滿足如下要求：①條件允許情況下盡量使道路順直、減小坡度；②道路排水暢通，防止水流沖刷或積聚路面；③道路兩旁車檔必須加高加厚，采取加密避險車道和會車道等措施防止路面結(jié)冰時出現(xiàn)異常情況；

5 高海拔對排土工序工序的影響

5.1 高海拔露天礦山排土場的地理位置

2013年3年29日西藏甲瑪二期角巖礦區(qū)排土場旁發(fā)生山體滑坡事故，塌方長3 km，塌方量約2 00萬m3以上，83人死亡，造成重大經(jīng)濟損失和社會影響。后經(jīng)調(diào)查專家組認為這次滑坡災害是在地形陡峻、巖石碎坡、冰雪凍融強烈等因素綜合作用下形成的一起特大型滑坡—碎屑流地質(zhì)災害。

因此，在排土場的選擇上看似限制較少，但除遵守各相關(guān)規(guī)范的一般原則外，還要著重考慮當?shù)刈匀簧鷳B(tài)環(huán)境、氣候特點、區(qū)域經(jīng)濟特點，重點根據(jù)地形、冰雪凍融、雨雪季節(jié)等容易造成地質(zhì)災害的因素進行考慮。

5.2 高海拔地區(qū)對排土施工的影響

高海拔露天礦山的排土場一般具有落差較大、排土場下原地貌陡峭的特點。由于高海拔礦山往往受存在大量凍土、雨雪交替、反復凍融等因素影響，排土工序除遵守相應(yīng)規(guī)范的一般規(guī)定外，還應(yīng)做好排土場的排水及地表防滲系統(tǒng)，做到土石分齊、高土高排、低土低排，凍土單獨排放，以防止地表水滲入排土場和凍土在排土場內(nèi)容受氣候影響而反復凍融，從而引起排土場失穩(wěn)等問題。

結(jié)合高原地區(qū)施工特點，汽車運輸-推土機排土工藝進行推排，此舉是因為高海拔地區(qū)人員體力、精力嚴重下降，采用汽車運輸-推土機推排工藝與汽車直接排土相比可減少排土場工作人員工作量，更好的確保排土安全。

5.3 排土場監(jiān)控

根據(jù)西藏多個礦山排土場觀測經(jīng)驗表明，高海拔地區(qū)排土場易出現(xiàn)排土場裂縫、沉降等現(xiàn)象，在交接班時應(yīng)安排專人對排土場沉降進行記錄和處理，甲瑪?shù)V區(qū)排土場引入的雷達邊坡檢測在應(yīng)用中取得較好效果，有條件礦山可考慮人工監(jiān)控和雷達檢測相結(jié)合的方式進行排土場檢測，及時發(fā)現(xiàn)并處理排土場出現(xiàn)的異常情況。

6 其他影響

1）高海拔地區(qū)對人工費用的影響。高海拔地區(qū)礦山較為偏遠，通常當?shù)芈毠け壤^少，加上環(huán)境氣候的特色性，因此用工成本大幅上升。多年高原施工經(jīng)驗表明：海拔4 300 m以上工人工資較內(nèi)地同等崗位上升一倍以上，人員配置需增加20%～50%，由此造成的費用增加是高海拔露天礦山施工過程中不得不考慮的因素。

2）對職工住宿的影響。宿舍區(qū)或臨時聚居點應(yīng)盡量避開易發(fā)生地質(zhì)災害的區(qū)域，同時西藏地區(qū)供暖較為困難，一般普通彩鋼板房很難抵御高原地區(qū)的寒冷氣候，人員長期居住在高海拔地區(qū)對身體損害較大。因此，在宿舍及辦公區(qū)域選址時，應(yīng)考慮場地開闊、海拔較低地方，同時統(tǒng)一考慮集中采暖和供水等問題，房屋結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量避免采用簡易彩鋼板房結(jié)構(gòu)，以提供良好的住宿及辦公環(huán)境。

3）預防高原反應(yīng)的發(fā)生。高原反應(yīng)的發(fā)生根據(jù)不同人的體質(zhì)情況有較大區(qū)別，在宿舍及辦公區(qū)域應(yīng)常備預防高原反應(yīng)的急救藥品和車輛，新進員工必須有足夠的適應(yīng)期方可安排工作，工作繁重程度宜由輕到重逐步增加，對不能適應(yīng)高原氣候的員工應(yīng)堅決遣返。高原工作時間較長員工應(yīng)定期回調(diào)養(yǎng)，確保身體健康。

7 結(jié) 論

高海拔地區(qū)人員工作效率較低，需要有足夠的人員配置；機械設(shè)備損壞率較高，高原氣候?qū)?nèi)燃機性能影響較大，條件允許時多采用電力驅(qū)動設(shè)備，保證其他內(nèi)燃機械設(shè)備的出勤率；高海拔地區(qū)地質(zhì)災害頻發(fā)，應(yīng)盡量避免不良地質(zhì)條件，實在無法避免時需采取相應(yīng)措施確保安全生產(chǎn)。

高海拔露天礦山采剝工程施工中，應(yīng)著重考慮高海拔氣候、地理環(huán)境等因素對人員、機械、材料供應(yīng)的影響，保證人員的輪替和穩(wěn)定，選用合適的機械設(shè)備和材料及配件供應(yīng)商確保生產(chǎn)能力，時刻注意高海拔不良地質(zhì)、氣候因素對施工過程的影響并采取相應(yīng)措施。

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【責任編輯：陳 毓】

Effect of high altitude on mining and stripping in Open-pit Mine

ZHAO Yun1,LIU Bin2
(1.Sichuan Zhongding Blasting Engineering Co.,Ltd.,Ya'an,625000,China;2.Bejing Zhongkeli Blasting Engineering Co.,Ltd.,Bejing 101300,China)

The mining and stripping has lower efficiency in plateau.Researching the effect of high altitude on the drilling,blasting,excavation,dumping has great significance for scientifically organizing production and increasing production efficiency in high altitude open-pit mine.

high altitude;open-pit mine;mining;stripping

TD824

B

1671－9816（2017）07－0009－04

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.07.003

趙云，劉斌.高海拔對露天礦山采剝施工的影響［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（7）：9-12.

2017-03-04

趙 云（1989—），男，四川南充人，2011年畢業(yè)于西南科技大學應(yīng)用化學（含能材料方向）專業(yè)，主要從事露天礦山開采及爆破工作。