郭雁斌,張 禹,呂文偉,王曉東
(國家能源集團(tuán)神華哈爾烏素露天煤礦,內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010300)
據(jù)統(tǒng)計(jì),進(jìn)入2021 年11 月份以來,全國煤炭日產(chǎn)量突破1 200 萬t,其中,露天煤礦產(chǎn)量約占全國煤炭產(chǎn)量的15%~17%[1],占比較大。不斷優(yōu)化露天礦山生產(chǎn)規(guī)模,控制成本、增加效能仍將是我國能源結(jié)構(gòu)改革的一項(xiàng)重要課題。對(duì)于露天礦山而言,運(yùn)輸環(huán)節(jié)成本是總生產(chǎn)成本的主要組成,可占60%左右[2]。而對(duì)于特大型露天煤礦,由于設(shè)備大型化,采剝?cè)O(shè)備大多采用電驅(qū)動(dòng),這使得運(yùn)輸成本占比總成本進(jìn)一步提升。例如國家能源集團(tuán)神華準(zhǔn)格爾能源有限公司哈爾烏素露天煤礦,卡車運(yùn)輸成本可占總生產(chǎn)成本的80%左右,主要支出為卡車輪胎和柴油的消耗[3]。由此可見,優(yōu)化運(yùn)輸環(huán)節(jié)成本是特大型露天煤礦精益生產(chǎn)的主要著力點(diǎn),而礦用重卡輪胎及油耗等重要成本指標(biāo)均與道路修筑養(yǎng)護(hù)的質(zhì)量直接關(guān)聯(lián),是優(yōu)化工作的重中之重[4]。
露天礦山運(yùn)輸?shù)缆分饕休d礦用重型卡車的運(yùn)行,是采場(chǎng)剝離物料進(jìn)入排土場(chǎng)排棄的半固定線路,按區(qū)域可分為工作平盤道路、排土場(chǎng)道路、端幫運(yùn)輸?shù)缆?,其路基組成為原始巖層或松散巖土物料。由于工程特性,露天礦運(yùn)輸?shù)缆肪邆洳煌话愕缆返闹T多特點(diǎn)。
1)干線支線交錯(cuò),局部線路承載流量大。露天礦開采深度受剝采比控制[5-6],底部境界與地表高差在200 m 以上,臺(tái)階高度在15 m 以下,因此工作幫平盤數(shù)量可達(dá)10 余個(gè)。各工作幫平盤運(yùn)輸線路均指向兩側(cè)端幫道路并最終通向各水平的排土場(chǎng)平盤,形成了干線、支線交錯(cuò)的特點(diǎn),尤其是端幫運(yùn)輸?shù)缆?,有可能匯聚上下2 個(gè)平盤運(yùn)輸量,承載流量大。
2)路基構(gòu)成受限,服務(wù)周期不固定。露天礦運(yùn)輸線路坐落位置受采剝工程制約較大。其中,采場(chǎng)平盤與端幫運(yùn)輸?shù)缆仿坊话阌删邆涿黠@延展性的原始巖層構(gòu)成,路基可能由多種物理特性差距較大的原巖組成;排土場(chǎng)平盤道路路基由松動(dòng)爆破后產(chǎn)生的松散物料堆疊而成,路基穩(wěn)定程度、組成物料粒度分布等呈現(xiàn)出不確定隨機(jī)特性。以上種種均限制著露天礦山道路修筑與養(yǎng)護(hù)的作業(yè)效率。同時(shí),由于采剝工程的推進(jìn),配套的運(yùn)輸線路需與工程位置同步發(fā)展,這導(dǎo)致工作幫、排土場(chǎng)的半固定線路在短周期內(nèi)頻繁移設(shè),特別是采場(chǎng)平盤,平均每月涉及1~2 次整體線路或是聯(lián)絡(luò)坡道的位置調(diào)整[7],道路養(yǎng)護(hù)作業(yè)量繁重。
3)技術(shù)力量不足?,F(xiàn)階段,從事露天礦運(yùn)輸相關(guān)的技術(shù)人員平均文化程度不高,技術(shù)水平有限。礦山運(yùn)輸車輛駕駛員和維修工均普遍沒有接受過專業(yè)的路面維護(hù)技能培訓(xùn),大多都以工作積累的經(jīng)驗(yàn)判斷路面情況,在遭遇強(qiáng)降雨、路基過硬、爆破根底等損傷路面質(zhì)量的特殊情況時(shí),往往不能做到高效應(yīng)對(duì)。
