淺析復雜地形地質條件下露天礦山采剝方式的探索與實踐

譚明洪，羅正華，趙 琛

（云南華聯鋅銦股份有限公司，云南 文山 663701）

銅街-曼家寨露天采場（以下稱銅曼采場）為山坡露天礦，礦區面積2.8km2。采場東幫區域巖性以片巖為主，局部矽卡巖，巖層破碎，部分邊坡與F0 斷層面交匯，邊坡整體穩定性較差，因小范圍的錯動、滑移，致1275m 以上區域形成了大段高的“一面坡”；且采場東西兩幫上部覆蓋較厚的浮土層，表層風化程度高，地質復雜，地形狹窄，施工條件極為不利。一方面制約采場的安全生產，另一方面也限制了露天境界的擴幫工程。

現目前銅-曼露天礦山采剝施工采用傳統的條帶式逐臺階推進的方式，對于工作平盤較寬，工況條件較好的區域，該種方法可大幅度提高設備的生產效率。但針對銅-曼露天礦山局部地形地質條件復雜的高陡邊坡區域，因其尚無配套完善的開拓運輸道路，大型設備無法直達施工作業面，傳統的條帶式逐臺階推進采剝施工方式已不適用。為降低礦山安全生產風險，減輕邊坡安全隱患及礦山欠剝工程對礦山生產的不利影響。礦山技術人員通過大量實地勘查和收集相關資料后，決定自行探索一種新的施工方法，以解當前問題。

1 工程概況

東幫邊坡處于F0 斷層上盤、F1 斷層下盤，分布地層以∈2t2-1 為主，上部為石英云母片巖夾少量薄層矽卡巖透鏡體，向深部過渡為中厚層狀細-粗晶方解石大理巖夾片巖，大理巖與片巖接觸部位，形成厚大似層狀矽卡巖，地表風化強烈，風化帶巖體結構類型為散體-碎裂結構，未分化巖體結構類型為層狀結構。

西幫出露地層主要為新寨巖組四巖段（Pt3x.4）：灰綠、淺灰、灰色二云片巖、綠泥片巖夾少量二云石英片巖、矽卡巖；新寨巖組五巖段（Pt3x.5）：灰綠、灰、淺灰色二云石英片巖夾少量二云片巖、矽卡巖；零星散布少量花崗斑巖體，整體巖性較為簡單，巖層主要為反傾，局部小斷層及節理巖體發育程度高，且無論在走向還是在傾向上都延伸很短，對邊坡穩定構成一定的影響。

2 施工方法概述

經對東、西幫整改區域進行初步地質調查，其表層均有約8 ～18m 厚度分布不均的強風化浮土層，無需爆破即可開挖，這給施工初始階段創造了有利條件。結合現狀地形地質條件，靈活的采用“挖機、推土機、礦用汽車”等設備以及“穿孔爆破、挖掘、鏟裝、運輸、推土”等組合式、多工藝聯合作業的方法進行剝離施工。按施工步驟順序分為以下四個階段：①，清理浮土層，擴寬工作面；②，平整工作面，集中裝運表層浮土；③，臺階拋擲爆破，拋擲爆堆的集中裝運；④，臺階松動爆破，條帶式剝離推進。具體如下。

2.1 清理浮土層和擴寬工作面

施工方法：在施工的初始階段，其表層浮土度大，地形狹窄，地勢陡，不具備鏟裝運輸設備直接作業的施工條件。宜采用1.6m3或4.5m3挖機先將表層浮土甩至下部區域，同時擴寬工作面，以便打開安全作業場地，如下圖1 所示。

圖1 挖機清理表層浮土作業示意圖

2.2 平整工作面和浮土集中清運

施工方法：待挖機將表層工作面擴寬后，采用推土機從上部逐層刮推剩余的浮土至下方集中堆積，同時在下方區域搭建裝載運輸聯道，安排鏟運設備將廢土集中清運。直至將表層強風化的浮土清理完成，并揭露出下層的硬質基巖，以滿足穿孔設備的安全施工條件，如下圖2 所示。

圖2 推土機清理表層浮土作業示意圖

2.3 臺階拋擲爆破和爆堆的集中清運

施工方法：待挖機和推土機將表層浮土清理完畢后，結合施工區域高邊坡、高臺階的地形條件，采用高臺階拋擲爆破的方法，直接將上部鏟裝運輸設備不便于規模化施工的廢土一次性爆破拋擲到指定的區域堆積，然后在下方安排鏟運設備完成集中清運。這種方法的施工特點是，可以大大的縮減施工周期，降低該區域廢土的剝離搬運成本，同時提高設備的勞動生產效率，如下圖3 所示。

