蘇阿皮蒂大型輝綠巖石料場石料開采規(guī)劃與管理

辛喜林 許涇川 張虎林

（中國水利水電第三工程局有限公司，陜西 西安 710024）

隨著國際上水電站建設(shè)規(guī)模的不斷擴大，碾壓混凝土重力壩已成為重要的壩型選擇，然而工程所在地往往存在天然砂礫料匱乏，則人工砂石骨料是水電站工程的主要原材料來源。生產(chǎn)人工骨料需要選擇合適的毛料場，料場選擇、規(guī)劃設(shè)計、爆破技術(shù)、開采管理等成為施工資源及成本控制的重要工作，本文結(jié)合幾內(nèi)亞蘇阿皮蒂水利樞紐工程大型輝綠巖石料場開采相關(guān)背景，對石料場開采規(guī)劃和管理進行分析，為后續(xù)輝綠巖石料場開采施工提供參考和借鑒。

1 工程概括

蘇阿皮蒂水利樞紐壩址位于孔庫雷河中游，電站正常蓄水位210m，水庫總庫容74.89億m3。工程攔河大壩為碾壓混凝土重力壩，共52個壩段，壩頂高程215.5m，最大壩高120.0m，壩軸線長1164m。樞紐工程混凝土總量約360萬m3，其中碾壓混凝土約300萬m3，常態(tài)混凝土約60萬m3。本工程共需生產(chǎn)粗、細成品骨料約937萬t，計算開采毛料約431萬m3（自然方）。

2 輝綠巖石料場規(guī)劃設(shè)計

蘇阿皮蒂石料場選定電站左岸下游約2km的輝綠巖石料場，位于壩址下游河流轉(zhuǎn)彎處的兩條沖溝之間。地貌上為低山丘陵區(qū)，自然坡度14°～20°，料場分布高程120～216 m。石料場儲量較豐富，無地下水出露，施工場地開闊。石料場揭露分別為腐殖土、鐵帽層、粘土質(zhì)礫或含礫粘土、粉質(zhì)粘土或粘土、砂巖、古生代輝綠巖、砂巖。

本工程人工骨料要求采用輝綠巖人工骨料，共需生產(chǎn)粗、細成品骨料約937萬t，計算開采毛料約431萬m3（自然方），根據(jù)石料場勘探成果資料，確定SMK155.0m為輝綠巖與砂巖的分界面，以此作為終采高程，經(jīng)計算，料場的石料儲備豐富并滿足工程需要。

根據(jù)以往石料場開采經(jīng)驗，通過骨料用量推算毛料需求量，以此來確定石料場開采范圍。結(jié)合人工砂石加工系統(tǒng)布置位置，避免石料場爆破對砂石加工系統(tǒng)產(chǎn)生破壞，考慮毛料運輸?shù)缆凡贾帽M量平緩，結(jié)合輝綠巖儲量高程范圍，確定石料場占地面積約20萬m2，開采最大高度約60m，無用料剝離厚度為15～25m，對應(yīng)無用層剝離量約370萬m3，剝采比0.86。輝綠巖石料分層開采高度為10～12m，分四層開采完成，每層設(shè)馬道寬度為3m，頂部覆蓋層剝離開挖坡比為1∶1.5，輝綠巖石料開采邊坡坡比為1∶0.3。

3 輝綠巖石料場開采

3.1 覆蓋層剝離及無用料剔除施工

蘇阿皮蒂石料場上部覆蓋層及無用料有：腐殖土、鐵帽層、粘土質(zhì)礫或含礫粘土、粉質(zhì)粘土或粘土。蘇阿皮蒂石料場在2016年4月完成規(guī)劃設(shè)計，開始無用料的剝離施工，石料場開采面積大，無用料剝離量也較大，計劃在2017年3月開始供應(yīng)毛料，2017年6月完成覆蓋層及無用料的剝離施工，剝離作業(yè)平均月強度為28.5萬m3。

腐殖土剝離采用SD22推土機直接推除，集中堆放在一起后采用反鏟或裝載機挖裝，自卸車運至1#渣場指定區(qū)域堆存，預(yù)留至后期做料場開采面地表環(huán)境恢復(fù)使用；鐵帽層采用鉆爆開挖，主要以松動爆破為主，根據(jù)不同高程處的鐵帽地質(zhì)特性差異，炸藥單耗取值為0.2～0.3kg/m3范圍內(nèi)，爆破后用反鏟挖裝并采用自卸車運至1#渣場棄渣；粘土質(zhì)礫或含礫粘土、粉質(zhì)粘土或粘土均可用反鏟直接挖除，按3～4m分層開挖，砂巖采用推土機配合反鏟直接挖裝，開挖棄渣料均運至1#渣場堆放。

