特大型露天煤矿道路修筑及养护方法

郭雁斌，张 禹,吕文伟，王晓东

（国家能源集团神华哈尔乌素露天煤矿,内蒙古 鄂尔多斯 010300）

据统计，进入2021 年11 月份以来，全国煤炭日产量突破1 200 万t，其中，露天煤矿产量约占全国煤炭产量的15%～17%[1]，占比较大。不断优化露天矿山生产规模，控制成本、增加效能仍将是我国能源结构改革的一项重要课题。对于露天矿山而言，运输环节成本是总生产成本的主要组成，可占60%左右[2]。而对于特大型露天煤矿，由于设备大型化，采剥设备大多采用电驱动，这使得运输成本占比总成本进一步提升。例如国家能源集团神华准格尔能源有限公司哈尔乌素露天煤矿，卡车运输成本可占总生产成本的80%左右，主要支出为卡车轮胎和柴油的消耗[3]。由此可见，优化运输环节成本是特大型露天煤矿精益生产的主要着力点，而矿用重卡轮胎及油耗等重要成本指标均与道路修筑养护的质量直接关联，是优化工作的重中之重[4]。

1 矿山运输工程的现状与特点

露天矿山运输道路主要承载矿用重型卡车的运行，是采场剥离物料进入排土场排弃的半固定线路，按区域可分为工作平盘道路、排土场道路、端帮运输道路，其路基组成为原始岩层或松散岩土物料。由于工程特性，露天矿运输道路具备不同一般道路的诸多特点。

1）干线支线交错，局部线路承载流量大。露天矿开采深度受剥采比控制[5-6]，底部境界与地表高差在200 m 以上，台阶高度在15 m 以下，因此工作帮平盘数量可达10 余个。各工作帮平盘运输线路均指向两侧端帮道路并最终通向各水平的排土场平盘，形成了干线、支线交错的特点，尤其是端帮运输道路，有可能汇聚上下2 个平盘运输量，承载流量大。

2）路基构成受限，服务周期不固定。露天矿运输线路坐落位置受采剥工程制约较大。其中，采场平盘与端帮运输道路路基一般由具备明显延展性的原始岩层构成，路基可能由多种物理特性差距较大的原岩组成；排土场平盘道路路基由松动爆破后产生的松散物料堆叠而成，路基稳定程度、组成物料粒度分布等呈现出不确定随机特性。以上种种均限制着露天矿山道路修筑与养护的作业效率。同时，由于采剥工程的推进，配套的运输线路需与工程位置同步发展，这导致工作帮、排土场的半固定线路在短周期内频繁移设，特别是采场平盘，平均每月涉及1～2 次整体线路或是联络坡道的位置调整[7]，道路养护作业量繁重。

3）技术力量不足。现阶段，从事露天矿运输相关的技术人员平均文化程度不高，技术水平有限。矿山运输车辆驾驶员和维修工均普遍没有接受过专业的路面维护技能培训，大多都以工作积累的经验判断路面情况，在遭遇强降雨、路基过硬、爆破根底等损伤路面质量的特殊情况时，往往不能做到高效应对。

4）养护工作繁重，设备损耗大。露天矿运输道路路面承载重型卡车运行，路面损耗层在洒水或是降雨后易翻浆形成坑洼。重载卡车在坑洼路面运行时易颠簸掉块，从而损伤轮胎与结构件，同时也将进一步扩大路面翻浆程度，形成恶性循环，这就要求路面养护工作的及时与高效。

2 运输道路修筑养护方面存在的问题

1）路面损伤变形频繁。露天矿山运输道路路面产生形变的主要原因：①日常运行损耗；②路基稳定性不佳导致路面沉降裂缝；③降雨对路面损耗层的侵蚀冲刷。三者共同作用导致露天矿山运输道路路面变形现象频发。

2）设备易损耗，维修成本高。露天矿开采过程中偶见粒度较小的砂岩碎石，作为运输道路表面磨耗层的主要填充物料。但受限于松动爆破质量优劣，这类物料中不可避免地掺杂部分粒度较大、存在尖锐棱角的岩块。尽管在平路机多次刮匀、剔选后，磨耗层与路基的贴合度仍然不够理想，形成的路面平整度也不及常规公路路面，这使得该类路面上运行的重型矿卡轮胎损耗增大，同时影响平路机等道路养护设备的磨损件使用寿命。以国家能源集团神华准格尔能源有限公司哈尔乌素露天煤矿为例，据统计2008—2018 年共消耗轮胎2 600 余条，年均约240 条，哈尔乌素露天煤矿近年轮胎消耗表见表1。

