寶清朝陽(yáng)露天礦柔性路面結(jié)構(gòu)層厚度確定

賈長(zhǎng)亮

（新疆煤炭設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830000）

寶清朝陽(yáng)露天礦柔性路面結(jié)構(gòu)層厚度確定

賈長(zhǎng)亮

（新疆煤炭設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830000）

露天礦道路結(jié)構(gòu)層厚度對(duì)其實(shí)際使用效果及筑路投資影響較大，以層狀體系彈性理論為基礎(chǔ)、路面表面容許回彈彎沉為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)我礦運(yùn)煤干線道路結(jié)構(gòu)層厚度進(jìn)行計(jì)算，以確定適合的路面參數(shù)。

露天礦；道路；結(jié)構(gòu)層厚度；彈性理論

1 概 述

寶清縣煤炭資源豐富，遠(yuǎn)景儲(chǔ)量近105億t，是國(guó)家11個(gè)重點(diǎn)煤炭開(kāi)發(fā)區(qū)和7個(gè)煤化工基地之一。寶清朝陽(yáng)露天煤礦隸屬于神華國(guó)能集團(tuán)寶清煤電化有限公司,露天煤礦煤炭?jī)?chǔ)量9.8億t，一期工程為1 100萬(wàn)t/a，投資約36億元。1 100萬(wàn)t/a露天煤礦是國(guó)家煤炭工業(yè)發(fā)展“十一五”規(guī)劃項(xiàng)目中10個(gè)千萬(wàn)t級(jí)露天煤礦之一。項(xiàng)目采用世界上最先進(jìn)的開(kāi)采工藝：采煤采用單斗挖掘機(jī)－自卸卡車－半固定式破碎機(jī)－帶式輸送機(jī)半連續(xù)開(kāi)采工藝，剝離采用單斗－卡車+自移式破碎機(jī)和拉斗鏟倒堆綜合開(kāi)采工藝。開(kāi)采工藝具有回采率高、建礦快、勞動(dòng)生產(chǎn)率高、成本低、生產(chǎn)安全等優(yōu)勢(shì)。一期煤電工程已于2009年7月開(kāi)工建設(shè)，二期工程擴(kuò)建規(guī)模將達(dá)到2 000萬(wàn)t/a。

寶清朝陽(yáng)露天煤礦位于黑龍江省雙鴨山市寶清縣朝陽(yáng)鄉(xiāng)境內(nèi)，地理坐標(biāo)：東經(jīng)132°22′30″～132° 39′30″，北緯46°11′00″～46°24′30″。礦區(qū)屬于寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候，夏短冬長(zhǎng)，春秋兩季多風(fēng)，夏秋兩季多雨。露天可采境界內(nèi)煤田走向長(zhǎng)約16 km，傾向?qū)捈s6 km，可采商品煤儲(chǔ)量971.14 Mt，設(shè)計(jì)能力11.0 Mt/a，服務(wù)年限為80年。主要可采煤層為10#煤層，煤質(zhì)為中高熱值褐煤，平均厚度12.22 m，煤層傾角3°～5°。目前該礦正處于礦建階段，預(yù)計(jì)2017年上半年進(jìn)行試生產(chǎn)[1]。

露天礦礦山道路的質(zhì)量在很大程度上影響汽車效率的發(fā)揮，隨著“修路就是修車”理念的深化，礦山道路的質(zhì)量、標(biāo)準(zhǔn)都有了很大程度的提高[2]。寶清朝陽(yáng)露天礦露天可采煤層賦存于第三系，露天開(kāi)采境界內(nèi)巖性普遍較軟，沒(méi)有適合修路的大塊硬巖，而本礦開(kāi)采規(guī)模較大，采用大型、現(xiàn)代化露天運(yùn)輸設(shè)備，勢(shì)必要建設(shè)高等級(jí)的礦山道路，這就需要外購(gòu)大量級(jí)配碎石，所以確定好本礦路面結(jié)構(gòu)層厚度有重要意義。

朝陽(yáng)露天煤礦運(yùn)煤采用貝拉斯75306型、載重220 t自卸式卡車，經(jīng)采煤工作面運(yùn)至地表半固定破碎站進(jìn)行破碎，運(yùn)煤路線如圖1所示。工作面運(yùn)煤干線為移動(dòng)坑線，服務(wù)時(shí)間短，大致為3～6個(gè)月，而我礦剝離物以第四系粘土、各粒級(jí)砂層為主，沒(méi)有巖石，這為重型載重汽車道路的修筑帶來(lái)很大的困難。

