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        水穩(wěn)層施工技術(shù)在露天礦山運輸?shù)缆肥┕ぶ械膽?yīng)用

        2021-10-05 06:31:08
        露天采礦技術(shù) 2021年5期
        關(guān)鍵詞:水穩(wěn)層礦車炮孔

        茍 強

        (廣元海螺水泥有限責任公司,四川 廣元 628000)

        礦石運輸是露天礦山開采主要工序之一。在礦山開采過程中,礦石運輸?shù)某杀炯s占礦山開采總成本的50%以上,其中,礦車輪胎消耗和柴油消耗約占露天礦山運輸成本的50%~60%[1-2],而運輸?shù)缆焚|(zhì)量則是制約礦車輪胎消耗和柴油消耗的關(guān)鍵因素;同時,運輸?shù)缆焚|(zhì)量還將影響礦車駕駛舒適度和安全性,并在一定程度上決定了道路揚塵大小[3-5]。因此,提高露天礦山運礦道路質(zhì)量對于提升礦山運輸效率、降低礦石運輸成本和安全環(huán)保管理具有重要的意義。以四川省廣元五栗子石灰?guī)r礦運礦道路為例,在分析礦山運礦道路現(xiàn)狀以及道路質(zhì)量對礦車運輸、安全環(huán)保、道路維護影響的基礎(chǔ)上,采用水穩(wěn)層施工技術(shù)對礦山現(xiàn)狀道路進行改造施工,從而進一步規(guī)范礦山道路修筑工藝,提升運輸?shù)缆愤\輸效率,降低礦山運輸成本。

        1 五栗子石灰?guī)r礦運礦道路現(xiàn)狀

        四川廣元五栗子石灰?guī)r礦運礦道路按照露天礦山三級道路標準設(shè)計,泥結(jié)碎石路面,雙車道,路面寬10 m,路基寬14 m,道路平均縱坡不大于6.5%,最小轉(zhuǎn)彎半徑15 m,面層厚0.3 m,運礦道路全長約7 km,垂直高差320 m,道路養(yǎng)護面積10.5 萬m2,道路承載的通行能力超過550 萬t/a,道路服務(wù)年限已達10 年,日常養(yǎng)護方法采用修補路面坑槽、清掃路面散料淤泥、保持路面的平整。

        受特有復(fù)雜的礦山地質(zhì)地形影響,五栗子石灰?guī)r礦運礦道路采用爆破路基原巖修筑,即按照運輸?shù)缆菲露仍O(shè)計要求對道路超高部分采用穿孔爆破和鏟挖方式施工,部分泥質(zhì)路段進行碎石換填;路面結(jié)構(gòu)類型簡單,因此礦山道路具有坡度大、彎道多、路線變化快、垂直高差大等特點,導(dǎo)致出現(xiàn)礦車運輸效率低、安全環(huán)保管理風(fēng)險大、道路維護難等問題。五栗子石灰?guī)r礦運輸?shù)缆分饕嬖谝韵聠栴}:

        1)道路質(zhì)量差,易損壞,維修率高。五栗子石灰?guī)r礦因運礦道路質(zhì)量差,運輸量大,維修率高,平均每周1 小修,每半月1 大修,尤其是大雨過后路況嚴重下降,道路維修成本居高不下。

        2)車輛損壞率高。由于道路質(zhì)量差,容易造成礦車大梁、傳動軸、半軸等關(guān)鍵部件開裂,還會造成礦車輪胎磨損,進而對車輛造成較大損傷,設(shè)備故障率升高,安全隱患大。

        3)運輸效率低。較差的路面會增加礦車行駛阻力[6],并導(dǎo)致地面附著系數(shù)下降,降低道路運輸效率,增加柴油消耗。

        4)工作條件惡化,運輸風(fēng)險增加。不良的道路質(zhì)量會導(dǎo)致車輛行駛速度降低,車轍、溝坑妨礙車輛操作,泥濘、坑洼路面降低了車輛通行能力和制動效果,增加礦車行駛安全隱患。

        5)道路揚塵治理難,環(huán)保管理風(fēng)險大。因礦車與道路碾壓產(chǎn)生大量粉塵,且道路不具備清掃條件,從而揚塵難以控制。

        2 水穩(wěn)層施工技術(shù)原理

        水穩(wěn)層是水泥穩(wěn)定碎石層的簡稱,即采用水泥固結(jié)級配碎石,通過壓實,養(yǎng)護完成,也稱為水泥穩(wěn)定碎石層[7-8]。其作用原理為選取骨料作為級配碎石,在骨料空隙填充水泥和砂漿,根據(jù)嵌擠原理實施攤鋪、壓實作業(yè),其壓實度與密實度相近,碎石之間的嵌擠鎖結(jié)原理為強度增加的依據(jù)。水穩(wěn)層道路具有較高強度,并且強度隨齡期而增加很快結(jié)成板體,因而具有具有良好的板體性、較高的強度、抗?jié)B度和抗凍性。水穩(wěn)水泥用量一般為混合料1%~3%,砂為混合料4%~8%,7 d 的抗壓強度可達1.5~4.0 MPa[9-10]。水穩(wěn)成活后遇雨不泥濘,表面堅實,是高級路面的理想基層材料。

        3 水穩(wěn)層施工技術(shù)工藝

        3.1 路基原巖穿爆開挖

        按照運礦道路大修整體方案,采用DM50 潛孔鉆機將路面整體穿孔爆破3 m,上部采用PC400 反鏟開挖,開挖高度為0.5 m,下部采用RS6260 型壓路機壓實平整,形成道路基層;該道路基層作用為將原道路純剛性巖層路基轉(zhuǎn)化為半剛半彈性路基[11];同時對需要調(diào)整道路坡度和路形的局部地段,適當調(diào)整穿爆高度并進行開挖壓實。