3.2 毛料開采

石料場毛料開采采用自上而下分層梯段開挖，根據(jù)混凝土月生產(chǎn)強度推算砂石骨料加工強度，毛料開采高峰期強度按22萬m3/月設(shè)計，梯段分層高度按10～12m控制，爆破孔梯段高度均為12～14m，單次爆破面積為2000m2～3000m2。為了保證鉆孔爆破質(zhì)量和爆破后毛料塊度的均勻性，經(jīng)多次爆破試驗，最終確定采用深孔梯段擠壓爆破技術(shù)，采用大孔距、小排距、小孔徑、耦合裝藥與不耦合裝藥結(jié)構(gòu)相結(jié)合的爆破參數(shù)設(shè)計，因雨季受天氣影響混凝土澆筑量偏少，石料場采用超前爆破堆存毛料，為旱季高強骨料生產(chǎn)提供充足的毛料。同時，為保證每茬爆破后不對后部巖體產(chǎn)生破壞，每茬爆破區(qū)周邊孔均采用光面爆破保護。

表1 輝綠巖石料深孔梯段擠壓爆破參數(shù)表

4 輝綠巖石料開采管理

4.1 前期規(guī)劃管理

在前期石料場規(guī)劃階段，采用招標文件中技術(shù)條款提供的石料場地質(zhì)勘查結(jié)果進行規(guī)劃設(shè)計，因石料場所在區(qū)域?qū)儆谠脊嗄玖?，植被茂盛，為保證石料開采質(zhì)量，項目部進場后進行了二次勘探，發(fā)現(xiàn)石料場靠河側(cè)無用料厚度達43m，且揭露的輝綠巖厚度為15m，項目部及時調(diào)整規(guī)劃區(qū)域，將石料場向西邊偏移，開口方向調(diào)整為西側(cè)（即順河流方向），補充鉆孔勘探發(fā)現(xiàn)無用料厚度為15m～20m，輝綠巖厚度30m～43m，大大減少了無用料的剝離量和開采面積，開采后發(fā)現(xiàn)調(diào)整后的開采區(qū)域揭露石料完整，幾乎無夾層及層理密集帶。

4.2 毛料開采排水管理

石料場所在區(qū)域地貌上為低山丘陵區(qū)，自然坡度14°～20°。幾內(nèi)亞常年分雨季和旱季，基本是各半年，雨季雨量大且集中，持續(xù)時間長達半年之久，石料開采要經(jīng)歷3個雨季，為保證石料場開采邊坡穩(wěn)定和施工安全，需設(shè)置完整的排水系統(tǒng)。

石料場主要來水有：降雨、地表滲水、施工用水等，由于石料場所在山體較大，且高于河道，主要是做好地面降雨雨水排放及地表滲水引排。為此，首先在石料場開挖開口線5m外用反鏟挖2m寬1m深截水溝，且在開口附近堆砌1m高擋水墻，將地面降雨截斷引排至河道中，同時，加強排水溝的維護，雨季之前疏通排水溝，保證排水暢通；其次按開采面梯段高度預(yù)留馬道，做漿砌石排水溝引排地表滲水及邊坡降水；再次開采梯段大面按外地內(nèi)高控制，形成自然排水效果。

4.3 毛料質(zhì)量控制

毛料質(zhì)量是人工砂石骨料質(zhì)量的基礎(chǔ)，因蘇阿皮蒂人工砂石加工系統(tǒng)設(shè)計為干式生產(chǎn)工藝，對毛料質(zhì)量要求很高，需在石料開采過程中嚴格控制質(zhì)量。在實施過程中，石料場質(zhì)量控制的重點有：一是防止混料，二是控制毛料粒徑。

本工程石料場開采揭露輝綠巖巖體較完整，無夾層現(xiàn)象，防止混料的質(zhì)量控制就集中在無用料與石料的結(jié)合層及每個梯段運輸車輛通行道路上。主要采用在無用料開挖完成后，石料爆破鉆孔前，對工作面用反鏟和人工進行清理，經(jīng)項目部質(zhì)檢人員和監(jiān)理工程師驗收合格后方可開鉆。

