李 濤，趙建疆，陳 鋼，任宏旺

（1.國家能源集團新疆能源有限責任公司 準東露天煤礦，新疆 昌吉 831799；2.北京文心普行環(huán)保科技有限公司，北京 102209）

煤炭的露天開采相比于井工礦開采，具有安全性高、資源回收率高、勞動強度小的特點。隨著國家環(huán)保要求和“十四五”規(guī)劃，環(huán)保和綠色發(fā)展是各露天礦必須選擇，運輸?shù)缆返馁|(zhì)量無疑是影響生產(chǎn)成本和環(huán)保治理的重點。如何能夠提高道路通過能力，降低道路揚塵的產(chǎn)生，是準東露天礦面臨的難題，加之新疆干旱缺水，夏季高溫灑水降塵成本很高且道路頻繁維修成本居高不下，急需尋找1 種好的道路修筑方法。李杰林等[1]開展了地下金屬礦山斜坡道漿土路筑路材料配比等試驗，發(fā)現(xiàn)漿土路筑路技術(shù)能夠很好地應(yīng)用于地下礦山道路修筑；程志平等[2]對比了漿土路試驗道路及FRT 生物酶道路的運行效益，分析了2 種道路的優(yōu)缺點；徐昆等[3]分析了基于粉煤灰－礦渣地聚合物的露天礦山運輸?shù)缆返膬?yōu)缺點；李文明等[4]提出了通過拋擲爆破修筑斜坡道技術(shù)及推土機通過下推槽法修筑斜坡道技術(shù)2 項大型露天煤礦修筑斜坡道的關(guān)鍵技術(shù)；房健等[5]對比分析了4 種斜坡道開挖方式的適應(yīng)性；賀昌斌[6]結(jié)合現(xiàn)場實際，通過方案比選確定安家?guī)X礦在復(fù)雜地質(zhì)條件下可持續(xù)發(fā)展方案；謝敏等[7]、馬千里等[8]、劉樹德等[9]分析了FRT 生物酶筑路技術(shù)在露天煤礦應(yīng)用的技術(shù)優(yōu)勢；王藝峰等[10]、蔡超[11]、師慧[12]分析了地聚合物注漿技術(shù)在露天煤礦道路修筑養(yǎng)護的應(yīng)用前景。

FRT 是1 種新型快速修筑道路的技術(shù)，所用的高分子材料可以固化道路上的石塊、沙礫和土壤，由于具有較強的黏結(jié)作用，通過分子級別的作用，將就地取材的石塊、沙礫和土壤進行固化。施工時通過高強度碾壓，排除材料之間的水分，形成干密度很高的固化路面層，該路面使道路不再容易吸水，從而減少道路灑水量和水浸入路面造成的路面損毀，同時提高道路強度，讓道路能夠維持更長時間的良好狀態(tài)，來達到解決礦山道路的問題。

1 準東露天煤礦概況

準東露天煤礦礦田劃定面積40.08 km2，形狀呈北寬南窄類似倒三角形，北部寬6.74 km，南北長7.5 km，露天礦設(shè)計開采境界地表面積約36.48 km2，開采深度600 m。

礦區(qū)主干道、移動線的傳統(tǒng)修筑道路均屬就地取材，通過選擇不同粒徑、黏結(jié)程度的剝離戈壁料進行搭配，直接鋪設(shè)道路，修筑時成本很低，但是道路質(zhì)量較低，道路維護工作量很大且頻繁。

一般道路修筑時先用平地機將地段刮平，然后用自卸卡車卸料，通過推土機和平地機鋪設(shè)。道路能夠快速鋪設(shè)，快速投用，但因為道路本身材料黏結(jié)力不強，道路揚塵較大，而降塵灑水會造成道路軟化并損毀，所以道路需要頻繁刮平和重新鋪設(shè)。日常平路機需要天天作業(yè)，1 周間隔就需要對路面重新翻松粗壓，然后讓重載車邊行走邊壓實。浪費了較大的人力物力，且對環(huán)境保護及綠色礦山發(fā)展收益較小。

2 新型高分子材料修路工藝

本次試驗所采用高分子材料的是1 種聚丙烯酰亞胺類物質(zhì)，外觀是1 種粉末，易溶于水，是環(huán)保無危害殘留的產(chǎn)品。該產(chǎn)品修筑的道路，具有很好的防水性，因為該產(chǎn)品與水溶解后，能夠在骨料和土壤分子外面覆蓋1 層聚合物薄膜，這種薄膜在干燥后能夠起到防水和黏結(jié)的作用。由于這種機理，減低了礦區(qū)揚塵的產(chǎn)生，可以使添加該產(chǎn)品的道路滲透率大大降低，從而延緩道路由于水浸潤造成更大的損害。

