高海拔对露天矿山采剥施工的影响

赵 云，刘 斌

（1.四川中鼎爆破工程有限公司，四川 雅安 625000；2.北京中科力爆炸技术工程有限公司，北京 101300）

高海拔对露天矿山采剥施工的影响

赵 云1，刘 斌2

（1.四川中鼎爆破工程有限公司，四川 雅安 625000；2.北京中科力爆炸技术工程有限公司，北京 101300）

高原地区露天矿山开采和剥离工效较低，研究高海拔对露天矿山采剥过程中穿孔、爆破、装运、排土等工序的影响，对高原露天矿山合理组织生产、提高生产效率有重要意义。

高海拔；露天矿山；开采；剥离

0 引 言

青藏高原复杂的地质结构及演化过程[1]，为矿产资源的形成创造了有利条件[1-2]，具有巨大的资源潜力，是我国重要的战略资源储备基地[3]。西藏甲玛矿区资源储备量巨大[3-4]，开采过程中有许多独特的地方。研究甲玛矿区内露天施工过程中高原气候对工程机械的影响[5]、对爆破的影响[6]、对作业人员的影响[7-8]、对地质灾害的影响[9]，可针对高原特点提高露天开采过程中穿孔、爆破、装运、排土等工序的作业效率，提高生产能力，为其他类似露天矿山开采提供重要参考意见。

1 研究对象概况

甲玛矿区隶属西藏华泰龙矿业开发有限公司，位于西藏自治区拉萨市墨竹工卡县境内。矿区海拔4 350～5 600 m[4]，以铜钼矿石和铜铅锌矿石为主，2010年7月19日投产的甲玛项目一期选矿能力达6 000 t/d，甲玛项目二期计划投资49亿元，规模将达到40 000 t/d，扩建工程于2016年12月1日投产，预计达到年产铜 60 000 t、金 1 t、银 53 t、钼 2 900 t的生产能力。该矿区露天开采部分采用自上而下分层台阶式开采，露天开采部分分南坑、角岩2个工区，目前已开采至5 100 m水平。

2 高海拔对穿孔工序的影响

穿孔工序作为露天矿山开采的首道工序，其质量、效率对矿山的设备选型、生产效率有至关重要的影响，甲玛矿区露天剥离开采过程中所使用过的阿特拉斯CDM75牙轮钻机、阿特拉斯D7、阿特拉斯D9、山河智能SWDA200 1液压钻机、勤牛QND210、及国产多种型号分体式高风压潜孔钻机，涵盖进口及国产典型钻机，上述各类钻孔设备在该矿山使用情况如下：

2.1 进口牙轮钻机使用情况

西藏华泰龙甲玛矿区现有2台阿特拉斯CDM75钻机，钻孔孔径250 mm，该型牙轮钻机在使用过程中发现如下问题：①设备组装及运输不便，厂家售后服务周期长；②牙轮钻机所需电力设施建设费用高、难度大；③设备转场时难度大，需要机械和人工辅助，高海拔地区作业人员体力严重不足，设备转移效率低、耗时长；④设备配件供应保障条件不佳，西藏地区物流条件不理想，时常因个别配件发货而影响设备正常运转数10 d；⑤设备购置时一次性投入高。随着生产规模的扩大，2台牙轮钻机难以满足生产需求，该矿山以潜孔钻机进行弥补。

2.2 进口液压潜孔钻机使用情况

在甲玛矿区一期工程牛马塘采矿段（海拔约4 600 m）曾广泛采用阿特拉斯D7、D9钻机，设备效率及经济性均能得到保障。甲玛矿区二期工程开始后，为弥补牙轮钻机生产能力空缺，施工单位将曾在该矿区牛马塘矿段的阿特拉斯D7、D9钻机移至二期工程角岩矿区（海拔5 100 m以上）使用，该类钻机在此期间设备故障率大幅攀升，出勤率极低，配件及维修难以保证，最终全部弃用。

