露天煤礦剝離工程施工安全關鍵技術研究

顧曉君

（中鐵十九局集團第一工程有限公司，遼寧 遼陽 111000）

露天煤礦開采施工過程中需按照各項政策、環保要求及其他要求進行籌劃布局，采取各種技術手段、先進技術創新及設備等，以此保障施工安全和質量。露天煤礦剝離工程涉及到采裝、運輸、排棄及道路設計維保、排水設置、特殊地層處理等各項工序工作，工序繁多、風險較多，采取科學有效的施工方案、信息化科技手段及成套的安全管控制度，嚴防各類安全事故發生。

1 工程概況

1.1 工程簡介

內蒙古白音華蒙東露天剝離工程，項目總剝離工程量共計3 250 萬m3，包括剝離物（矸石）的采裝、運輸、排棄。附屬工程包括道路養護、排土場整形、排土場到界邊坡削坡（25°以下）、排土場覆土、表土單堆單放、凍層凍頂處理、工作面及排土場整理、工作面及排土場排水、運輸道路修筑維護、灑落剝離物料清理及灑水降塵、安全設施構筑、安全及道路標識設立、采場作業面防滅火、冬雨季及特殊條件下施工、黏土粘車廂處理、駐地檢修區建設、環保設施工程的施工準備、施工及維護和撬式加油站點建設等工程工作。

1.2 地質水文

1.2.1 工程地質

根據本露天區煤層賦存的實際條件，將區內巖層按巖組及開采深度劃分為3 段：新近系以上、新近系底板至3 煤組底板及3 煤組底板以下50 m。

1）新近系底板至3 煤組底板巖性組合及物理力學性質。本層段地層主要由泥巖（碳質泥巖）、砂巖（粗、中、細、粉）和煤層組成。該層段巖性組合見表1。

表1 新近系底板至3 煤組底板巖性組合統計表 m

2）硬巖的分布與巖性特征。本區硬巖（R＞15 MPa）層一般多出現在3 煤組-1#煤底板與3 煤組-2#煤頂板之間，其表現特征是致密、堅硬、捶擊聲響，且多以細粒為主，抗壓強度15～45.1 MPa。

3）煤層的強度。煤層約占地層厚度的15%～20%，煤層的抗壓強度值在2.81～40.86 MPa，其中強度值應屬中硬巖類。

1.2.2 水文地質

本區地下水的形成，主要受地層、地貌、水文地質及氣候條件等因素控制和影響，不同類型地下水的形成條件、富水性及水化學特征不盡相同。勘查顯示：區內主要分布有第四系松散巖類孔隙潛水，基巖裂隙水和煤系孔隙裂隙水，其中基巖裂隙水和煤系孔隙裂隙水富水性較差。

1.3 工程特點及難點

地表第四系含水且松軟，給施工作業帶來相應困難；采場和排土場出現裂痕有滑坡跡象；環保要求質量較高。黏土層：開挖容易造成邊坡失穩，雨季造成車輛運輸道路濕滑，容易出現行車安全事故，卸載時容易車廂粘土。

2 剝離工程施工方法及施工技術

2.1 剝離工程施工方法

配置能力匹配的大斗容挖掘機（7 m3）采裝及大噸位自卸汽車運排，輔助大功率推土機平整地表土、裂較硬軟巖、集土、場地整平碾壓。同時配備專業人員進行機械設備維修、道路養護。排土場采用大功率推土機平整壓實，排土平盤邊幫、平整度、標高達到設計要求。挖掘機和裝載機協同作業修建田字格及安全擋墻；推土機、裝載機協同作業修建標準反坡。

采剝方法采用傳統的開采工藝即單斗-卡車運輸工藝，采用自上而下分臺階緩幫開采的方法，液壓反鏟分層開挖下裝車或者平裝車。施工應做到整體擴幫，使采場均衡協調、有序推進。