這種高分子材料能夠提高固化路面材料聚合體的無側(cè)限抗壓強度和現(xiàn)場CBR 承載力指標，通過垂直滴水浸潤測試可以很明顯看出巨大的區(qū)別，該測試使用的試塊都是按照現(xiàn)場的情況進行處理，左側(cè)是加了固化劑處理的試塊，右側(cè)為原土壤本身。在每個壓實試塊上面放置濾紙并增加1 個配重，讓水從上面不斷滴下。經(jīng)過4 d 測試，效果明顯。

礦區(qū)現(xiàn)有修路方法，無論如何碾壓都很難將骨料和土壤很好地黏合在一起，而加入該高分子材料以后，不僅可以為路面材料之間形成很強的黏合和聚集，且能夠提高碾壓土壤聚集體的疏水性。這意味著通過該高分子材料能夠提高道路的防水性并增加道路的強度。

3 道路施工過程

本次試驗道路選取礦區(qū)西幫＋494 m 水平主干運輸?shù)缆贰⑼馀磐翀觯?40～＋580 m 水平運輸?shù)缆?，這些路段具有代表性，日常車流量較大，養(yǎng)護次數(shù)較多。

1）路面基礎(chǔ)處理。修筑固化劑道路前先對底層路基進行平整和壓實，一般壓實度要求達到96%～98%，對于煤礦運輸重載車輛長期運行碾壓的道路，路基壓實度一般較好，只需要對表面進行刮平，碾壓即可。現(xiàn)場施工采用液壓挖掘機處理工作面到硬面，并用平地機收拾平整。道路處理平整后灑水將路面浸濕，以便上層增加的路面層土壤能夠和底部土壤更好的黏結(jié)，防止出現(xiàn)分層現(xiàn)象。

2）鋪墊路面層－固化劑硬化層。按照砂石料和土7∶3 的比例，鋪墊30 cm 厚的沙土，沙土粒徑≤5 cm，并用平地機整平。

3）噴灑固化劑。在噴灑材料之前，要用水車在路面灑水1～2 次，再使用干法噴灑設(shè)備直接將粉末固化劑均勻噴灑到道路表面。噴撒固化劑后立即灑水，整條路面撒過后，讓水浸泡15 min，等待固化劑浸泡，遇水反應(yīng)后，固化劑膨脹、變軟，直到用腳踩后出現(xiàn)拉絲狀，說明浸泡充分，可以使用路拌機進行拌合操作，讓固化材料與路面沙土攪拌均勻。灑水、灑材料、拌合沙土整個過程循環(huán)3 遍。多次作業(yè)是為了盡可能讓固化劑與水、沙土充分拌合。

4）灑水。路面噴撒足夠量的固化劑之后，根據(jù)現(xiàn)場情況需要對路面補水，讓路面達到最佳含水率，為下一步道路碾壓、塑形，創(chuàng)造良好的施工條件。

5）道路碾壓、塑形。用鋼桶壓路機進行初壓讓路面表面平整均勻，不出現(xiàn)揉搓、局部碾壓堆積問題；隨后使用壓路機低速強震模式來回碾壓3 次，再使用中速低震模式來回碾壓2 次，在碾壓期間如果道路發(fā)生干燥起灰情況需要及時補水。在鋼桶壓路機碾壓結(jié)束后，用多輪胎壓路機碾壓，使壓實度達到96%～98%。壓路機碾壓必須直前直后，依次從道路一側(cè)向另一側(cè)重疊來回碾壓。

4 道路試驗結(jié)果

4.1 現(xiàn)場路面情況

1）西幫＋494 m 水平主干運輸?shù)缆吠ㄐ? 周后。道路95%固化較好，有部分由于灑水不均勻或者局部深度太厚，壓實不足，出現(xiàn)翻漿和松動。

2）外排土場＋640～＋580 m 水平運輸?shù)缆吠ㄐ?周后。道路95%固化較好，在硬化和沒有硬化道路交界處出現(xiàn)翻漿和松動，加強車輛管控，固定行駛路線，走硬化道路，不走交界處道路。

3）西幫＋494 m 水平主干運輸?shù)缆吠ㄐ? 個月后。道路90%固化完好，整體道路表面出現(xiàn)硬化缺失情況，產(chǎn)生浮灰，灑水量增加。

4）外排土場＋640～＋580 m 水平運輸?shù)缆吠ㄐ?個月后。道路90%固化完好，整體道路表面硬化效果較好，但道路表面出現(xiàn)大量孔洞、水痕。其中空車道完好程度90%左右，重車道由于在施工時增加了黏土，但是黏土與戈壁料拌合不均勻，導(dǎo)致表面出現(xiàn)孔洞和水痕，但這兩路段表面光滑度較好，起塵很少。

