宝清朝阳露天矿柔性路面结构层厚度确定

贾长亮

（新疆煤炭设计研究院有限责任公司，新疆 乌鲁木齐 830000）

宝清朝阳露天矿柔性路面结构层厚度确定

贾长亮

（新疆煤炭设计研究院有限责任公司，新疆 乌鲁木齐 830000）

露天矿道路结构层厚度对其实际使用效果及筑路投资影响较大，以层状体系弹性理论为基础、路面表面容许回弹弯沉为标准，对我矿运煤干线道路结构层厚度进行计算，以确定适合的路面参数。

露天矿；道路；结构层厚度；弹性理论

1 概 述

宝清县煤炭资源丰富，远景储量近105亿t，是国家11个重点煤炭开发区和7个煤化工基地之一。宝清朝阳露天煤矿隶属于神华国能集团宝清煤电化有限公司,露天煤矿煤炭储量9.8亿t，一期工程为1 100万t/a，投资约36亿元。1 100万t/a露天煤矿是国家煤炭工业发展“十一五”规划项目中10个千万t级露天煤矿之一。项目采用世界上最先进的开采工艺：采煤采用单斗挖掘机－自卸卡车－半固定式破碎机－带式输送机半连续开采工艺，剥离采用单斗－卡车+自移式破碎机和拉斗铲倒堆综合开采工艺。开采工艺具有回采率高、建矿快、劳动生产率高、成本低、生产安全等优势。一期煤电工程已于2009年7月开工建设，二期工程扩建规模将达到2 000万t/a。

宝清朝阳露天煤矿位于黑龙江省双鸭山市宝清县朝阳乡境内，地理坐标：东经132°22′30″～132° 39′30″，北纬46°11′00″～46°24′30″。矿区属于寒温带大陆性季风气候，夏短冬长，春秋两季多风，夏秋两季多雨。露天可采境界内煤田走向长约16 km，倾向宽约6 km，可采商品煤储量971.14 Mt，设计能力11.0 Mt/a，服务年限为80年。主要可采煤层为10#煤层，煤质为中高热值褐煤，平均厚度12.22 m，煤层倾角3°～5°。目前该矿正处于矿建阶段，预计2017年上半年进行试生产[1]。

露天矿矿山道路的质量在很大程度上影响汽车效率的发挥，随着“修路就是修车”理念的深化，矿山道路的质量、标准都有了很大程度的提高[2]。宝清朝阳露天矿露天可采煤层赋存于第三系，露天开采境界内岩性普遍较软，没有适合修路的大块硬岩，而本矿开采规模较大，采用大型、现代化露天运输设备，势必要建设高等级的矿山道路，这就需要外购大量级配碎石，所以确定好本矿路面结构层厚度有重要意义。

朝阳露天煤矿运煤采用贝拉斯75306型、载重220 t自卸式卡车，经采煤工作面运至地表半固定破碎站进行破碎，运煤路线如图1所示。工作面运煤干线为移动坑线，服务时间短，大致为3～6个月，而我矿剥离物以第四系粘土、各粒级砂层为主，没有岩石，这为重型载重汽车道路的修筑带来很大的困难。

图1 运煤路线

2 矿山道路

朝阳露天煤矿剥离开采工艺采用单斗-卡车+自移式破碎机和拉斗铲倒堆综合开采工艺；即剥离开采工艺煤层顶板以上45 m厚度剥离采用拉斗铲倒堆开采工艺；45 m以上剥离由单斗-自移式破碎机-转载机-带式输送机-排土机组成的半连续开采工艺为主，单斗-卡车开采工艺为辅。采煤开采工艺：液压反铲采装-坑内自卸卡车运输-地面半固定破碎机(破碎后粒度300 mm以下)-带式输送机运往电厂与化工厂共建的储煤场。现阶段矿山处于基建期，剥离全部外包，剥离设备及运输设备全是小型化设备，对矿山道路路面等级要求不高。矿山实际开采过程中采煤全部自营，同时订货的设备已经陆续到场。朝阳露天矿运煤干线通行220 t重载汽车，在考虑自卸车自重情况下，总重达到370 t，这对道路承载能力提出了很高的要求，其质量的好很坏直接影响煤炭生产工作。