2.3 国产液压潜孔钻机使用情况

该进口液压钻机使用不理想的情况下，曾试验性购买了3台山河智能SWDA2000钻机、2台勤牛QND210钻机，其中山河智能SWDA200钻孔直径150 mm，勤牛QND210钻机钻孔直径115 mm，在使用过程中出了与阿特拉斯D7、D9同样遇到故障率高、配件供应部及时的现场，厂家驻派工程技术人员现场指导后仍未有效解决故障率高的问题。此外，相对于阿特拉斯D7、D9钻机还存在地形适应能力差、行走速度慢、油耗高等问题。

2.4 国产分体式潜孔钻机使用情况

为节省投资的同时满足生产需求，甲玛矿区南坑矿区（海拔5 000～5 300 m）大量使用国产分体式高风压潜孔钻机，钻孔孔径110 mm，生产高峰期20余台分体式高风压潜孔钻机同时作业，在使用过程中发现该类钻机配件通用性强、维护简单、配件通用性高便于储备配件，能更好的保障钻机出勤时间，虽然故障率未得到明显改善，但由于钻机数量多、维修周期短，所以该类钻机在甲玛矿区取得了良好的应用成果。

2.5 钻机使用情况对比

不同类型钻机使用情况对比分析见表1。根据表1的优缺点分析对高海拔露天矿山钻机的选择提出如下建议：

表1 不同类型钻机使用情况对比分析

1）电力充足、架设线路难度不高、资金充足的情况下，可选择牙轮钻机配合大型设备。若牙轮钻机和其他设备不配套，可考虑使用其他中小孔径电力驱动钻机。

2）一般性质高海拔矿山建议选用成熟度较高的进口液压潜孔钻机，超高海拔（5 000 m以上）时选择液压潜孔钻机应事先进行充分调研，确保设备性能适应超高海拔气象条件；

3）综合设备经济性、生产能力等因素考虑，可采取使用多台同型号国产分体式高风压潜孔钻机，节约投资、缩短维修周期。

3 高海拔对爆破工序的影响

3.1 高海拔对火工品选择的影响

4 000 m以上海拔地区气候多变，雷电等气象条件十分常见，应尽量避免使用普通电雷管，选择非电雷管或数码雷管。导爆管雷管出厂时末端封闭，运输到施工现场后由于导爆管内外气压差较大，在剪开导爆管内部压力急剧变化而向外产生一股微弱冲击波，将导爆管内壁猛炸药带离管壁，从而易导致导爆管传爆中断，在使用不当情况下存在安全隐患。根据大量高原爆破施工经验，使用导爆管雷管作为起爆器材的过程中应注意以下几点：

1）在允许的情况下采用“大把抓”簇联方式进行网络连接。

2）在需要剪开导爆管时，应缓慢剪开，剪开端口30 cm范围应分数次剪掉后方可正常使用。

3）常用工业炸药如粉状乳化炸药、乳化炸药、膨化硝铵炸药的威力、爆速等主要爆炸性能可能变化，但目前相关研究较少，需根据实际使用经验对工艺参数进行调整。

3.2 对作业方式的影响

爆破作业人员在高海拔地区体力严重下降，因此应作业人员应适当富余，新进人员应预留充足的时间适应高原反应。尽可能使人工运输炸药工作量减小，有条件的情况尽量使用现场混装车进行装药。高原地区气候多变，雷雨天气随时可能到来，应尽量缩短爆破作业时间。

4 高海拔对装运工序的影响

4.1 高海拔内燃机械装卸、运输设备的影响

随海拔的不断升高，大气压强不断下降，每循环进入内燃机气缸的空气总量也随之下降，直接导致内燃机的燃烧恶化，其动力性、经济性和排放性能明显恶化[9]。工程机械的维护和使用成本较平原地区较高，在设备选型时应考虑高海拔对其功率的影响，增大设备型号使设备功率适当富余、加强保养维护，如原计划配备PC360挖掘机的可换为PC390或PC450挖掘机等方式来确保设备配置满足生产需求，在设备保养时使用的机油、防冻液等须适应高原使用条件。