4)養(yǎng)護(hù)工作繁重,設(shè)備損耗大。露天礦運(yùn)輸?shù)缆仿访娉休d重型卡車運(yùn)行,路面損耗層在灑水或是降雨后易翻漿形成坑洼。重載卡車在坑洼路面運(yùn)行時(shí)易顛簸掉塊,從而損傷輪胎與結(jié)構(gòu)件,同時(shí)也將進(jìn)一步擴(kuò)大路面翻漿程度,形成惡性循環(huán),這就要求路面養(yǎng)護(hù)工作的及時(shí)與高效。
1)路面損傷變形頻繁。露天礦山運(yùn)輸?shù)缆仿访娈a(chǎn)生形變的主要原因:①日常運(yùn)行損耗;②路基穩(wěn)定性不佳導(dǎo)致路面沉降裂縫;③降雨對(duì)路面損耗層的侵蝕沖刷。三者共同作用導(dǎo)致露天礦山運(yùn)輸?shù)缆仿访孀冃维F(xiàn)象頻發(fā)。
2)設(shè)備易損耗,維修成本高。露天礦開采過程中偶見粒度較小的砂巖碎石,作為運(yùn)輸?shù)缆繁砻婺ズ膶拥闹饕畛湮锪?。但受限于松?dòng)爆破質(zhì)量優(yōu)劣,這類物料中不可避免地?fù)诫s部分粒度較大、存在尖銳棱角的巖塊。盡管在平路機(jī)多次刮勻、剔選后,磨耗層與路基的貼合度仍然不夠理想,形成的路面平整度也不及常規(guī)公路路面,這使得該類路面上運(yùn)行的重型礦卡輪胎損耗增大,同時(shí)影響平路機(jī)等道路養(yǎng)護(hù)設(shè)備的磨損件使用壽命。以國家能源集團(tuán)神華準(zhǔn)格爾能源有限公司哈爾烏素露天煤礦為例,據(jù)統(tǒng)計(jì)2008—2018 年共消耗輪胎2 600 余條,年均約240 條,哈爾烏素露天煤礦近年輪胎消耗表見表1。
表1 哈爾烏素露天煤礦近年輪胎消耗表
3)降雨降塵灑水對(duì)路面維護(hù)的影響。雨季來臨或是過度灑水降塵均會(huì)對(duì)露天礦運(yùn)輸?shù)缆佛B(yǎng)護(hù)工作造成重大影響。當(dāng)雨季降雨量使坑下巖土達(dá)到水飽和狀態(tài)并超過礦坑疏干排水能力時(shí),溢出雨水會(huì)匯聚在運(yùn)輸路面的坑洼、翻漿處或礦坑底部境界。雨水流動(dòng)會(huì)直接沖刷路面,而長時(shí)間的浸泡也會(huì)使路面磨耗層崩解,同時(shí)也將持續(xù)侵蝕路基巖土體的物理力學(xué)強(qiáng)度,使道路整體出現(xiàn)不同程度的沉降甚至滑坡[8-9]。過度的降塵灑水也對(duì)道路整體有類似影響。
路面的養(yǎng)護(hù)成本要遠(yuǎn)高于修筑成本,故而露天礦山運(yùn)輸?shù)缆沸拗^程中應(yīng)注重質(zhì)量與效率2 個(gè)方面,質(zhì)量為主,效率為次。
對(duì)于露天礦山修筑新運(yùn)輸線路,應(yīng)根據(jù)勘探鉆孔資料,結(jié)合原始地層的延展性判斷路線路基的巖性是否得當(dāng),同時(shí)查明線路所向是否存在嚴(yán)重的爆破根底現(xiàn)象,最終調(diào)整后得到適宜的線路路基。對(duì)于路基起伏的,應(yīng)當(dāng)摳挖平整路槽后鋪墊磨耗層。磨耗層原料可選取爆破作業(yè)后的砂巖,選取粒度均勻的砂石,并在日常作業(yè)中勤收集、集中堆放、集中篩選,有效提高道路養(yǎng)護(hù)作業(yè)的效率。生產(chǎn)過程中,常見路基裂縫現(xiàn)象,視嚴(yán)重程度第一時(shí)間摳挖路槽并填補(bǔ)路基。選用石灰、水泥和砂石形成的混合泥漿作為填補(bǔ)材料對(duì)路基進(jìn)行打底,再選用親水性適中的泥土混合石灰等倒入裂縫里面,加強(qiáng)路基的穩(wěn)固性。
