水稳层施工技术在露天矿山运输道路施工中的应用

苟 强

（广元海螺水泥有限责任公司，四川 广元 628000）

矿石运输是露天矿山开采主要工序之一。在矿山开采过程中，矿石运输的成本约占矿山开采总成本的50%以上，其中，矿车轮胎消耗和柴油消耗约占露天矿山运输成本的50%～60%[1-2]，而运输道路质量则是制约矿车轮胎消耗和柴油消耗的关键因素；同时，运输道路质量还将影响矿车驾驶舒适度和安全性，并在一定程度上决定了道路扬尘大小[3-5]。因此，提高露天矿山运矿道路质量对于提升矿山运输效率、降低矿石运输成本和安全环保管理具有重要的意义。以四川省广元五栗子石灰岩矿运矿道路为例，在分析矿山运矿道路现状以及道路质量对矿车运输、安全环保、道路维护影响的基础上，采用水稳层施工技术对矿山现状道路进行改造施工，从而进一步规范矿山道路修筑工艺，提升运输道路运输效率，降低矿山运输成本。

1 五栗子石灰岩矿运矿道路现状

四川广元五栗子石灰岩矿运矿道路按照露天矿山三级道路标准设计，泥结碎石路面，双车道，路面宽10 m，路基宽14 m，道路平均纵坡不大于6.5%，最小转弯半径15 m，面层厚0.3 m，运矿道路全长约7 km，垂直高差320 m，道路养护面积10.5 万m2，道路承载的通行能力超过550 万t/a，道路服务年限已达10 年，日常养护方法采用修补路面坑槽、清扫路面散料淤泥、保持路面的平整。

受特有复杂的矿山地质地形影响，五栗子石灰岩矿运矿道路采用爆破路基原岩修筑，即按照运输道路坡度设计要求对道路超高部分采用穿孔爆破和铲挖方式施工，部分泥质路段进行碎石换填；路面结构类型简单，因此矿山道路具有坡度大、弯道多、路线变化快、垂直高差大等特点，导致出现矿车运输效率低、安全环保管理风险大、道路维护难等问题。五栗子石灰岩矿运输道路主要存在以下问题：

1）道路质量差，易损坏，维修率高。五栗子石灰岩矿因运矿道路质量差，运输量大，维修率高，平均每周1 小修，每半月1 大修，尤其是大雨过后路况严重下降，道路维修成本居高不下。

2）车辆损坏率高。由于道路质量差，容易造成矿车大梁、传动轴、半轴等关键部件开裂，还会造成矿车轮胎磨损，进而对车辆造成较大损伤，设备故障率升高，安全隐患大。

3）运输效率低。较差的路面会增加矿车行驶阻力[6]，并导致地面附着系数下降，降低道路运输效率，增加柴油消耗。

4）工作条件恶化，运输风险增加。不良的道路质量会导致车辆行驶速度降低，车辙、沟坑妨碍车辆操作，泥泞、坑洼路面降低了车辆通行能力和制动效果，增加矿车行驶安全隐患。

5）道路扬尘治理难，环保管理风险大。因矿车与道路碾压产生大量粉尘，且道路不具备清扫条件，从而扬尘难以控制。

2 水稳层施工技术原理

水稳层是水泥稳定碎石层的简称，即采用水泥固结级配碎石，通过压实，养护完成，也称为水泥稳定碎石层[7-8]。其作用原理为选取骨料作为级配碎石，在骨料空隙填充水泥和砂浆，根据嵌挤原理实施摊铺、压实作业，其压实度与密实度相近，碎石之间的嵌挤锁结原理为强度增加的依据。水稳层道路具有较高强度，并且强度随龄期而增加很快结成板体，因而具有具有良好的板体性、较高的强度、抗渗度和抗冻性。水稳水泥用量一般为混合料1%～3%，砂为混合料4%～8%，7 d 的抗压强度可达1.5～4.0 MPa[9-10]。水稳成活后遇雨不泥泞，表面坚实，是高级路面的理想基层材料。

3 水稳层施工技术工艺

3.1 路基原岩穿爆开挖

按照运矿道路大修整体方案，采用DM50 潜孔钻机将路面整体穿孔爆破3 m，上部采用PC400 反铲开挖，开挖高度为0.5 m，下部采用RS6260 型压路机压实平整，形成道路基层；该道路基层作用为将原道路纯刚性岩层路基转化为半刚半弹性路基[11]；同时对需要调整道路坡度和路形的局部地段，适当调整穿爆高度并进行开挖压实。