在露天矿山作业中（特别是地形、地质条件比较复杂时），应用汽车运输有许多优点。许多矿山的经验表明，汽车能否正常高效作业，很大程度上与矿山道路的状态有关。在正确的道路定线和路基设计的条件下，汽车运输的技术经济指标主要取决于道路路面的类型及其养护。良好的汽车道路，可以降低燃料消耗和维修费用，减少设备的停顿，提高运行速度、轮胎寿命和作业效率等[3]。目前国内露天矿干线道路路面等级分为高级路面、次高等级路面和中级路面；路面结构常为多层结构，包括面层、基层、垫层[4]。经沈阳设计院设计，确定朝阳露天矿采场运煤干线为矿山Ⅰ级道路，采用中级泥结碎石路面，路面宽度为26 m，路基宽度为38 m，采用双车道运行；路面采用多层结构，面层为泥结级配碎石，厚度为30 cm，基层为混铺块碎石，厚度为90 cm，不设磨耗层。柔性路面各结构层厚度设计是否合理设计中并没有给出计算依据，能否更科学的确定各结构层厚度，以便降低工程造价、节省成本，对于本矿有重要意义。

为了更好地修筑、维护这段道路，采用柔性路面理论，运用典型结构及经验厚度与弯沉计算相结合的方法验证路面各结构层厚度，为道路施工提供依据，起到节约成本的目的[5]。

3 结构层厚度确定

GBJ22—87厂矿道路设计规范规定，矿山道路中等路面，面层厚度一般在15～30 cm。由于朝阳露天矿运煤干线通行重车，沈阳设计院面层厚度选取上限30 cm，为泥结级配碎石；基层选用周边采石场大块混铺碎石，厚度通过下列弯沉计算求得，路面结构断面如图2所示。

图2 路面结构断面

3.1 设计使用年限内标准车的累计交通量

一般以该路段承担运输任务的主要重型汽车为标准车，双向行驶的矿山道路，不应计入空载重型自卸汽车的交通量。

式中：Σn1为标准车日交通量总和，辆/d；D为每年的生产日数，取330 d；T为路面设计使用年限，当道路服务年限短于路面设计使用年限时，路面设计使用年限应与道路服务年限相同。根据本矿实际道路服务年限为3～6个月，取上限6个月，各类路面设计使用年限见表1。

表1 矿山道路各类路面设计使用年限 a

由于Σn1为统计量，本矿目前还处于基建期，不能进行统计昼夜交通量和，采用车流密度计算出

式中：n1为行车密度，辆/h；Q为通过的年运量，t，一期年产300万t；D为每年的生产日数；K为产量波动系数，取1.15～1.20；G为汽车载重量，t，取220 t；K1为时间利用系数，%，取80%；K1汽车载重利用系数，%，取90%。通过计算求得n1=2.87辆/h，最后计算求得N=11 365辆。

3.2 计算容许回弹弯沉值

式中：LR为容许回弹弯沉值，mm；A为与面层类型有关的系数，相当于一次荷载作用下的容许回弹弯沉，各类面层类型系数见表2，泥结碎石路面A取19.32；N为设计使用年限内标准车的累计交通量，辆；d1标准车单轮胎轮迹的相当圆直径，cm，d1取302 cm；d解解放牌CA—10B型汽车单轮胎轮迹的相当圆直径，cm，d解取 19.54 cm，最后算得LR= 10.52 mm。

