蘇阿皮蒂大型輝綠巖石料場石料開采規劃與管理

辛喜林 許涇川 張虎林

（中國水利水電第三工程局有限公司，陜西 西安 710024）

隨著國際上水電站建設規模的不斷擴大，碾壓混凝土重力壩已成為重要的壩型選擇，然而工程所在地往往存在天然砂礫料匱乏，則人工砂石骨料是水電站工程的主要原材料來源。生產人工骨料需要選擇合適的毛料場，料場選擇、規劃設計、爆破技術、開采管理等成為施工資源及成本控制的重要工作，本文結合幾內亞蘇阿皮蒂水利樞紐工程大型輝綠巖石料場開采相關背景，對石料場開采規劃和管理進行分析，為后續輝綠巖石料場開采施工提供參考和借鑒。

1 工程概括

蘇阿皮蒂水利樞紐壩址位于孔庫雷河中游，電站正常蓄水位210m，水庫總庫容74.89億m3。工程攔河大壩為碾壓混凝土重力壩，共52個壩段，壩頂高程215.5m，最大壩高120.0m，壩軸線長1164m。樞紐工程混凝土總量約360萬m3，其中碾壓混凝土約300萬m3，常態混凝土約60萬m3。本工程共需生產粗、細成品骨料約937萬t，計算開采毛料約431萬m3（自然方）。

2 輝綠巖石料場規劃設計

蘇阿皮蒂石料場選定電站左岸下游約2km的輝綠巖石料場，位于壩址下游河流轉彎處的兩條沖溝之間。地貌上為低山丘陵區，自然坡度14°～20°，料場分布高程120～216 m。石料場儲量較豐富，無地下水出露，施工場地開闊。石料場揭露分別為腐殖土、鐵帽層、粘土質礫或含礫粘土、粉質粘土或粘土、砂巖、古生代輝綠巖、砂巖。

本工程人工骨料要求采用輝綠巖人工骨料，共需生產粗、細成品骨料約937萬t，計算開采毛料約431萬m3（自然方），根據石料場勘探成果資料，確定SMK155.0m為輝綠巖與砂巖的分界面，以此作為終采高程，經計算，料場的石料儲備豐富并滿足工程需要。

根據以往石料場開采經驗，通過骨料用量推算毛料需求量，以此來確定石料場開采范圍。結合人工砂石加工系統布置位置，避免石料場爆破對砂石加工系統產生破壞，考慮毛料運輸道路布置盡量平緩，結合輝綠巖儲量高程范圍，確定石料場占地面積約20萬m2，開采最大高度約60m，無用料剝離厚度為15～25m，對應無用層剝離量約370萬m3，剝采比0.86。輝綠巖石料分層開采高度為10～12m，分四層開采完成，每層設馬道寬度為3m，頂部覆蓋層剝離開挖坡比為1∶1.5，輝綠巖石料開采邊坡坡比為1∶0.3。

3 輝綠巖石料場開采

3.1 覆蓋層剝離及無用料剔除施工

蘇阿皮蒂石料場上部覆蓋層及無用料有：腐殖土、鐵帽層、粘土質礫或含礫粘土、粉質粘土或粘土。蘇阿皮蒂石料場在2016年4月完成規劃設計，開始無用料的剝離施工，石料場開采面積大，無用料剝離量也較大，計劃在2017年3月開始供應毛料，2017年6月完成覆蓋層及無用料的剝離施工，剝離作業平均月強度為28.5萬m3。

腐殖土剝離采用SD22推土機直接推除，集中堆放在一起后采用反鏟或裝載機挖裝，自卸車運至1#渣場指定區域堆存，預留至后期做料場開采面地表環境恢復使用；鐵帽層采用鉆爆開挖，主要以松動爆破為主，根據不同高程處的鐵帽地質特性差異，炸藥單耗取值為0.2～0.3kg/m3范圍內，爆破后用反鏟挖裝并采用自卸車運至1#渣場棄渣；粘土質礫或含礫粘土、粉質粘土或粘土均可用反鏟直接挖除，按3～4m分層開挖，砂巖采用推土機配合反鏟直接挖裝，開挖棄渣料均運至1#渣場堆放。

3.2 毛料開采

石料場毛料開采采用自上而下分層梯段開挖，根據混凝土月生產強度推算砂石骨料加工強度，毛料開采高峰期強度按22萬m3/月設計，梯段分層高度按10～12m控制，爆破孔梯段高度均為12～14m，單次爆破面積為2000m2～3000m2。為了保證鉆孔爆破質量和爆破后毛料塊度的均勻性，經多次爆破試驗，最終確定采用深孔梯段擠壓爆破技術，采用大孔距、小排距、小孔徑、耦合裝藥與不耦合裝藥結構相結合的爆破參數設計，因雨季受天氣影響混凝土澆筑量偏少，石料場采用超前爆破堆存毛料，為旱季高強骨料生產提供充足的毛料。同時，為保證每茬爆破后不對后部巖體產生破壞，每茬爆破區周邊孔均采用光面爆破保護。

表1 輝綠巖石料深孔梯段擠壓爆破參數表

4 輝綠巖石料開采管理

4.1 前期規劃管理

在前期石料場規劃階段，采用招標文件中技術條款提供的石料場地質勘查結果進行規劃設計，因石料場所在區域屬于原始灌木林，植被茂盛，為保證石料開采質量，項目部進場后進行了二次勘探，發現石料場靠河側無用料厚度達43m，且揭露的輝綠巖厚度為15m，項目部及時調整規劃區域，將石料場向西邊偏移，開口方向調整為西側（即順河流方向），補充鉆孔勘探發現無用料厚度為15m～20m，輝綠巖厚度30m～43m，大大減少了無用料的剝離量和開采面積，開采后發現調整后的開采區域揭露石料完整，幾乎無夾層及層理密集帶。