圖1 運(yùn)煤路線

2 礦山道路

朝陽(yáng)露天煤礦剝離開(kāi)采工藝采用單斗-卡車+自移式破碎機(jī)和拉斗鏟倒堆綜合開(kāi)采工藝；即剝離開(kāi)采工藝煤層頂板以上45 m厚度剝離采用拉斗鏟倒堆開(kāi)采工藝；45 m以上剝離由單斗-自移式破碎機(jī)-轉(zhuǎn)載機(jī)-帶式輸送機(jī)-排土機(jī)組成的半連續(xù)開(kāi)采工藝為主，單斗-卡車開(kāi)采工藝為輔。采煤開(kāi)采工藝：液壓反鏟采裝-坑內(nèi)自卸卡車運(yùn)輸-地面半固定破碎機(jī)(破碎后粒度300 mm以下)-帶式輸送機(jī)運(yùn)往電廠與化工廠共建的儲(chǔ)煤場(chǎng)?，F(xiàn)階段礦山處于基建期，剝離全部外包，剝離設(shè)備及運(yùn)輸設(shè)備全是小型化設(shè)備，對(duì)礦山道路路面等級(jí)要求不高。礦山實(shí)際開(kāi)采過(guò)程中采煤全部自營(yíng)，同時(shí)訂貨的設(shè)備已經(jīng)陸續(xù)到場(chǎng)。朝陽(yáng)露天礦運(yùn)煤干線通行220 t重載汽車，在考慮自卸車自重情況下，總重達(dá)到370 t，這對(duì)道路承載能力提出了很高的要求，其質(zhì)量的好很壞直接影響煤炭生產(chǎn)工作。

在露天礦山作業(yè)中（特別是地形、地質(zhì)條件比較復(fù)雜時(shí)），應(yīng)用汽車運(yùn)輸有許多優(yōu)點(diǎn)。許多礦山的經(jīng)驗(yàn)表明，汽車能否正常高效作業(yè)，很大程度上與礦山道路的狀態(tài)有關(guān)。在正確的道路定線和路基設(shè)計(jì)的條件下，汽車運(yùn)輸?shù)募夹g(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)主要取決于道路路面的類型及其養(yǎng)護(hù)。良好的汽車道路，可以降低燃料消耗和維修費(fèi)用，減少設(shè)備的停頓，提高運(yùn)行速度、輪胎壽命和作業(yè)效率等[3]。目前國(guó)內(nèi)露天礦干線道路路面等級(jí)分為高級(jí)路面、次高等級(jí)路面和中級(jí)路面；路面結(jié)構(gòu)常為多層結(jié)構(gòu)，包括面層、基層、墊層[4]。經(jīng)沈陽(yáng)設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，確定朝陽(yáng)露天礦采場(chǎng)運(yùn)煤干線為礦山Ⅰ級(jí)道路，采用中級(jí)泥結(jié)碎石路面，路面寬度為26 m，路基寬度為38 m，采用雙車道運(yùn)行；路面采用多層結(jié)構(gòu)，面層為泥結(jié)級(jí)配碎石，厚度為30 cm，基層為混鋪塊碎石，厚度為90 cm，不設(shè)磨耗層。柔性路面各結(jié)構(gòu)層厚度設(shè)計(jì)是否合理設(shè)計(jì)中并沒(méi)有給出計(jì)算依據(jù)，能否更科學(xué)的確定各結(jié)構(gòu)層厚度，以便降低工程造價(jià)、節(jié)省成本，對(duì)于本礦有重要意義。

為了更好地修筑、維護(hù)這段道路，采用柔性路面理論，運(yùn)用典型結(jié)構(gòu)及經(jīng)驗(yàn)厚度與彎沉計(jì)算相結(jié)合的方法驗(yàn)證路面各結(jié)構(gòu)層厚度，為道路施工提供依據(jù)，起到節(jié)約成本的目的[5]。