        路面穿爆參數(shù)如下:

        1)炮孔孔徑。運礦道路穿孔設(shè)備采用液壓潛孔鉆機,型號為DM50,鉆孔孔徑D=φ140 mm,鉆孔類型為垂直孔。

        2)炮孔孔深。據(jù)爆破設(shè)計資料[12],炮孔深度L=3.0 m。

        式中:L 為炮孔深度,m;H 為臺階高度,H=3 m,h 為鉆孔超深。h 可由經(jīng)驗公式進行選取,即h=(0.10~0.14)H,此處只做路基爆破處理不開挖,故h=0 m。

        3)炮孔最小抵抗線。最小抵抗線W 為:

        4)炮孔孔距。根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù),炮孔孔距a 為:

        5)炮孔排距。炮孔排距的取值采取比最小抵抗線小原則,此處爆破屬于壓渣爆破,可適當增大排距。因此,炮孔排距b 為:

        6)單孔藥量。由經(jīng)驗數(shù)據(jù),單孔藥量Q=9 kg。

        式中:q 為爆破炸藥單耗,q=0.767 kg/m3,爆破效果最佳;a 為炮孔孔距,a=2.3 m;b 為炮孔排距,b=1.7 m;L 為炮孔深度,L=3.0 m。

        7)每孔采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu),電子雷管起爆系統(tǒng),微差爆破;一次爆破方量的多少根據(jù)生產(chǎn)實際情況排定,生產(chǎn)緊張可一次性少量爆破,遇見生產(chǎn)檢修可以增加一次性爆破方量,加快運礦道路大修進度。

        3.2 水穩(wěn)施工工藝

        1)道路基層墊層修墊。直接選用經(jīng)破碎機破碎后的石灰石物料(粒徑0~90 mm)在道路基層上進行修墊,高度為300 mm,隨后采用RS6260 型壓路機充分碾壓并進一步平整路面;該墊層形成1 道分層式路面結(jié)構(gòu),用于緩沖、平衡上部壓力及層狀排水面;因公司主業(yè)為水泥制造,修墊所需石灰石物料為公司礦山自主生產(chǎn)的礦石成品,可直接運輸使用。

        2)水穩(wěn)濕基物料混合。經(jīng)多次試驗,水泥、石粉、成品骨料按照1∶6∶13 比例進行混合,為最佳使用混合比例,它們經(jīng)混合并充分淋水攪拌均勻后直接使用;水穩(wěn)物料分別采用PO42.5 水泥、石粉粒徑0~0.075 mm、成品骨料10~20 mm。

        3)水穩(wěn)濕基物料攤鋪及養(yǎng)護。將水穩(wěn)濕基物料攤鋪至墊層層面,厚度為200 mm,平整壓實。先采用CAT988 型裝載機進行初步攤鋪,再使用G9220 型平地機調(diào)整,RS6260 型壓路機碾壓,進過多次碾壓、平整達到所需路面要求,4~5 d 后即可投入使用。其作用是利用水泥形成板體,達到硬化、防水和一定的降塵效果。

        3 層路面結(jié)構(gòu)將原道路單點受力轉(zhuǎn)化成3 層板體整體受力以及分層排水,同時整體道路具備一定彈性和壓力分散效果,在達到硬化效果的同時提高道路使用壽命?;谒€(wěn)層施工工藝的運礦道路路面結(jié)構(gòu)如圖1。

        圖1 基于水穩(wěn)層施工工藝的運礦道路路面結(jié)構(gòu)

        4 水穩(wěn)層施工技術(shù)應(yīng)用效果

        采用水穩(wěn)層施工技術(shù)工藝后形成的運礦道路,路面平整度高,整體性能好,較原路面主要有以下幾個方面的顯著優(yōu)勢:①道路硬化效果較好,道路路面平整干凈,運輸效率明顯提升,礦車駕駛舒適度增加;②道路抗雨水沖刷效果較好,暴雨過后幾乎對路面沒有損傷,同時道路淤泥大大降低;③具有一定降塵效果,降塵效果主要體現(xiàn)因道路不起泥,只是表面磨損產(chǎn)生的揚塵物;④路面清理簡單,日常采用G9220 型平地機進行輕微清理路面揚塵物即可。

        通過歷時1 年的運礦道路升級改造工作,四川廣元五栗子石灰?guī)r礦運輸工序環(huán)節(jié)得到極大的優(yōu)化。與礦山原有碎石III 級路面相比,采用水穩(wěn)層施工技術(shù)修筑的II 級路面道路,其滾動阻力系數(shù)降低75%,礦車技術(shù)速度提高20%,柴油消耗降低14%,礦車輪胎消耗降低36%,運營費用降低25%~30%。水穩(wěn)層運礦道路為礦山帶來了顯著的經(jīng)濟效益和安全環(huán)保效益。

        5 結(jié)語

        基于水穩(wěn)層施工技術(shù)的露天礦山運輸?shù)缆返某晒?yīng)用,改變了礦山“重修車、輕修路”傳統(tǒng)觀念,提高了礦山運輸?shù)缆沸蘼窐藴?、養(yǎng)護質(zhì)量以及運輸效率,增加了礦車駕駛舒適度,有效減少了事故損失,降低了礦車維修率、柴油消耗及道路維護成本,道路揚塵減少明顯,為企業(yè)創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟效益和安全環(huán)保效益。

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