2.2 剝離工程施工技術

2.2.1 采裝施工技術

1）分層剝離按照從上至下的原則，分平盤多工作面開挖，每個平盤高度12 m，分4 次開挖完成，先施工高處作業平盤，然后逐級降低高程。剝離方式按“橫向分層、縱向分段、兩段同步、階梯掘進”的原則進行。當多個作業平盤同時施工時，平盤寬度宜不小于40 m；同一作業平臺上相鄰2 個挖掘機距離不應低于50 m。

每臺采裝設備配有獨立的工作區間，當剝離強度增大且采裝空間緊張時，可采取2 臺采裝設備在一個工作區間工作。但2 臺采裝設備不應互相干擾。采掘作業方式如圖1 所示。

圖1 采掘作業方式示意圖（一）

方法一：臺階高度3 m，采用單臺階、液壓反鏟后退式下挖、下裝車作業，物料直接由液壓反鏟回轉卸在自卸卡車廂斗內，通過礦山運輸道路運至排土場。

方法二：臺階高度6 m，液壓反鏟采用上下組合臺階作業，上挖3 m，下挖3 m。2 個6 m 臺階最終并段形成12 m 作業臺階，物料直接由液壓反鏟回轉卸在自卸卡車廂斗內，通過礦山運輸道路運至棄土場。采掘作業方式如圖2 所示。

圖2 采掘作業方式示意圖（二）

2）采裝施工要嚴格按照規范及設計施工，其主要技術參數詳見表2。

表2 主要技術參數表

3）采裝作業措施：①勺斗容積和物料塊度一定要與汽車載重相適應。②單面裝車作業，在挖掘機裝車前，挖掘機駕駛員示意車輛可以進入，待車輛行駛至裝車地點停車后；兩面裝的時候，車頭裝的時候，車可以提前到裝車的位置，后面裝的時候，用挖掘機斗把車指引到裝車的位置。③汽車出入采掘工作場地時，汽車距離挖掘機在下列范圍內挖掘機不得回轉，出車為20 m，進車為30 m。④要保證裝車質量，不得偏裝一側，要做到四角平衡，并按核定數量裝車。⑤裝車時嚴禁勺斗從汽車駕駛室上方越過。

2.2.2 道路運輸施工技術

運輸車輛采用額定載重65 t 自卸車88 臺。挖機裝車完畢，經檢測滿足安全行駛要求后即可向排土場運輸，運輸時車輛速度不要大于30 km/h，拐彎時車速不得大于15 km/h；車輛前后間距不要太近；道路會合或者分叉路口要設置警示標志以及指路標志；在路口會車時，空車讓重車先行；倒土時不要過快，防止車體因重心后移而使車體反轉、傾覆；每次倒土完畢，車斗完全復位后方可駛離排土場；尤其應該注意的是在能見度不足30 m 的情況下一定要停止作業。

在露天礦坑工作區周圍、臺階聯絡道和礦巖道路的兩側、排棄場的頂部以及在其他車輛運行或有潛在危險的區域，要用適合的土料修建安全擋墻，計劃配置1 臺挖掘機、1 臺裝載機進行擋墻修筑。頂部寬度不應小于1 m、高度不應小于1 m，邊坡坡度為1∶1 修筑擋墻。安全擋墻現場施工圖如圖3 所示。

圖3 安全擋墻現場施工圖

2.2.3 排土施工技術

排土方式采用推土機沿廢石場邊緣縱向排土，配置3 臺排土設備，當推土機用于工作面整理時由裝載機臨時替補。棄土場采用自卸汽車加推土機的聯合排放，采用自下而上覆蓋式排土工藝、多臺階堆存的方式。

排土時由自卸卡車將廢土石翻卸至排土線上，再由推土機/前裝機推至排土線下，推土機/前裝機在向下推土的過程中要求留有3%的反坡，為保證卡車安全作業，要求沿排土線修筑安全土擋，土擋高度要求不小于汽車輪胎直徑的2/5，底寬不小于2.5 m。