3 結(jié)構(gòu)層厚度確定

GBJ22—87廠礦道路設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，礦山道路中等路面，面層厚度一般在15～30 cm。由于朝陽(yáng)露天礦運(yùn)煤干線通行重車，沈陽(yáng)設(shè)計(jì)院面層厚度選取上限30 cm，為泥結(jié)級(jí)配碎石；基層選用周邊采石場(chǎng)大塊混鋪碎石，厚度通過(guò)下列彎沉計(jì)算求得，路面結(jié)構(gòu)斷面如圖2所示。

圖2 路面結(jié)構(gòu)斷面

3.1 設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)車的累計(jì)交通量

一般以該路段承擔(dān)運(yùn)輸任務(wù)的主要重型汽車為標(biāo)準(zhǔn)車，雙向行駛的礦山道路，不應(yīng)計(jì)入空載重型自卸汽車的交通量。

式中：Σn1為標(biāo)準(zhǔn)車日交通量總和，輛/d；D為每年的生產(chǎn)日數(shù)，取330 d；T為路面設(shè)計(jì)使用年限，當(dāng)?shù)缆贩?wù)年限短于路面設(shè)計(jì)使用年限時(shí)，路面設(shè)計(jì)使用年限應(yīng)與道路服務(wù)年限相同。根據(jù)本礦實(shí)際道路服務(wù)年限為3～6個(gè)月，取上限6個(gè)月，各類路面設(shè)計(jì)使用年限見(jiàn)表1。

表1 礦山道路各類路面設(shè)計(jì)使用年限 a

由于Σn1為統(tǒng)計(jì)量，本礦目前還處于基建期，不能進(jìn)行統(tǒng)計(jì)晝夜交通量和，采用車流密度計(jì)算出

式中：n1為行車密度，輛/h；Q為通過(guò)的年運(yùn)量，t，一期年產(chǎn)300萬(wàn)t；D為每年的生產(chǎn)日數(shù)；K為產(chǎn)量波動(dòng)系數(shù)，取1.15～1.20；G為汽車載重量，t，取220 t；K1為時(shí)間利用系數(shù)，%，取80%；K1汽車載重利用系數(shù)，%，取90%。通過(guò)計(jì)算求得n1=2.87輛/h，最后計(jì)算求得N=11 365輛。

3.2 計(jì)算容許回彈彎沉值

式中：LR為容許回彈彎沉值，mm；A為與面層類型有關(guān)的系數(shù)，相當(dāng)于一次荷載作用下的容許回彈彎沉，各類面層類型系數(shù)見(jiàn)表2，泥結(jié)碎石路面A取19.32；N為設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)車的累計(jì)交通量，輛；d1標(biāo)準(zhǔn)車單輪胎輪跡的相當(dāng)圓直徑，cm，d1取302 cm；d解解放牌CA—10B型汽車單輪胎輪跡的相當(dāng)圓直徑，cm，d解取 19.54 cm，最后算得LR= 10.52 mm。

表2 各類面層有關(guān)系數(shù)

3.3 計(jì)算實(shí)際彎沉系數(shù)

式中：p1為標(biāo)準(zhǔn)車的輪胎壓力，kg/cm2，貝拉斯75306取5.8 kg/cm2；E0為土基回彈模量，kg/cm2，查表得，路基為中濕狀態(tài)粘質(zhì)土E0取405kg/cm2；E1為路面材料回彈模量，kg/cm2，當(dāng)路面為多層結(jié)構(gòu)時(shí)，路面材料回彈模量應(yīng)采用泥結(jié)碎石回彈模量，取2 200 kg/cm2；Ka為輪跡間隙修正系數(shù)，按標(biāo)準(zhǔn)車的γ/δ和E0/E1比值，γ為標(biāo)準(zhǔn)車從輪隙中央至輪胎中心的距離，cm，γ取197cm；δ為標(biāo)準(zhǔn)車的單輪胎輪跡的相當(dāng)圓半徑，cm，δ取151 cm；Ka為1.08；最后算得ds=0.225。