圖3 拋擲爆破+集中清運作業示意圖

拋擲爆破工藝及參數：爆破區域炮孔設計孔深11m，超深1m，采用梅花形布孔，采用鉆孔直徑178mm 潛孔鉆機穿孔。設計主要以將30%巖土拋擲到下方指定區域集中堆積。設計采用連續裝藥結構，孔內選用數碼雷管12m 腳線，地表采用起爆母線連接，采用排間微差逐孔起爆網路。主要爆破參數見下表。

表1 弱拋擲爆破參數表

按照以上的爆破參數進行爆破，爆破后可將前排30%-40%的巖土拋擲到下部集中堆積，巖土松散性良好，滿足設備鏟裝要求。

2.4 臺階松動爆破和條帶式剝離推進

施工方法：隨著拋擲爆破施工區域臺階的下降以及采剝工作平盤寬度和工作線長度的增加。牙輪鉆、電鏟、礦用卡車等大型設備的安全施工條件得以保障，已經具備規模化剝離施工的必要條件。至該階段后，可采用傳統的條帶式逐臺階推進采剝施工方式，條件允許時可采用組合臺階尾隨式采剝工藝。這種施工方法的特點是，可以大大提高生產效率，極大地縮短區域整改施工周期。

3 具體實施及效果分析

3.1 具體實施方法簡述

在具體實施時采用的方法是：挖機甩土+推土機協助→拋擲爆破+上部挖機甩土+下部挖機裝運→傳統臺階穿爆+電鏟裝運→將甩方量集中清運至排土場。

以東幫區域施工為例，首先，用4.5m3挖機配合推土機將施工區域上部表土風化層甩至下部1230 平臺，以“甩+推”聯合作業的方式完成1350m 標高上部工程量；待1350m 標高平整后，通過拋擲爆破的方法將部分圍巖拋出，剩余量用4.5m3挖機進行裝運，同時再次擴寬工作面，并搭建運輸道路，最終滿足電鏟作業條件，最后，由電鏟進行統一清運。

3.2 實施效果分析

通過對銅曼采場東幫施工區域“挖機甩方+推土機推土”協同作業方式的跟蹤，對挖機以及推土機生產效率進行了長時間的跟蹤記錄，詳見下表2 所示。

表2 “甩+推”設備效率統計表

統計跟蹤數據發現，挖機在甩方過程中，由于不考慮裝車，挖機滿斗系數95%以上，一次甩方循環時間短，設備連續作業，生產效率提升較大；推土機在推排時，距離坡頂10m 位置推排效率最高，當距離每增加10m，單次推排方量下降5%。

這樣的生產組織方式充分發揮了各型設備的優點，①是挖機和推土機可以互補長短，相互協同；②是同時使4.5m3挖機的靈活性也得以體現，在不具備直接機械搬運的條件下，用“挖機甩+推土機推”的方式將地形復雜的施工區域快速形成一定寬度的工作平臺，然后完善運輸道路；③是結合特殊的高臺階地形條件，實施拋擲爆破，完成對上部廢土的快速搬運和集中堆存，加快形成電鏟作業面，讓電鏟得以連續的作業，從而極大地提高生產效率。

4 適用性條件

（1）采用高臺階拋擲爆破時，需控制炸藥單耗，合理設計拋擲爆破單孔裝藥量、藥包埋深、藥柱高度、起爆網路及起爆方式等，并采取必要的減震護坡措施，才能確保拋擲爆破達到預期效果，同時降低爆破次生危害效應。

（2）在施工初期階段，設備施工的安全條件受地形因素影響較大，同時挖機、推土機、運輸車輛、鉆孔設備之間可能存在交叉影響的情況，因此，在現場施工監管、安全和技術指導等工作應隨之加強。

5 結語

據相關文獻及資料查新結果顯示，該種方法在國內同等規模的露天礦山尚無類似的工程應用實例。“挖機甩+推土機推”的聯合作業方式，往往是針對礦山一些特殊施工區域而不得不采用的方法，對于正常情況下的生產剝離工作，還是需要選擇傳統的條帶式剝離推進方式才能發揮大型鏟運設備的優勢，提高礦山生產效率。

結合此種方法在我礦山所取得的良好實踐效果，可對國內大多數露天礦山在復雜地質地形條件區域施工提供重要的借鑒，同時也提高了設備的生產效率，具有縮短施工周期，降低生產成本，可實施性高，適用范圍廣等優點，具有一定的實用推廣價值。