4.2 毛料開采排水管理

石料場所在區域地貌上為低山丘陵區，自然坡度14°～20°。幾內亞常年分雨季和旱季，基本是各半年，雨季雨量大且集中，持續時間長達半年之久，石料開采要經歷3個雨季，為保證石料場開采邊坡穩定和施工安全，需設置完整的排水系統。

石料場主要來水有：降雨、地表滲水、施工用水等，由于石料場所在山體較大，且高于河道，主要是做好地面降雨雨水排放及地表滲水引排。為此，首先在石料場開挖開口線5m外用反鏟挖2m寬1m深截水溝，且在開口附近堆砌1m高擋水墻，將地面降雨截斷引排至河道中，同時，加強排水溝的維護，雨季之前疏通排水溝，保證排水暢通；其次按開采面梯段高度預留馬道，做漿砌石排水溝引排地表滲水及邊坡降水；再次開采梯段大面按外地內高控制，形成自然排水效果。

4.3 毛料質量控制

毛料質量是人工砂石骨料質量的基礎，因蘇阿皮蒂人工砂石加工系統設計為干式生產工藝，對毛料質量要求很高，需在石料開采過程中嚴格控制質量。在實施過程中，石料場質量控制的重點有：一是防止混料，二是控制毛料粒徑。

本工程石料場開采揭露輝綠巖巖體較完整，無夾層現象，防止混料的質量控制就集中在無用料與石料的結合層及每個梯段運輸車輛通行道路上。主要采用在無用料開挖完成后，石料爆破鉆孔前，對工作面用反鏟和人工進行清理，經項目部質檢人員和監理工程師驗收合格后方可開鉆。

本工程砂石加工系統粗碎鄂破的最大進料粒徑為820mm，為了保證設備正常可靠運行，石料場毛料粒徑控制在800mm以內，爆破后超徑石控制在1.5%以內。采取的具體措施有：一是通過爆破試驗，調整爆破參數，控制大塊率；二是在挖裝過程中，要求反鏟操作手負責超徑石的檢查，裝車前對毛料中超徑石進行挑選，單獨堆放，集中用破碎錘破碎或二次解爆；三是在毛料爆破后檢查毛料料堆表面的超徑石情況，發現集中超徑石立即進行二次解爆處理。

4.4 環境管理

旱季開挖施工因天氣炎熱，施工設備及車輛施工過程中產生的灰塵污染較重，采取人工對生產料及施工道路的灑水、降塵，有效的控制污染，保證生產料的合格。

4.5 工作面合理布局管理

根據設計規劃，結合石料場場結構面測量調查結果，為滿足生產要求，剝離覆蓋層從南至北劃分兩個區域；有效開采量南北414米，東西260米，從東至西劃分3個開挖區域（A、B、C）。高度從▽196至▽155分三層，梯形漸進循環開挖。為了滿足生產要求，較少交叉作業，提高工作效率，采用梯形開挖的方式，按清理面-造孔面-裝藥面-挖運面四個工作循環施工，避免交叉作業，提高工作效率減少污染。四個工作循環在不同層面上同時進行，合理設計布置施工道路，同時加強施工道路維護，減少車輛進場時對施工面的污染同時提高生產效率，降低設備損耗。

4.6 爆破開采技術管理

針對爆破試驗階段開采出現大塊率偏大問題，采取如下技術優化調整爆破參數，達到將大塊率控制在1.5%以下的成果：①調整或更換鉆孔設備，采用阿特拉斯T35液壓鉆造孔。②優化爆破聯網結構，在控制最大單響藥量的條件下，擴大單次爆破規模，降低粒徑超徑率，提高毛料的開采能力。③優化爆破孔直徑（鉆孔直徑89mm），加快鉆進速度，達到耦合連續裝藥。④持續優化調整鉆爆參數，提高開采效率。⑤周邊爆破孔采取緩沖爆破方式，以減免對周邊巖體的破壞。

4.7 爆破安全管理

為了避免爆破震動對砂石系統和臨近營區及附屬設施造成破壞，爆破最大單響控制在400kg以內；爆破前，由安全管理人員對料場500m范圍外的各路口進行警戒；爆破前后，通過警報信號來傳遞信息（預報、警戒、起爆、解除警戒等4種信號）；在爆破過程中，在營地、臨建附屬設施區域安放爆破震動監測儀（交博L20-S），通過數據分析來確定爆破震動對周邊建筑物影響程度。

另外，可通過無人機遙控技術來對料場周邊人員流動情況進行監視，再次確保安全警戒線以內無人員進入；在起爆瞬間，采用無人機觀察微差網絡爆破效果，以檢查連網效果及爆破拋石高度。

5 開采實施效果

本工程砂石骨料加工系統粗碎生產采用3臺C150顎式破碎機，經輝綠巖石料場合理規劃和科學管理，具備規模化生產能力，毛料粒徑在50～400mm的開采石料占比達到80%以上，采用45t包頭自卸車運至粗碎料倉后，單車破碎時間由初期7分鐘/車降至3分鐘/車，粗碎生產能力得以顯著提高。

6 結語

通過輝綠巖石料場毛料開采規劃設計和科學有效的開采管理實踐，減小無用料剝離工程量，有效節省施工成本，并對于硬度大、強度高的輝綠巖毛料開采，使毛料大塊率由12%降至1.5%左右，且毛料利用率達到98%，既提高了開采效率，也降低了開采成本，同時增大了砂石加工的粗碎生產能力。石料場經過兩年半開采管理，毛料開采累計320萬m3，為主體混凝土施工提供了保障，且取得一定的經濟效益，值得類似工程借鑒。