考虑到高海拔地区一般都较为偏远，设备配件采购不易，因此在设备选型时尽量使用同型号市场保有量大的设备，以确保零配件便于采购和更换。

4.2 高海拔对电铲的影响

在甲玛矿区二期工程中使用过2台太重WK-12C挖掘机，经过近两年的使用和观察发现，其功效相对于平原地区并没有明显降低，仅需适当缩短保养周期、确保配件供应。但高海拔地区电力配套设施也相应较为落后，安装费用较高，在选用电力驱动设备时应着重考虑其综合工程经济性。

4.3 高海拔对矿山运输的影响

受高海拔地区地貌影响，道路常表现出陡坡、急弯多等特征，同时高原气候多变，路面结冰、降水概率增多，汽车刹车淋水系统容易在道路上结冰，高海拔矿山道路修筑前应充分调阅矿区地质资料，主要道路需避免穿过滑坡、冻土、泥石流等不良地质区域，当必须穿越时应采取预防地质灾害的措施并尽量缩短该段距离。综合以上因素并结合甲玛矿区道路修筑经验，高海拔露天矿山道路应满足如下要求：①条件允许情况下尽量使道路顺直、减小坡度；②道路排水畅通，防止水流冲刷或积聚路面；③道路两旁车档必须加高加厚，采取加密避险车道和会车道等措施防止路面结冰时出现异常情况；

5 高海拔对排土工序工序的影响

5.1 高海拔露天矿山排土场的地理位置

2013年3年29日西藏甲玛二期角岩矿区排土场旁发生山体滑坡事故，塌方长3 km，塌方量约2 00万m3以上，83人死亡，造成重大经济损失和社会影响。后经调查专家组认为这次滑坡灾害是在地形陡峻、岩石碎坡、冰雪冻融强烈等因素综合作用下形成的一起特大型滑坡—碎屑流地质灾害。

因此，在排土场的选择上看似限制较少，但除遵守各相关规范的一般原则外，还要着重考虑当地自然生态环境、气候特点、区域经济特点，重点根据地形、冰雪冻融、雨雪季节等容易造成地质灾害的因素进行考虑。

5.2 高海拔地区对排土施工的影响

高海拔露天矿山的排土场一般具有落差较大、排土场下原地貌陡峭的特点。由于高海拔矿山往往受存在大量冻土、雨雪交替、反复冻融等因素影响，排土工序除遵守相应规范的一般规定外，还应做好排土场的排水及地表防渗系统，做到土石分齐、高土高排、低土低排，冻土单独排放，以防止地表水渗入排土场和冻土在排土场内容受气候影响而反复冻融，从而引起排土场失稳等问题。

结合高原地区施工特点，汽车运输-推土机排土工艺进行推排，此举是因为高海拔地区人员体力、精力严重下降，采用汽车运输-推土机推排工艺与汽车直接排土相比可减少排土场工作人员工作量，更好的确保排土安全。

5.3 排土场监控

根据西藏多个矿山排土场观测经验表明，高海拔地区排土场易出现排土场裂缝、沉降等现象，在交接班时应安排专人对排土场沉降进行记录和处理，甲玛矿区排土场引入的雷达边坡检测在应用中取得较好效果，有条件矿山可考虑人工监控和雷达检测相结合的方式进行排土场检测，及时发现并处理排土场出现的异常情况。

6 其他影响

1）高海拔地区对人工费用的影响。高海拔地区矿山较为偏远，通常当地职工比例较少，加上环境气候的特色性，因此用工成本大幅上升。多年高原施工经验表明：海拔4 300 m以上工人工资较内地同等岗位上升一倍以上，人员配置需增加20%～50%，由此造成的费用增加是高海拔露天矿山施工过程中不得不考虑的因素。