路面穿爆参数如下：

1）炮孔孔径。运矿道路穿孔设备采用液压潜孔钻机，型号为DM50，钻孔孔径D=φ140 mm，钻孔类型为垂直孔。

2）炮孔孔深。据爆破设计资料[12]，炮孔深度L=3.0 m。

式中：L 为炮孔深度，m；H 为台阶高度，H=3 m，h 为钻孔超深。h 可由经验公式进行选取，即h=（0.10～0.14）H，此处只做路基爆破处理不开挖，故h=0 m。

3）炮孔最小抵抗线。最小抵抗线W 为：

4）炮孔孔距。根据经验数据，炮孔孔距a 为：

5）炮孔排距。炮孔排距的取值采取比最小抵抗线小原则，此处爆破属于压渣爆破，可适当增大排距。因此，炮孔排距b 为：

6）单孔药量。由经验数据，单孔药量Q=9 kg。

式中：q 为爆破炸药单耗，q=0.767 kg/m3，爆破效果最佳；a 为炮孔孔距，a=2.3 m；b 为炮孔排距，b=1.7 m；L 为炮孔深度，L=3.0 m。

7）每孔采用连续装药结构，电子雷管起爆系统，微差爆破；一次爆破方量的多少根据生产实际情况排定，生产紧张可一次性少量爆破，遇见生产检修可以增加一次性爆破方量，加快运矿道路大修进度。

3.2 水稳施工工艺

1）道路基层垫层修垫。直接选用经破碎机破碎后的石灰石物料（粒径0～90 mm）在道路基层上进行修垫，高度为300 mm，随后采用RS6260 型压路机充分碾压并进一步平整路面；该垫层形成1 道分层式路面结构，用于缓冲、平衡上部压力及层状排水面；因公司主业为水泥制造，修垫所需石灰石物料为公司矿山自主生产的矿石成品，可直接运输使用。

2）水稳湿基物料混合。经多次试验，水泥、石粉、成品骨料按照1∶6∶13 比例进行混合，为最佳使用混合比例，它们经混合并充分淋水搅拌均匀后直接使用；水稳物料分别采用PO42.5 水泥、石粉粒径0～0.075 mm、成品骨料10～20 mm。

3）水稳湿基物料摊铺及养护。将水稳湿基物料摊铺至垫层层面，厚度为200 mm，平整压实。先采用CAT988 型装载机进行初步摊铺，再使用G9220 型平地机调整，RS6260 型压路机碾压，进过多次碾压、平整达到所需路面要求，4～5 d 后即可投入使用。其作用是利用水泥形成板体，达到硬化、防水和一定的降尘效果。

3 层路面结构将原道路单点受力转化成3 层板体整体受力以及分层排水，同时整体道路具备一定弹性和压力分散效果，在达到硬化效果的同时提高道路使用寿命。基于水稳层施工工艺的运矿道路路面结构如图1。

图1 基于水稳层施工工艺的运矿道路路面结构

4 水稳层施工技术应用效果

采用水稳层施工技术工艺后形成的运矿道路，路面平整度高，整体性能好，较原路面主要有以下几个方面的显著优势：①道路硬化效果较好，道路路面平整干净，运输效率明显提升，矿车驾驶舒适度增加；②道路抗雨水冲刷效果较好，暴雨过后几乎对路面没有损伤，同时道路淤泥大大降低；③具有一定降尘效果，降尘效果主要体现因道路不起泥，只是表面磨损产生的扬尘物；④路面清理简单，日常采用G9220 型平地机进行轻微清理路面扬尘物即可。

通过历时1 年的运矿道路升级改造工作，四川广元五栗子石灰岩矿运输工序环节得到极大的优化。与矿山原有碎石III 级路面相比，采用水稳层施工技术修筑的II 级路面道路，其滚动阻力系数降低75%，矿车技术速度提高20%，柴油消耗降低14%，矿车轮胎消耗降低36%，运营费用降低25%～30%。水稳层运矿道路为矿山带来了显著的经济效益和安全环保效益。

5 结语

基于水稳层施工技术的露天矿山运输道路的成功应用，改变了矿山“重修车、轻修路”传统观念，提高了矿山运输道路修路标准、养护质量以及运输效率，增加了矿车驾驶舒适度，有效减少了事故损失，降低了矿车维修率、柴油消耗及道路维护成本，道路扬尘减少明显，为企业创造了显著的经济效益和安全环保效益。