3.4 計(jì)算綜合修正系數(shù)F

3.5 計(jì)算理論彎沉系數(shù)dL

經(jīng)過(guò)計(jì)算求得理論彎沉系數(shù)dL=0.634。

3.6 確定路面所需的厚度H

根據(jù)E0/E1的值，得出H/δ=0.65，最后算得H =98.15 cm。

3.7 多層路面等效系數(shù)換算[8]確定基層所需厚度

式中，h1、h2、…h(huán)n路面各層厚度，cm;、k1、k2、…kn為與路面各層相應(yīng)的等效換算系數(shù)，可按表3所列數(shù)值范圍采用H=k1h1+k2h2+…knhn，98.15=0.9 ×30+0.8×h2；最后算得h2=88.94 cm，所以混鋪塊碎石厚度經(jīng)過(guò)彎沉計(jì)算確定為88.94 cm。

運(yùn)用柔性路面理論，采用典型結(jié)構(gòu)及經(jīng)驗(yàn)厚度與彎沉計(jì)算相結(jié)合的方法計(jì)算出適用于本礦的中級(jí)路面各結(jié)構(gòu)層厚度。本礦面層級(jí)配碎石厚度為30 cm，墊層大塊混鋪碎石厚度為88.94 cm。

表3 等效換算系數(shù)

4 結(jié) 論

220 t重車運(yùn)煤道路是礦山運(yùn)煤的重要干線，修筑并維護(hù)好這條道路有著重要的意義。通過(guò)以層狀體系彈性理論為基礎(chǔ)、路面表面容許回彈彎沉為強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算出柔性路面基層厚度為88.94 cm，基本與設(shè)計(jì)院給定的90 cm厚度一致，證明沈陽(yáng)設(shè)計(jì)院給出的設(shè)計(jì)值是合理的。通過(guò)科學(xué)的計(jì)算為重車干線道路的修筑提供了理論依據(jù)，同時(shí)可以保證投入合理的碎石使用量，節(jié)約筑路成本，減少了基建投資。

［1］中煤國(guó)際工程集團(tuán)沈陽(yáng)設(shè)計(jì)研究院.魯能寶清煤電化開(kāi)發(fā)有限公司朝陽(yáng)露天煤礦修改初步設(shè)計(jì)［R］.沈陽(yáng)：中煤國(guó)際工程集團(tuán)沈陽(yáng)設(shè)計(jì)研究院，2010.

［2］李文斌，簡(jiǎn)新春.大型露天礦汽車運(yùn)輸?shù)缆焚|(zhì)量與運(yùn)輸成本效率［J］.銅業(yè)工程，2006（1）：11.

［3］邱錦標(biāo).露天礦山道路設(shè)計(jì)與施工［J］.采礦技術(shù)，2012（3）：42-43.

［4］張達(dá)賢.露天礦線路工程［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，1997.

［5］周家勝.淺析柔性路面設(shè)計(jì)理論［J］.安徽建筑，2007（3）：148.

［6］吳文陽(yáng).高速公路瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析與建議［J］.科技創(chuàng)業(yè)，2006（5）：182.

［7］龔紹基.重載的柔性路面設(shè)計(jì)與技術(shù)［J］.公路運(yùn)輸工程，1991（1）：7-9.

［8］馬娟.基于等階換算法精確求解瀝青路面設(shè)計(jì)指標(biāo)［J］.建材發(fā)展導(dǎo)向，2014（5）：11-12.

【責(zé)任編輯：解連江】

Determination of flexible pavement structure layer thickness in Baoqing Chaoyang Open-pit Mine

JIA Changliang
(Xinjiang Coal Design and Research Institute Co.,Ltd.,Wulumuqi 830000,China)

The open－pit mine road structure layer thickness has great influence on the actual use effect and road construction investment,based on the elastic layered system theory,the road surface to allow rebound deflection as the standard,the article calculates the main road structure layer thickness of mine to determine the suitable pavement parameters.

open－pit mine;road;structure layer thickness;elastic theory

TD22

B

1671－9816（2017）03－0080－04

2016－08－11

賈長(zhǎng)亮（1987—），男，黑龍江齊齊哈爾人，助理工程師，學(xué)士，2011年畢業(yè)于遼寧工程技術(shù)大學(xué)露天開(kāi)采專業(yè)，曾就職于黑龍江寶清朝陽(yáng)露天煤礦生產(chǎn)技術(shù)處，現(xiàn)在新疆煤炭設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司露天分院從事露天礦設(shè)計(jì)工作。

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.03.023

賈長(zhǎng)亮.寶清朝陽(yáng)露天礦柔性路面結(jié)構(gòu)層厚度確定［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（3）：80－83.