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

茍 強(qiáng)

（廣元海螺水泥有限責(zé)任公司，四川 廣元 628000）

礦石運(yùn)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(yùn)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(yùn)輸成本的50%～60%[1-2]，而運(yùn)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(yùn)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(yáng)塵大小[3-5]。因此，提高露天礦山運(yùn)礦道路質(zhì)量對于提升礦山運(yùn)輸效率、降低礦石運(yùn)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(yùn)礦道路為例，在分析礦山運(yùn)礦道路現(xiàn)狀以及道路質(zhì)量對礦車運(yùn)輸、安全環(huán)保、道路維護(hù)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(jìn)行改造施工，從而進(jìn)一步規(guī)范礦山道路修筑工藝，提升運(yùn)輸?shù)缆愤\(yùn)輸效率，降低礦山運(yùn)輸成本。

1 五栗子石灰?guī)r礦運(yùn)礦道路現(xiàn)狀

四川廣元五栗子石灰?guī)r礦運(yùn)礦道路按照露天礦山三級道路標(biāo)準(zhǔn)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(yùn)礦道路全長約7 km，垂直高差320 m，道路養(yǎng)護(hù)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(dá)10 年，日常養(yǎng)護(hù)方法采用修補(bǔ)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(yùn)礦道路采用爆破路基原巖修筑，即按照運(yùn)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(jìn)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(yùn)輸效率低、安全環(huán)保管理風(fēng)險大、道路維護(hù)難等問題。五栗子石灰?guī)r礦運(yùn)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(yùn)礦道路質(zhì)量差，運(yùn)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(yán)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(jìn)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(yùn)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(yùn)輸效率，增加柴油消耗。

4）工作條件惡化，運(yùn)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(yáng)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(yáng)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(hù)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(qiáng)度增加的依據(jù)。水穩(wěn)層道路具有較高強(qiáng)度，并且強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度可達(dá)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(yùn)礦道路大修整體方案，采用DM50 潛孔鉆機(jī)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(jī)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(dāng)調(diào)整穿爆高度并進(jìn)行開挖壓實。

路面穿爆參數(shù)如下：

1）炮孔孔徑。運(yùn)礦道路穿孔設(shè)備采用液壓潛孔鉆機(jī)，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(jìn)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(dāng)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(yùn)礦道路大修進(jìn)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(jī)破碎后的石灰石物料（粒徑0～90 mm）在道路基層上進(jìn)行修墊，高度為300 mm，隨后采用RS6260 型壓路機(jī)充分碾壓并進(jìn)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(yùn)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(jìn)行混合，為最佳使用混合比例，它們經(jīng)混合并充分淋水?dāng)嚢杈鶆蚝笾苯邮褂?；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(hù)。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(jī)進(jìn)行初步攤鋪，再使用G9220 型平地機(jī)調(diào)整，RS6260 型壓路機(jī)碾壓，進(jìn)過多次碾壓、平整達(dá)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(dá)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(dá)到硬化效果的同時提高道路使用壽命。基于水穩(wěn)層施工工藝的運(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yáng)塵物；④路面清理簡單，日常采用G9220 型平地機(jī)進(jìn)行輕微清理路面揚(yáng)塵物即可。

通過歷時1 年的運(yùn)礦道路升級改造工作，四川廣元五栗子石灰?guī)r礦運(yùn)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(yùn)營費用降低25%～30%。水穩(wěn)層運(yùn)礦道路為礦山帶來了顯著的經(jīng)濟(jì)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(yùn)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(yùn)輸?shù)缆沸蘼窐?biāo)準(zhǔn)、養(yǎng)護(hù)質(zhì)量以及運(yùn)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(hù)成本，道路揚(yáng)塵減少明顯，為企業(yè)創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和安全環(huán)保效益。