本工程砂石加工系統(tǒng)粗碎鄂破的最大進料粒徑為820mm，為了保證設(shè)備正常可靠運行，石料場毛料粒徑控制在800mm以內(nèi)，爆破后超徑石控制在1.5%以內(nèi)。采取的具體措施有：一是通過爆破試驗，調(diào)整爆破參數(shù)，控制大塊率；二是在挖裝過程中，要求反鏟操作手負責超徑石的檢查，裝車前對毛料中超徑石進行挑選，單獨堆放，集中用破碎錘破碎或二次解爆；三是在毛料爆破后檢查毛料料堆表面的超徑石情況，發(fā)現(xiàn)集中超徑石立即進行二次解爆處理。

4.4 環(huán)境管理

旱季開挖施工因天氣炎熱，施工設(shè)備及車輛施工過程中產(chǎn)生的灰塵污染較重，采取人工對生產(chǎn)料及施工道路的灑水、降塵，有效的控制污染，保證生產(chǎn)料的合格。

4.5 工作面合理布局管理

根據(jù)設(shè)計規(guī)劃，結(jié)合石料場場結(jié)構(gòu)面測量調(diào)查結(jié)果，為滿足生產(chǎn)要求，剝離覆蓋層從南至北劃分兩個區(qū)域；有效開采量南北414米，東西260米，從東至西劃分3個開挖區(qū)域（A、B、C）。高度從▽196至▽155分三層，梯形漸進循環(huán)開挖。為了滿足生產(chǎn)要求，較少交叉作業(yè)，提高工作效率，采用梯形開挖的方式，按清理面-造孔面-裝藥面-挖運面四個工作循環(huán)施工，避免交叉作業(yè)，提高工作效率減少污染。四個工作循環(huán)在不同層面上同時進行，合理設(shè)計布置施工道路，同時加強施工道路維護，減少車輛進場時對施工面的污染同時提高生產(chǎn)效率，降低設(shè)備損耗。

4.6 爆破開采技術(shù)管理

針對爆破試驗階段開采出現(xiàn)大塊率偏大問題，采取如下技術(shù)優(yōu)化調(diào)整爆破參數(shù)，達到將大塊率控制在1.5%以下的成果：①調(diào)整或更換鉆孔設(shè)備，采用阿特拉斯T35液壓鉆造孔。②優(yōu)化爆破聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，在控制最大單響藥量的條件下，擴大單次爆破規(guī)模，降低粒徑超徑率，提高毛料的開采能力。③優(yōu)化爆破孔直徑（鉆孔直徑89mm），加快鉆進速度，達到耦合連續(xù)裝藥。④持續(xù)優(yōu)化調(diào)整鉆爆參數(shù)，提高開采效率。⑤周邊爆破孔采取緩沖爆破方式，以減免對周邊巖體的破壞。

4.7 爆破安全管理

為了避免爆破震動對砂石系統(tǒng)和臨近營區(qū)及附屬設(shè)施造成破壞，爆破最大單響控制在400kg以內(nèi)；爆破前，由安全管理人員對料場500m范圍外的各路口進行警戒；爆破前后，通過警報信號來傳遞信息（預(yù)報、警戒、起爆、解除警戒等4種信號）；在爆破過程中，在營地、臨建附屬設(shè)施區(qū)域安放爆破震動監(jiān)測儀（交博L20-S），通過數(shù)據(jù)分析來確定爆破震動對周邊建筑物影響程度。

另外，可通過無人機遙控技術(shù)來對料場周邊人員流動情況進行監(jiān)視，再次確保安全警戒線以內(nèi)無人員進入；在起爆瞬間，采用無人機觀察微差網(wǎng)絡(luò)爆破效果，以檢查連網(wǎng)效果及爆破拋石高度。

5 開采實施效果

本工程砂石骨料加工系統(tǒng)粗碎生產(chǎn)采用3臺C150顎式破碎機，經(jīng)輝綠巖石料場合理規(guī)劃和科學管理，具備規(guī)?；a(chǎn)能力，毛料粒徑在50～400mm的開采石料占比達到80%以上，采用45t包頭自卸車運至粗碎料倉后，單車破碎時間由初期7分鐘/車降至3分鐘/車，粗碎生產(chǎn)能力得以顯著提高。

6 結(jié)語

通過輝綠巖石料場毛料開采規(guī)劃設(shè)計和科學有效的開采管理實踐，減小無用料剝離工程量，有效節(jié)省施工成本，并對于硬度大、強度高的輝綠巖毛料開采，使毛料大塊率由12%降至1.5%左右，且毛料利用率達到98%，既提高了開采效率，也降低了開采成本，同時增大了砂石加工的粗碎生產(chǎn)能力。石料場經(jīng)過兩年半開采管理，毛料開采累計320萬m3，為主體混凝土施工提供了保障，且取得一定的經(jīng)濟效益，值得類似工程借鑒。