露天煤礦剝離工程施工安全關(guān)鍵技術(shù)研究

顧曉君

（中鐵十九局集團(tuán)第一工程有限公司，遼寧 遼陽 111000）

露天煤礦開采施工過程中需按照各項(xiàng)政策、環(huán)保要求及其他要求進(jìn)行籌劃布局，采取各種技術(shù)手段、先進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新及設(shè)備等，以此保障施工安全和質(zhì)量。露天煤礦剝離工程涉及到采裝、運(yùn)輸、排棄及道路設(shè)計(jì)維保、排水設(shè)置、特殊地層處理等各項(xiàng)工序工作，工序繁多、風(fēng)險(xiǎn)較多，采取科學(xué)有效的施工方案、信息化科技手段及成套的安全管控制度，嚴(yán)防各類安全事故發(fā)生。

1 工程概況

1.1 工程簡介

內(nèi)蒙古白音華蒙東露天剝離工程，項(xiàng)目總剝離工程量共計(jì)3 250 萬m3，包括剝離物（矸石）的采裝、運(yùn)輸、排棄。附屬工程包括道路養(yǎng)護(hù)、排土場整形、排土場到界邊坡削坡（25°以下）、排土場覆土、表土單堆單放、凍層凍頂處理、工作面及排土場整理、工作面及排土場排水、運(yùn)輸?shù)缆沸拗S護(hù)、灑落剝離物料清理及灑水降塵、安全設(shè)施構(gòu)筑、安全及道路標(biāo)識(shí)設(shè)立、采場作業(yè)面防滅火、冬雨季及特殊條件下施工、黏土粘車廂處理、駐地檢修區(qū)建設(shè)、環(huán)保設(shè)施工程的施工準(zhǔn)備、施工及維護(hù)和撬式加油站點(diǎn)建設(shè)等工程工作。

1.2 地質(zhì)水文

1.2.1 工程地質(zhì)

根據(jù)本露天區(qū)煤層賦存的實(shí)際條件，將區(qū)內(nèi)巖層按巖組及開采深度劃分為3 段：新近系以上、新近系底板至3 煤組底板及3 煤組底板以下50 m。

1）新近系底板至3 煤組底板巖性組合及物理力學(xué)性質(zhì)。本層段地層主要由泥巖（碳質(zhì)泥巖）、砂巖（粗、中、細(xì)、粉）和煤層組成。該層段巖性組合見表1。

表1 新近系底板至3 煤組底板巖性組合統(tǒng)計(jì)表 m

2）硬巖的分布與巖性特征。本區(qū)硬巖（R＞15 MPa）層一般多出現(xiàn)在3 煤組-1#煤底板與3 煤組-2#煤頂板之間，其表現(xiàn)特征是致密、堅(jiān)硬、捶擊聲響，且多以細(xì)粒為主，抗壓強(qiáng)度15～45.1 MPa。

3）煤層的強(qiáng)度。煤層約占地層厚度的15%～20%，煤層的抗壓強(qiáng)度值在2.81～40.86 MPa，其中強(qiáng)度值應(yīng)屬中硬巖類。

1.2.2 水文地質(zhì)

本區(qū)地下水的形成，主要受地層、地貌、水文地質(zhì)及氣候條件等因素控制和影響，不同類型地下水的形成條件、富水性及水化學(xué)特征不盡相同。勘查顯示：區(qū)內(nèi)主要分布有第四系松散巖類孔隙潛水，基巖裂隙水和煤系孔隙裂隙水，其中基巖裂隙水和煤系孔隙裂隙水富水性較差。

1.3 工程特點(diǎn)及難點(diǎn)

地表第四系含水且松軟，給施工作業(yè)帶來相應(yīng)困難；采場和排土場出現(xiàn)裂痕有滑坡跡象；環(huán)保要求質(zhì)量較高。黏土層：開挖容易造成邊坡失穩(wěn)，雨季造成車輛運(yùn)輸?shù)缆窛窕菀壮霈F(xiàn)行車安全事故，卸載時(shí)容易車廂粘土。

2 剝離工程施工方法及施工技術(shù)