5）西幫＋494 m 水平主干運輸?shù)缆吠ㄐ? 個月后。道路90%固化完好，局部道路出現(xiàn)翻漿情況，產(chǎn)生浮灰，重車道需要平地機養(yǎng)護道路，養(yǎng)護道路頻次增加，空車道完好程度90%左右，一直沒有用平路機進行維修和處理。

6）外排土場＋640～＋580 m 水平運輸?shù)缆吠ㄐ?個月后。道路90%固化完好，與正常路面相比，F(xiàn)TR硬化路面效果比較明顯，道路平整，光滑，浮塵很少，較未硬化道路質(zhì)量很好，但硬化道路重車道出現(xiàn)多處車澈、水痕、溝壑，分析是由于修路時增加黏土拌合不均和道路厚度較淺有關(guān)；空車道道路完好程度更好，空車道由于沒有增加黏土，整體上沒有溝壑、水痕、車轍。

7）雨后西幫＋494 m 水平主干運輸?shù)缆?。硬化道路路面明顯比正常養(yǎng)護路面滲透的雨水少，晾干較快，并且表面平整沒有浮灰；非固化劑硬化的道路晾干較慢，表面有淤泥，晾干后還需要平地機平整路面。

8）雨后外排土場＋640～＋580 m 水平運輸?shù)缆?。硬化道路路面不滲水、不積水，效果明顯，短時間晾曬后很快就能通車，非固化劑硬化的道路積水后需要很長時間晾曬，晾曬后大量浮灰還需要清理才能通車。

4.2 揚塵對比情況

揚塵對比圖如圖1。

圖1 揚塵對比圖

通過6 個月對揚塵數(shù)據(jù)的監(jiān)測數(shù)據(jù)可以看出：改造前各道路揚塵值都在0.85 mg/m3左右；FRT 硬化道路改造后，揚塵值降至0.73 mg/m3，道路改造對揚塵值有明顯的降低效果。

4.3 油耗及尾氣排放對比情況

根據(jù)經(jīng)驗，假設(shè)在其他條件不變的情況下，設(shè)備的尾氣排放量與其油耗量成正比例關(guān)系。設(shè)備月度油耗見表1。

表1 設(shè)備月度油耗表

由表1 可知，通過設(shè)備的油耗對比得出：3—5月在普通道路運行時，運輸設(shè)備油耗、輔助設(shè)備油耗分別為1 706 915、190 441 L；6—8 月在FRT 硬化道路運行后，運輸設(shè)備油耗、輔助設(shè)備油耗分別為1 587 066、163 522 L。硬化道路的實施使得設(shè)備油耗量減少，根據(jù)假設(shè)，礦區(qū)尾氣排放量減少。

4.4 經(jīng)濟對比情況

按照油價6.7 元/L 計算，3—5 月運輸設(shè)備、輔助設(shè)備油耗費用為1 143.6、127.6 萬元；6—8 月運輸設(shè)備、輔助設(shè)備油耗費用為1 063.3、109.6 萬元；采用硬化道路后，道路質(zhì)量提高，可以降低運輸油耗成本80.3 萬元，降低養(yǎng)護道路油耗成本18.0 萬元。

3—5 月在普通道路運行時，養(yǎng)路機械維修費用、輪胎費用、運輸車輛維修費分別為12.3、136.3、79.1 萬元；6—8 月在FRT 硬化道路運行后，養(yǎng)路機械維修費用、輪胎費用、運輸車輛維修費分別為9.4、112.2、65.4 萬元；采用FRT 硬化道路后，道路質(zhì)量提高，降低設(shè)備各項維修費用共40.7 萬元。

通過3 個月的車輛通行情況的數(shù)據(jù)表明，F(xiàn)RT硬化道路效果比較明顯，能夠有效地做到防塵、減少灑水、運輸車輛油耗、道路養(yǎng)護費用合計約139 萬元；但施工前期對道路的準備、材料的成本費用、人工費用共計約170 萬元。

5 結(jié)語

通過FRT 技術(shù)修筑道路，由于該高分子材料可以讓道路面層更好的緊密結(jié)合，降低孔隙度，提高道路的防水性和道路的密實度、道路的強度，降低塵土的產(chǎn)生，減少尾氣排放。

從3 個多月的情況看，空車道由于修筑深度合適，基本不需要養(yǎng)護，保持較好，較未固化前變化很大，而且大幅減少維護工作量。

重車道由于車輛載重較大，車輛運行頻繁，對道路的強度和完整度要求很高，經(jīng)過運行觀察，對重車道應(yīng)該增加修筑厚度，而且分層碾壓，提高道路的壓實度，從而能夠更多地減少道路的維護量。

揚塵減少、空氣質(zhì)量改善、減少尾氣排放，減少車輛維護，道路平整降低車輛維修費用等間接收益和社會收益，都是通過該環(huán)保道路能夠獲得的收益，而且修筑道路是考慮到重車道的重載和壓實度和強度的更好要求，是值得推廣的綠色環(huán)保項目。