表2 各类面层有关系数

3.3 计算实际弯沉系数

式中：p1为标准车的轮胎压力，kg/cm2，贝拉斯75306取5.8 kg/cm2；E0为土基回弹模量，kg/cm2，查表得，路基为中湿状态粘质土E0取405kg/cm2；E1为路面材料回弹模量，kg/cm2，当路面为多层结构时，路面材料回弹模量应采用泥结碎石回弹模量，取2 200 kg/cm2；Ka为轮迹间隙修正系数，按标准车的γ/δ和E0/E1比值，γ为标准车从轮隙中央至轮胎中心的距离，cm，γ取197cm；δ为标准车的单轮胎轮迹的相当圆半径，cm，δ取151 cm；Ka为1.08；最后算得ds=0.225。

3.4 计算综合修正系数F

3.5 计算理论弯沉系数dL

经过计算求得理论弯沉系数dL=0.634。

3.6 确定路面所需的厚度H

根据E0/E1的值，得出H/δ=0.65，最后算得H =98.15 cm。

3.7 多层路面等效系数换算[8]确定基层所需厚度

式中，h1、h2、…hn路面各层厚度，cm;、k1、k2、…kn为与路面各层相应的等效换算系数，可按表3所列数值范围采用H=k1h1+k2h2+…knhn，98.15=0.9 ×30+0.8×h2；最后算得h2=88.94 cm，所以混铺块碎石厚度经过弯沉计算确定为88.94 cm。

运用柔性路面理论，采用典型结构及经验厚度与弯沉计算相结合的方法计算出适用于本矿的中级路面各结构层厚度。本矿面层级配碎石厚度为30 cm，垫层大块混铺碎石厚度为88.94 cm。

表3 等效换算系数

4 结 论

220 t重车运煤道路是矿山运煤的重要干线，修筑并维护好这条道路有着重要的意义。通过以层状体系弹性理论为基础、路面表面容许回弹弯沉为强度标准，计算出柔性路面基层厚度为88.94 cm，基本与设计院给定的90 cm厚度一致，证明沈阳设计院给出的设计值是合理的。通过科学的计算为重车干线道路的修筑提供了理论依据，同时可以保证投入合理的碎石使用量，节约筑路成本，减少了基建投资。

［1］中煤国际工程集团沈阳设计研究院.鲁能宝清煤电化开发有限公司朝阳露天煤矿修改初步设计［R］.沈阳：中煤国际工程集团沈阳设计研究院，2010.

［2］李文斌，简新春.大型露天矿汽车运输道路质量与运输成本效率［J］.铜业工程，2006（1）：11.

［3］邱锦标.露天矿山道路设计与施工［J］.采矿技术，2012（3）：42-43.

［4］张达贤.露天矿线路工程［M］.北京：煤炭工业出版社，1997.

［5］周家胜.浅析柔性路面设计理论［J］.安徽建筑，2007（3）：148.

［6］吴文阳.高速公路沥青路面结构设计分析与建议［J］.科技创业，2006（5）：182.

［7］龚绍基.重载的柔性路面设计与技术［J］.公路运输工程，1991（1）：7-9.

［8］马娟.基于等阶换算法精确求解沥青路面设计指标［J］.建材发展导向，2014（5）：11-12.

【责任编辑：解连江】

Determination of flexible pavement structure layer thickness in Baoqing Chaoyang Open-pit Mine

JIA Changliang
(Xinjiang Coal Design and Research Institute Co.,Ltd.,Wulumuqi 830000,China)

The open－pit mine road structure layer thickness has great influence on the actual use effect and road construction investment,based on the elastic layered system theory,the road surface to allow rebound deflection as the standard,the article calculates the main road structure layer thickness of mine to determine the suitable pavement parameters.

open－pit mine;road;structure layer thickness;elastic theory

TD22

B

1671－9816（2017）03－0080－04

2016－08－11

贾长亮（1987—），男，黑龙江齐齐哈尔人，助理工程师，学士，2011年毕业于辽宁工程技术大学露天开采专业，曾就职于黑龙江宝清朝阳露天煤矿生产技术处，现在新疆煤炭设计研究院有限责任公司露天分院从事露天矿设计工作。

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.03.023

贾长亮.宝清朝阳露天矿柔性路面结构层厚度确定［J］.露天采矿技术，2017，32（3）：80－83.