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1、露天煤矿土石方剥离施工工法1 前言1.1工艺工法概况为了满足我国国民经济迅速发展的需要，当矿床赋存条件对开采方式不限制时，应首先采用露天开采。露天开采比地下开采更易于应用大型生产设备，从而扩大企业的生产能力，提高劳动生产率，缩短基建时间，降低开采成本，提高经济效益。随着生产设备不断改进，露天矿土石方剥离技术不断成熟，其施工机械化程度和生产效率也得到显著提高。中铁一局四公司在北联电铧尖矿建工程项目中参与施工，快速、高效、高质量的完成任务，取得较好的经济效益和社会效益。在施工中不断总结、提高，形成本工法。1.2工艺原理 露天煤矿土石方剥离原理是把煤层上面的岩土与煤层剥离开，将岩土用卡车运到排土场进
2、行排弃，使煤层外露后进行开采，并依次向前推进。2 工艺工法特点2.1施工设备配套简单，工艺易操作，易推广，集中强化开采，速度快。2.2工艺流程清晰，容易操作和掌握，质量容易控制，在施工机具充足的条件下可分段施工，不受场地限制，能够加快施工速度。2.3施工空间大，可以引入大型施工机械多作业面平行施工，工效高。2.4在地质结构复杂多变的露天矿土石方剥离过程中，便于及时的调整施工方法，进度稳定，工期保障性强。3 适用范围本工法适用于任意地形条件的露天矿，并且采用自卸汽车运输，运距不超过3公里，修建铁路不经济，要求分采、分运的露天矿。4 主要引用标准露天煤矿土石方剥离施工主要遵循引用的规范如下：露天煤
3、矿工程设计规范（GB50197-94）；露天煤矿工程施工及验收规范（GB50175-93）；设计图纸、合同文件的相关要求。5 施工方法露天煤矿土石方剥离是按照设计要求采用大型设备挖掘、爆破等手段把覆盖在煤层上面的土层、岩石等覆盖层根据不同厚度分层与煤层剥离开，将土层、岩石等剥离物用大型装载运输设备运到排土场进行排弃（称之为外排），使煤层外露后进行开采，并依次向前推进。对于大型露天煤矿分期施工的，前期剥离完成的露天煤矿后面紧跟进行煤矿开采，将后期开发煤层的剥离物排弃至开采完的煤坑内（称之为内排）。6 工艺流程及操作要点6.1 工艺流程露天煤矿土石方剥离被剥离物若为土层，施工流程较为简单，即主要挖
4、掘采装、运输排土；若被剥离物为岩石，则其主要施工工艺过程增加了爆破作业，包括穿孔、爆破、采装、运输排土等工序。防排水等辅助工序也是在各个主要生产工艺中需要考虑的问题。由于公路无轨运输是露天矿剥离工程最常见的开拓方式，所以一般采用单斗挖掘机配合汽车运输工艺进行土石方剥离。图6.1 露天矿土石剥离施工工艺流程图6.2 操作要点6.2.1 剥离施工准备露天煤矿土石方剥离施工可分为采剥、运输、排土、后勤保障与辅助施工四大系统，四大系统相辅相成，相互依存，缺一不可。各系统施工要点概括为：采剥系统：帮齐底平，减少干扰；运输系统：安全有效，运输顺畅；排土系统：排土有序，现场受控；后勤保障和辅助系统：保障有力
5、，服务到位。图6.2 露天矿土石剥离施工系统关系图同时，露天煤矿土石方剥离的施工组织要点总结如下：1 施工应遵循先易后难的顺序，突出初期效益，首先施工综合运距小，生产机具布置容易的地段。2 尽可能利用现场实际条件，合理进行施工组织设计，以便于采区衔接，有利于后续工程的施工。6.2.2 四大施工系统主要准备内容1 采剥系统工作内容：掘沟位置选择，机械型号数量，平盘划分，台阶宽度、高度确定，边坡管理，工程数量控制等（土石方数量界定）。石方爆破：穿孔、炸药运输、炸药现场临时保管、装药、起爆、炸药退库等。2 运输系统工作内容：主干道位置选择，采区道路选择，排土场道路，道路标准（宽度、坡度），道路标识、