2）对职工住宿的影响。宿舍区或临时聚居点应尽量避开易发生地质灾害的区域，同时西藏地区供暖较为困难，一般普通彩钢板房很难抵御高原地区的寒冷气候，人员长期居住在高海拔地区对身体损害较大。因此，在宿舍及办公区域选址时，应考虑场地开阔、海拔较低地方，同时统一考虑集中采暖和供水等问题，房屋结构应尽量避免采用简易彩钢板房结构，以提供良好的住宿及办公环境。

3）预防高原反应的发生。高原反应的发生根据不同人的体质情况有较大区别，在宿舍及办公区域应常备预防高原反应的急救药品和车辆，新进员工必须有足够的适应期方可安排工作，工作繁重程度宜由轻到重逐步增加，对不能适应高原气候的员工应坚决遣返。高原工作时间较长员工应定期回调养，确保身体健康。

7 结 论

高海拔地区人员工作效率较低，需要有足够的人员配置；机械设备损坏率较高，高原气候对内燃机性能影响较大，条件允许时多采用电力驱动设备，保证其他内燃机械设备的出勤率；高海拔地区地质灾害频发，应尽量避免不良地质条件，实在无法避免时需采取相应措施确保安全生产。

高海拔露天矿山采剥工程施工中，应着重考虑高海拔气候、地理环境等因素对人员、机械、材料供应的影响，保证人员的轮替和稳定，选用合适的机械设备和材料及配件供应商确保生产能力，时刻注意高海拔不良地质、气候因素对施工过程的影响并采取相应措施。

［1］ 侯增谦，杨竹森，徐文艺.青藏高原碰撞造山带:I.主碰撞造山成矿作用［J］.矿床地质，2006（4）：337-358.

［2］ 陈有顺，房后国，刘娉慧.青藏高原矿产资源的分布、形成及开发［J］.地理与地理信息科学，2009（6）：45-50.

［3］ 袁博，李钟山，柳群义.我国青藏高原矿产地储备战略思考［J］.资源与产业，2015（5）：30-34.

［4］杜海青.高原缺氧地区多金属矿的开发思考——以西藏甲玛特大型铜多金属矿开发为例［J］.黄金，2011（12）：1-4.

［5］ 石爱勤，罗国玺，靳生盛.高原环境下工程机械使用技术［J］.青海大学学报（自然科学版），2009（4）：75-77.

［6］ 高玉刚，赵晓莉，徐龙.高海拔压力环境对炸药猛度影响的实验研究［J］．火工品，2013（5）：36-39.

［7］ 万兴松.慢性高原缺氧对来自低海拔工作人员睡眠及精神状态的影响［D］.安徽医科大学，2005.

［8］ 王超臣，罗勇军.高原作业人员筛选及高原作业能力评估的现状及新指标［J］.人民军医，2016（4）：333-334.

［9］ 邢万里，陈其慎，李颖.西藏墨竹工卡地区矿山地质灾害浅析——以甲玛矿区为例［J］.河南科技，2014（14）：178-180.

［10］ 周广猛，刘瑞林，董素荣，等.柴油机高原环境适应性研究综述［J］.车用发动机，2013（4）：1-5.

【责任编辑：陈 毓】

Effect of high altitude on mining and stripping in Open-pit Mine

ZHAO Yun1,LIU Bin2
(1.Sichuan Zhongding Blasting Engineering Co.,Ltd.,Ya'an,625000,China;2.Bejing Zhongkeli Blasting Engineering Co.,Ltd.,Bejing 101300,China)

The mining and stripping has lower efficiency in plateau.Researching the effect of high altitude on the drilling,blasting,excavation,dumping has great significance for scientifically organizing production and increasing production efficiency in high altitude open-pit mine.

high altitude;open-pit mine;mining;stripping

TD824

B

1671－9816（2017）07－0009－04

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.07.003

赵云，刘斌.高海拔对露天矿山采剥施工的影响［J］.露天采矿技术，2017，32（7）：9-12.

2017-03-04

赵 云（1989—），男，四川南充人，2011年毕业于西南科技大学应用化学（含能材料方向）专业，主要从事露天矿山开采及爆破工作。