2.1 剝離工程施工方法

配置能力匹配的大斗容挖掘機(jī)（7 m3）采裝及大噸位自卸汽車運(yùn)排，輔助大功率推土機(jī)平整地表土、裂較硬軟巖、集土、場地整平碾壓。同時(shí)配備專業(yè)人員進(jìn)行機(jī)械設(shè)備維修、道路養(yǎng)護(hù)。排土場采用大功率推土機(jī)平整壓實(shí)，排土平盤邊幫、平整度、標(biāo)高達(dá)到設(shè)計(jì)要求。挖掘機(jī)和裝載機(jī)協(xié)同作業(yè)修建田字格及安全擋墻；推土機(jī)、裝載機(jī)協(xié)同作業(yè)修建標(biāo)準(zhǔn)反坡。

采剝方法采用傳統(tǒng)的開采工藝即單斗-卡車運(yùn)輸工藝，采用自上而下分臺(tái)階緩幫開采的方法，液壓反鏟分層開挖下裝車或者平裝車。施工應(yīng)做到整體擴(kuò)幫，使采場均衡協(xié)調(diào)、有序推進(jìn)。

2.2 剝離工程施工技術(shù)

2.2.1 采裝施工技術(shù)

1）分層剝離按照從上至下的原則，分平盤多工作面開挖，每個(gè)平盤高度12 m，分4 次開挖完成，先施工高處作業(yè)平盤，然后逐級降低高程。剝離方式按“橫向分層、縱向分段、兩段同步、階梯掘進(jìn)”的原則進(jìn)行。當(dāng)多個(gè)作業(yè)平盤同時(shí)施工時(shí)，平盤寬度宜不小于40 m；同一作業(yè)平臺(tái)上相鄰2 個(gè)挖掘機(jī)距離不應(yīng)低于50 m。

每臺(tái)采裝設(shè)備配有獨(dú)立的工作區(qū)間，當(dāng)剝離強(qiáng)度增大且采裝空間緊張時(shí)，可采取2 臺(tái)采裝設(shè)備在一個(gè)工作區(qū)間工作。但2 臺(tái)采裝設(shè)備不應(yīng)互相干擾。采掘作業(yè)方式如圖1 所示。

圖1 采掘作業(yè)方式示意圖（一）

方法一：臺(tái)階高度3 m，采用單臺(tái)階、液壓反鏟后退式下挖、下裝車作業(yè)，物料直接由液壓反鏟回轉(zhuǎn)卸在自卸卡車廂斗內(nèi)，通過礦山運(yùn)輸?shù)缆愤\(yùn)至排土場。

方法二：臺(tái)階高度6 m，液壓反鏟采用上下組合臺(tái)階作業(yè)，上挖3 m，下挖3 m。2 個(gè)6 m 臺(tái)階最終并段形成12 m 作業(yè)臺(tái)階，物料直接由液壓反鏟回轉(zhuǎn)卸在自卸卡車廂斗內(nèi)，通過礦山運(yùn)輸?shù)缆愤\(yùn)至棄土場。采掘作業(yè)方式如圖2 所示。

圖2 采掘作業(yè)方式示意圖（二）

2）采裝施工要嚴(yán)格按照規(guī)范及設(shè)計(jì)施工，其主要技術(shù)參數(shù)詳見表2。

表2 主要技術(shù)參數(shù)表

3）采裝作業(yè)措施：①勺斗容積和物料塊度一定要與汽車載重相適應(yīng)。②單面裝車作業(yè)，在挖掘機(jī)裝車前，挖掘機(jī)駕駛員示意車輛可以進(jìn)入，待車輛行駛至裝車地點(diǎn)停車后；兩面裝的時(shí)候，車頭裝的時(shí)候，車可以提前到裝車的位置，后面裝的時(shí)候，用挖掘機(jī)斗把車指引到裝車的位置。③汽車出入采掘工作場地時(shí)，汽車距離挖掘機(jī)在下列范圍內(nèi)挖掘機(jī)不得回轉(zhuǎn)，出車為20 m，進(jìn)車為30 m。④要保證裝車質(zhì)量，不得偏裝一側(cè)，要做到四角平衡，并按核定數(shù)量裝車。⑤裝車時(shí)嚴(yán)禁勺斗從汽車駕駛室上方越過。

2.2.2 道路運(yùn)輸施工技術(shù)

運(yùn)輸車輛采用額定載重65 t 自卸車88 臺(tái)。挖機(jī)裝車完畢，經(jīng)檢測滿足安全行駛要求后即可向排土場運(yùn)輸，運(yùn)輸時(shí)車輛速度不要大于30 km/h，拐彎時(shí)車速不得大于15 km/h；車輛前后間距不要太近；道路會(huì)合或者分叉路口要設(shè)置警示標(biāo)志以及指路標(biāo)志；在路口會(huì)車時(shí)，空車讓重車先行；倒土?xí)r不要過快，防止車體因重心后移而使車體反轉(zhuǎn)、傾覆；每次倒土完畢，車斗完全復(fù)位后方可駛離排土場；尤其應(yīng)該注意的是在能見度不足30 m 的情況下一定要停止作業(yè)。