6、标志（分夜间和白天），运输设备选择等等3 排土系统工作内容：推土设备选择，排土台阶高度确定，排土场台阶数量确定，倒车指挥人员数量等 4 后勤保障和辅助系统工作内容：驻地建设，油料供应，设备修理，便道维护，人员生活供给，车辆救援，人员疾病工伤救援等。6.2.3 采掘采掘采用挖掘机按照自上而下的顺序分台阶进行。由于挖掘机配合汽车运输工艺具有高度机动性，能充分发挥挖掘机的效率，同时挖掘机在工作面的自由度较大，有利于回采和分运，能适用于各种开采程序的要求，属于间断作业的开采工艺，整个工艺系统效率的发挥，受各生产环节的制约。故在施工过程中应注意挖掘机配合汽车运输工艺的工作面参数：1 台阶高度（h）台阶高
7、度主要决定于挖掘机工作参数、矿岩性质、运输条件等。挖掘机配合汽车运输工艺的采装方式一般均为平装车。对于不需要爆破直接挖掘的软岩工作面为了保证斗满，台阶高度不应小于挖掘机推压轴高度的2/3；为了保证安全，台阶高度不应大于挖掘机最大挖掘高度，即：H2/3Ht hH.式中：h台阶高度，m；Ht挖掘机推压轴高度，m；H. 挖掘机最大挖掘高度，m。在采掘坚硬矿岩的爆堆时，爆堆的高度一般不应大于挖掘机最大挖掘高度。但当爆破后的矿岩破碎比较均匀、无黏结性时，爆堆高度可以是挖掘机最大挖掘高度的1.21.3倍。台阶高度与爆堆高度之间的关系，与被爆破矿岩的性质和爆破方法有关，通常采用经验公式：h= KB hKB
8、H.式中：h爆堆高度，mKB与矿岩性质和爆堆性质有关的系数。h 台阶高度，m；北联电铧尖矿建项石方采用松动爆破，松动爆破的爆堆，（这句话是不是没表达完）KB =1.11.5。2 采掘带宽度（A）1）松软矿岩采掘带宽度在采掘松软矿岩时，不需要进行爆破，采掘带宽度可按下式确定：A=（1.01.7）Rwz式中 Rwz 挖掘机站立水平挖掘半径，m； A 采掘带宽度，m。2）坚硬矿岩采掘带宽度在采掘经爆破的矿岩时，若采掘带过小，会使挖掘机移动频繁，作业时间减少，从而使挖掘机生产效率降低；若采掘带过宽，挖掘机不做横向移动时会使采掘带边缘满斗程度降低，残留物增多。由于挖掘机和汽车的相对位置比较灵活，故采掘带
9、宽度可根据实际情况适当变化。例如北联电矿建工程施工采用斗容为1.84m3的挖掘机时，挖掘机采掘带宽度最小可取59m，一般为12m左右。为了加大采掘带宽度，挖掘机可作“之”字形移动。当增大矿岩爆破量，使挖掘带宽度达4060m或更大时，挖掘机可横向采掘。3 最小工作平盘宽度（Bmin）台阶工作平盘是进行采装运输作业的场地。保持必要的工作平盘宽度，是保证上下台阶之间正常进行开采工作的必要条件。工作平盘宽度取决于爆堆宽度、运输设备规格和调车方式以及动力管线的配置方式等。最小工作平盘宽度，是指布置采掘运输设备和正常作业的最小宽度。铧尖露天煤矿根据现场实际情况主要采用直进运输方式，保证了工作效率，同时采场
10、布局整齐，保证了文明施工。汽车运输时最小工作平盘宽度（Bmin）按下式计算：Bmin=b+c+d+e+f+g 式中：b爆堆宽度； c爆堆坡底线至汽车边缘的距离； d车辆运行宽度（与调车方式有关）； e线路外侧至动力电杆的距离； f 动力电杆至台阶稳定边界线的距离，一般34m； g安全宽度。图6.2.3 汽车运输最小工作平盘宽度4 采区长度（L）采取长度就是将工作台阶划归一台挖掘机作业的那部分工作线长度。采取长度的确定，需要考虑的因素有挖掘机的生产能力，爆破和采装的配合，各台阶水平工作线长度，台阶的计划开采强度以及运输方式等。其最小长度应满足挖掘机的正常作业，并且使爆破区段的一次爆破量保证挖掘机