1)推土機(jī)并推法修筑運(yùn)輸?shù)缆?。推土機(jī)作為露天礦道路養(yǎng)護(hù)作業(yè)的主要設(shè)備,在對(duì)巖土切削和推運(yùn)作業(yè)過程中會(huì)形成寬大于3.2 m 的槽棱,單獨(dú)作業(yè)的推土機(jī)在推整槽棱時(shí),物料不可避免地會(huì)從推土鏟兩側(cè)流失,且這一現(xiàn)象隨著推送距離延長變得更加明顯。因此,單個(gè)推土機(jī)需要循環(huán)多次推運(yùn)作業(yè),制約生產(chǎn)效率??梢罁?jù)設(shè)計(jì)路面寬度、推土機(jī)推土鏟寬度、推運(yùn)巖土堆寬度,并結(jié)合操作設(shè)備人員的技術(shù)水平,調(diào)用2 或3 臺(tái)推土機(jī)同排并行推運(yùn)巖土物料堆,保證作業(yè)設(shè)備間留有安全距離至少20 cm。
2)推土機(jī)下推槽法修筑斜坡道。露天礦修筑坡道前,通常利用采剝?cè)O(shè)備采掘1/2 的坡道預(yù)留爆量,并利用推土機(jī)推運(yùn)剩余1/2 的保量最終形成斜坡道??梢杂?~2 臺(tái)推土機(jī),加大推土鏟削切深度以增大推送量,并沿坡道路面中線下推,循環(huán)作業(yè)后在坡面中線形成適度溝槽,溝槽兩側(cè)浮貨推入溝槽平整,最終形成斜坡道。利用溝槽阻擋推土鏟兩側(cè)物料的流失量,可明顯提高作業(yè)效率。
1)作業(yè)前應(yīng)清楚作業(yè)位置的安全情況。確認(rèn)無地埋管線、電纜,如有地埋管線、電纜要設(shè)立醒目標(biāo)志方可作業(yè)。
2)要把新修路基存積的雨水和稀泥清理出去。如有松軟的路基應(yīng)挖路槽、拉運(yùn)巖石來硬化,確保路基的硬度符合卡車重載運(yùn)行的承受要求。
3)根據(jù)天氣預(yù)報(bào)來掌握新修道路的進(jìn)度。對(duì)新修好的道路及時(shí)碾壓并通車運(yùn)行,以防下雨滲入路基造成整體道路翻漿。雨季修路與其它季節(jié)有所不同,主要是做好道路出水,新修道路要做到里高外低,道路的最低處要高于此平盤30~50 cm,以便于雨后道路存集的雨水向外排放。
4)新修道路寬度要根據(jù)卡車的型號(hào)符合安全運(yùn)行要求。道路拐彎處要有反坡,最小轉(zhuǎn)彎半徑不小于35 m,坡道長度每150~200 m 處要修筑緩沖平臺(tái),緩沖平臺(tái)縱向坡度不大于3%,橫向坡度保持在1.5%~2.5%。
5)提前選擇好放水位置。根據(jù)坡道的長度來計(jì)算蓄水池的大小、數(shù)量和蓄水量,每個(gè)泄洪口要保持暢通,確保道路雨水截流進(jìn)入每1 個(gè)防洪蓄水池內(nèi),做好防洪防汛工程。
運(yùn)輸成本是露天礦山生產(chǎn)運(yùn)營總成本的重要組成,而控制運(yùn)輸成本最有效的手段即在最優(yōu)運(yùn)距條件下持續(xù)優(yōu)化路面質(zhì)量,降低運(yùn)行設(shè)備的作業(yè)損耗。欲達(dá)成優(yōu)化路面質(zhì)量的目的,需要露天礦道路養(yǎng)護(hù)技術(shù)人員在道路路基修筑、磨耗層養(yǎng)護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)嚴(yán)格把關(guān)。道路養(yǎng)護(hù)周期、養(yǎng)護(hù)操作人員技能水準(zhǔn)、道路疏干排水是露天礦山道路形成后養(yǎng)護(hù)的關(guān)鍵所在,在初始修筑道路時(shí),可參考推土機(jī)并推法、下推槽法施工,以期提高作業(yè)效率。