在露天礦坑工作區(qū)周圍、臺(tái)階聯(lián)絡(luò)道和礦巖道路的兩側(cè)、排棄場的頂部以及在其他車輛運(yùn)行或有潛在危險(xiǎn)的區(qū)域，要用適合的土料修建安全擋墻，計(jì)劃配置1 臺(tái)挖掘機(jī)、1 臺(tái)裝載機(jī)進(jìn)行擋墻修筑。頂部寬度不應(yīng)小于1 m、高度不應(yīng)小于1 m，邊坡坡度為1∶1 修筑擋墻。安全擋墻現(xiàn)場施工圖如圖3 所示。

圖3 安全擋墻現(xiàn)場施工圖

2.2.3 排土施工技術(shù)

排土方式采用推土機(jī)沿廢石場邊緣縱向排土，配置3 臺(tái)排土設(shè)備，當(dāng)推土機(jī)用于工作面整理時(shí)由裝載機(jī)臨時(shí)替補(bǔ)。棄土場采用自卸汽車加推土機(jī)的聯(lián)合排放，采用自下而上覆蓋式排土工藝、多臺(tái)階堆存的方式。

排土?xí)r由自卸卡車將廢土石翻卸至排土線上，再由推土機(jī)/前裝機(jī)推至排土線下，推土機(jī)/前裝機(jī)在向下推土的過程中要求留有3%的反坡，為保證卡車安全作業(yè)，要求沿排土線修筑安全土擋，土擋高度要求不小于汽車輪胎直徑的2/5，底寬不小于2.5 m。

當(dāng)排棄物料含水量較少、邊坡穩(wěn)定性較好時(shí)采用邊緣排土，當(dāng)排棄物料含水量較大、邊坡穩(wěn)定性較差、不適合邊緣排土?xí)r采用場地排土。

排土場為外排土場。排土臺(tái)階段高為20 m；排土臺(tái)階坡面α=33°；最小工作平盤寬度90 m；以水平方式進(jìn)行條帶排棄，排土方式采用邊緣排土與場地排土相結(jié)合。

2.2.4 疏干排水施工技術(shù)

1）采掘場防排水。根據(jù)水源來源方式防排水方案如下：地表徑流采取在生活區(qū)及開采境界外設(shè)置截洪溝，攔截地表徑流、防止匯入到采場、設(shè)置排水明渠導(dǎo)流出境界線外；或者是在采場最低水平設(shè)置集水坑安裝水泵抽取外排。

2）棄土場防排水。當(dāng)發(fā)生暴雨時(shí)，在棄土場表面會(huì)形成徑流，在棄土場排土?xí)r修設(shè)不小于3%～5%的排水坡度，將地表徑流引入棄土場周圍的截水溝；由于棄土場堆填物料以松散材料為主，因此部分降雨會(huì)滲入棄土場內(nèi)，在排土過程中將大塊巖石排棄在底層形成滲流通道將水引至廢石場下方的沖溝內(nèi)；而棄土場外圍的地表徑流，可自行流入到?jīng)_溝內(nèi)。

3）運(yùn)輸?shù)缆贩琅潘?。運(yùn)輸?shù)缆贩琅潘疄榈缆窓M坡兩側(cè)做3%的坡度，在兩側(cè)制作M7.5 漿砌石梯形結(jié)構(gòu)排水溝，上口寬80 cm，下口寬40 cm，深50 cm，底板、側(cè)墻厚30 cm。

2.2.5 邊坡防護(hù)施工技術(shù)

1）常規(guī)施工：常規(guī)開挖是隨著臺(tái)階開挖全段分層刷坡、裝車。個(gè)別少量不到位的部位采取破碎錘清理，而后開挖、修整到設(shè)計(jì)位置。

2）分層采裝：邊坡質(zhì)量要求較高時(shí)（如永久邊坡），邊坡可采用分層刷坡施工。

考慮到工期較長，配置邊坡雷達(dá)檢測儀進(jìn)行檢測，同時(shí)利用自主發(fā)明的“一種邊坡巖體監(jiān)測系統(tǒng)”實(shí)用性國家專利進(jìn)行邊坡研究，確保邊坡隨時(shí)處于監(jiān)測范圍內(nèi)。