表1 哈尔乌素露天煤矿近年轮胎消耗表

3）降雨降尘洒水对路面维护的影响。雨季来临或是过度洒水降尘均会对露天矿运输道路养护工作造成重大影响。当雨季降雨量使坑下岩土达到水饱和状态并超过矿坑疏干排水能力时，溢出雨水会汇聚在运输路面的坑洼、翻浆处或矿坑底部境界。雨水流动会直接冲刷路面，而长时间的浸泡也会使路面磨耗层崩解，同时也将持续侵蚀路基岩土体的物理力学强度，使道路整体出现不同程度的沉降甚至滑坡[8-9]。过度的降尘洒水也对道路整体有类似影响。

3 特大型矿山道路修筑养护方法的改进

3.1 路基组成优化与维护

路面的养护成本要远高于修筑成本，故而露天矿山运输道路修筑过程中应注重质量与效率2 个方面，质量为主，效率为次。

对于露天矿山修筑新运输线路，应根据勘探钻孔资料，结合原始地层的延展性判断路线路基的岩性是否得当，同时查明线路所向是否存在严重的爆破根底现象，最终调整后得到适宜的线路路基。对于路基起伏的，应当抠挖平整路槽后铺垫磨耗层。磨耗层原料可选取爆破作业后的砂岩，选取粒度均匀的砂石，并在日常作业中勤收集、集中堆放、集中筛选，有效提高道路养护作业的效率。生产过程中，常见路基裂缝现象，视严重程度第一时间抠挖路槽并填补路基。选用石灰、水泥和砂石形成的混合泥浆作为填补材料对路基进行打底，再选用亲水性适中的泥土混合石灰等倒入裂缝里面，加强路基的稳固性。

3.2 道路与坡道修筑的方法

1）推土机并推法修筑运输道路。推土机作为露天矿道路养护作业的主要设备，在对岩土切削和推运作业过程中会形成宽大于3.2 m 的槽棱，单独作业的推土机在推整槽棱时，物料不可避免地会从推土铲两侧流失，且这一现象随着推送距离延长变得更加明显。因此，单个推土机需要循环多次推运作业，制约生产效率。可依据设计路面宽度、推土机推土铲宽度、推运岩土堆宽度，并结合操作设备人员的技术水平，调用2 或3 台推土机同排并行推运岩土物料堆，保证作业设备间留有安全距离至少20 cm。

2）推土机下推槽法修筑斜坡道。露天矿修筑坡道前，通常利用采剥设备采掘1/2 的坡道预留爆量，并利用推土机推运剩余1/2 的保量最终形成斜坡道。可以用1～2 台推土机，加大推土铲削切深度以增大推送量，并沿坡道路面中线下推，循环作业后在坡面中线形成适度沟槽，沟槽两侧浮货推入沟槽平整，最终形成斜坡道。利用沟槽阻挡推土铲两侧物料的流失量，可明显提高作业效率。

3.3 雨季修路疏干排水的流程

1）作业前应清楚作业位置的安全情况。确认无地埋管线、电缆，如有地埋管线、电缆要设立醒目标志方可作业。

2）要把新修路基存积的雨水和稀泥清理出去。如有松软的路基应挖路槽、拉运岩石来硬化，确保路基的硬度符合卡车重载运行的承受要求。

3）根据天气预报来掌握新修道路的进度。对新修好的道路及时碾压并通车运行，以防下雨渗入路基造成整体道路翻浆。雨季修路与其它季节有所不同，主要是做好道路出水，新修道路要做到里高外低，道路的最低处要高于此平盘30～50 cm，以便于雨后道路存集的雨水向外排放。

4）新修道路宽度要根据卡车的型号符合安全运行要求。道路拐弯处要有反坡，最小转弯半径不小于35 m，坡道长度每150～200 m 处要修筑缓冲平台，缓冲平台纵向坡度不大于3%，横向坡度保持在1.5%～2.5%。

5）提前选择好放水位置。根据坡道的长度来计算蓄水池的大小、数量和蓄水量，每个泄洪口要保持畅通，确保道路雨水截流进入每1 个防洪蓄水池内，做好防洪防汛工程。

4 结语

运输成本是露天矿山生产运营总成本的重要组成，而控制运输成本最有效的手段即在最优运距条件下持续优化路面质量，降低运行设备的作业损耗。欲达成优化路面质量的目的，需要露天矿道路养护技术人员在道路路基修筑、磨耗层养护等各个环节严格把关。道路养护周期、养护操作人员技能水准、道路疏干排水是露天矿山道路形成后养护的关键所在，在初始修筑道路时，可参考推土机并推法、下推槽法施工，以期提高作业效率。