11、有510昼夜的装载量，并且满足运输调车的要求。由于汽车运输时各生产工艺环节之间配合灵活，采区长度可以缩短，每个工作台阶挖掘机工作台数可达23台。但是在实践中，除了加强某一水平的开采强度而多设置挖掘机外，一般在一个台阶上只配置12台挖掘机作业。采区最小长度为100150m150250m之间。在北联电铧尖露天煤矿土石方剥离工程中，实际工作线长度为100150m，一个台阶上配备2台360型挖掘机。6.2.4 运输根据露天开采的地形条件、采掘场平面尺寸和开采深度，公路运输开采坑线的布置形式有3种，根据现场实际情况在相应标高处设有出入口通往各开采水平平盘，按照采矿工艺要求及地形状况，单独使用，或联合使用
12、。因为不同运输条件下，随着露天矿开采深度的增加，运距加长，汽车运输综合效率降低，经济合理的开采深度，普通自卸汽车不大于120m。铧尖露天煤矿采掘最大深度为70m，综合采用了以下3种运输方法，实践证明，此开采方式技术可行、经济合理。1 回返坑线开采回返式坑线开采如（图6.2.4-1）所示，汽车在坑线上运行时，需要经过一定曲率半径的回头曲线改变运行方向，才能到达相应的工作水平。图6.2.4-1 回返坑线开采示意图2 螺旋坑线开采 螺旋坑线开采是将运输沟道沿露天矿场四周边帮盘旋布置（图6.2.4-2）。汽车在坑线上直进行驶，不需经常改变运行速度。螺旋坑线的转弯半径大，司机的视野好，线路通过能力大。图
13、6.2.4-2 螺旋坑线开采示意图3 联合坑线开采 采场上部用回返坑线开采，随着开采深度的下降采场平面尺寸减小，当汽车不能回返运行时，改用螺旋坑线开采（图6.2.4-3）。图6.2.4-3 回返坑线与螺旋坑线联合布置开采示意图4 地面运输道路采场至外排土场道路采用三级路标准修建往复式四车道干道，出入口宽30m，路面宽20m，路面向两侧排水呈2的横坡，纵坡0.5，便道填土路堤边坡坡度为1:1.5,每层填高虚铺不超过50cm,层层经压实，填筑材料为采场中剥离的土、石方，土和石分层、分段填筑，路面下0.8m填筑采场中剥离碎石形成。施工期间，经常对施工道路进行维修，同时现场准备足量的碎石，以备雨天时修
14、筑道路，确保晴雨畅通。6.2.5 排土合理选择排土场位置、改进排土工艺和提高排土工作效率，关系着运输和排土的技术经济效果。1 覆盖式多台阶排土场北联电矿建工程排土场属于多台阶覆盖式排土（如图6.2.5-1），由下而上水平分层覆盖，采用边缘式倾倒法，汽车直接向排土场边缘卸载，或距边沿3-5m卸载，由装载机排弃和平场。多台阶覆盖式排土场的特点是按一定台阶高度的水平分层由下而上，逐层堆置，也可几个台阶同时进行覆盖式排土，而保持下一台阶超前一段安全距离。图6.2.5-1 多台阶覆盖式排土场但是这种集中型多台阶排土场的缺点是：随着采场剥离台阶的下降，排土场的堆置标高逐渐上升，采场上部台阶的岩土运距较远，
15、是重车下坡运输，而深部水平的岩土运出采场后往往是重车上坡运输到排土场，使得排土成本较高。为此我们根据地形条件采用适当分散的办法，选择上、中、下若干分散的排土场，在总体上达到上土上排和下土下排的目的，但仍按自下而上多台阶排土顺序。2 装载机配合汽车排土工艺装载机配合汽车排土工艺适合任何地形条件，可堆置山坡型和平原型排土场。装载机配合汽车排土时，装载机用于推排岩土、平整场地、堆置安全车挡，其工作效率主要决定于平台上的岩土残留量。当汽车直接向边坡翻卸时，80%以上的岩土借助自重滑移到坡下，由装载机平场地并将部分残留矿岩堆成安全车挡。当排弃的是松软岩土，台阶高度大，或因雨水影响排土场变形严重，汽车直接向边坡翻卸不安全时，可以在距坡顶线57m处卸载，全部岩土由装载机排至坡下，这样就大大增加了装载机的工作量，增加了排土费用。3 排土场最小工作平盘宽度排土场最小工作平盘宽度，应以安全生产为前提，在保证上下台阶互不影响工作及有效利用空间的原