2.3 剝離工程施工安全關(guān)鍵技術(shù)

2.3.1 黏土層開挖

黏土層開挖時(shí)容易形成邊坡不穩(wěn)定，所以開挖時(shí)注意以下幾點(diǎn)。

1）基底有足夠的坡度，邊坡坡度按設(shè)計(jì)要求放坡，如果沒有設(shè)計(jì)要求執(zhí)行規(guī)范要求，避免隨意切割坡腳。

2）做好地質(zhì)勘查、施工現(xiàn)場勘查工作。

3）邊坡附近不允許行車、排水溝應(yīng)靠臺(tái)階內(nèi)側(cè)。

4）挖裝過程中，反鏟的挖裝平臺(tái)在靠近石渣面留有適當(dāng)?shù)木彌_溝，確保石渣滑落時(shí)不會(huì)滾至挖裝平臺(tái)上。

2.3.2 黏土層道路維護(hù)

黏土層下雨容易造成車輛打滑，所以黏土層道路上鋪設(shè)50 cm 厚山皮石，使用壓路機(jī)壓實(shí)，并對道路經(jīng)常進(jìn)行維修，保持平整。

2.3.3 黏土卸載

黏土裝箱時(shí)，容易造成與車廂的粘連，采用在車廂內(nèi)鋪設(shè)PVC 塑料板方法，防止黏土粘連。

2.3.4 煤頂板施工

施工至煤頂板范圍時(shí)，采用小型機(jī)械施工，防止煤土混合造成煤炭污染。

1）進(jìn)入煤頂板層時(shí)，安排有經(jīng)驗(yàn)的負(fù)責(zé)人，進(jìn)行專門指揮作業(yè)，遇到煤層時(shí)放緩速度。

2）配備清理挖機(jī)，在裝土挖機(jī)大面積進(jìn)行挖除后，再配備小型挖機(jī)在后面進(jìn)行清理，小型卡車裝載清運(yùn)，清除至煤層后通知業(yè)主進(jìn)行驗(yàn)收。

2.3.5 出水層施工

1）防排水設(shè)計(jì)應(yīng)為礦山總體設(shè)計(jì)的一部分，與礦山總體設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行。

2）樹立“以防為主，防排結(jié)合”的原則。

3）工程技術(shù)人員在施工前要針對防排水進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，在施工過程中要做好監(jiān)測、預(yù)測和預(yù)報(bào)工作。

4）各項(xiàng)工作嚴(yán)格落實(shí)到人，做到各負(fù)其責(zé)。

5）摸清礦區(qū)及附近地表水流系統(tǒng)及匯水面積、河道溝渠匯水情況、疏水能力、積水區(qū)及水利工程現(xiàn)狀及規(guī)劃，以及當(dāng)?shù)厝兆畲蠼涤炅?、歷年最高洪水位等情況，建立健全防水排水系統(tǒng)，并結(jié)合礦區(qū)特點(diǎn)，切實(shí)做到防患于未然。

6）出水層水流視地形設(shè)置排水溝和集水井，無法排出部分，使用抽水泵進(jìn)行排水。

7）每年雨季前，應(yīng)由項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人組織一次防水檢查，并編制防水計(jì)劃，并在雨季來臨前完成防水預(yù)防工作。

8）地面排水系統(tǒng)要設(shè)置合理，攔截水不要流入采煤區(qū)。排水設(shè)備、設(shè)施能力應(yīng)滿足排水要求。

9）采場的總出入溝、平硐口、排水井口和工業(yè)場地的防洪措施要滿足安全要求。

10）當(dāng)防排水情況出現(xiàn)變化時(shí)，要進(jìn)行相應(yīng)的變化管理程序，變化影響的信息應(yīng)得到充分更新。

11）對出水層邊坡進(jìn)行測量沉降觀測，防止流水造成邊坡失穩(wěn)坍塌。

3 結(jié)束語

露天煤礦剝離工程看似難度不大，實(shí)際是一項(xiàng)系統(tǒng)性的技術(shù)工作，施工安全尤為重要，針對關(guān)鍵部位、難點(diǎn)，需要制定專項(xiàng)的技術(shù)措施，以此來保障施工進(jìn)度、效益及質(zhì)量。因此，更要在既有施工經(jīng)驗(yàn)上優(yōu)化，認(rèn)真科研施工技術(shù)，保障施工安全。