當排棄物料含水量較少、邊坡穩定性較好時采用邊緣排土，當排棄物料含水量較大、邊坡穩定性較差、不適合邊緣排土時采用場地排土。

排土場為外排土場。排土臺階段高為20 m；排土臺階坡面α=33°；最小工作平盤寬度90 m；以水平方式進行條帶排棄，排土方式采用邊緣排土與場地排土相結合。

2.2.4 疏干排水施工技術

1）采掘場防排水。根據水源來源方式防排水方案如下：地表徑流采取在生活區及開采境界外設置截洪溝，攔截地表徑流、防止匯入到采場、設置排水明渠導流出境界線外；或者是在采場最低水平設置集水坑安裝水泵抽取外排。

2）棄土場防排水。當發生暴雨時，在棄土場表面會形成徑流，在棄土場排土時修設不小于3%～5%的排水坡度，將地表徑流引入棄土場周圍的截水溝；由于棄土場堆填物料以松散材料為主，因此部分降雨會滲入棄土場內，在排土過程中將大塊巖石排棄在底層形成滲流通道將水引至廢石場下方的沖溝內；而棄土場外圍的地表徑流，可自行流入到沖溝內。

3）運輸道路防排水。運輸道路防排水為道路橫坡兩側做3%的坡度，在兩側制作M7.5 漿砌石梯形結構排水溝，上口寬80 cm，下口寬40 cm，深50 cm，底板、側墻厚30 cm。

2.2.5 邊坡防護施工技術

1）常規施工：常規開挖是隨著臺階開挖全段分層刷坡、裝車。個別少量不到位的部位采取破碎錘清理，而后開挖、修整到設計位置。

2）分層采裝：邊坡質量要求較高時（如永久邊坡），邊坡可采用分層刷坡施工。

考慮到工期較長，配置邊坡雷達檢測儀進行檢測，同時利用自主發明的“一種邊坡巖體監測系統”實用性國家專利進行邊坡研究，確保邊坡隨時處于監測范圍內。

2.3 剝離工程施工安全關鍵技術

2.3.1 黏土層開挖

黏土層開挖時容易形成邊坡不穩定，所以開挖時注意以下幾點。

1）基底有足夠的坡度，邊坡坡度按設計要求放坡，如果沒有設計要求執行規范要求，避免隨意切割坡腳。

2）做好地質勘查、施工現場勘查工作。

3）邊坡附近不允許行車、排水溝應靠臺階內側。

4）挖裝過程中，反鏟的挖裝平臺在靠近石渣面留有適當的緩沖溝，確保石渣滑落時不會滾至挖裝平臺上。

2.3.2 黏土層道路維護

黏土層下雨容易造成車輛打滑，所以黏土層道路上鋪設50 cm 厚山皮石，使用壓路機壓實，并對道路經常進行維修，保持平整。

2.3.3 黏土卸載

黏土裝箱時，容易造成與車廂的粘連，采用在車廂內鋪設PVC 塑料板方法，防止黏土粘連。

2.3.4 煤頂板施工

施工至煤頂板范圍時，采用小型機械施工，防止煤土混合造成煤炭污染。

1）進入煤頂板層時，安排有經驗的負責人，進行專門指揮作業，遇到煤層時放緩速度。

2）配備清理挖機，在裝土挖機大面積進行挖除后，再配備小型挖機在后面進行清理，小型卡車裝載清運，清除至煤層后通知業主進行驗收。

2.3.5 出水層施工

1）防排水設計應為礦山總體設計的一部分，與礦山總體設計同時進行。

2）樹立“以防為主，防排結合”的原則。

3）工程技術人員在施工前要針對防排水進行詳細調查，在施工過程中要做好監測、預測和預報工作。

4）各項工作嚴格落實到人，做到各負其責。

5）摸清礦區及附近地表水流系統及匯水面積、河道溝渠匯水情況、疏水能力、積水區及水利工程現狀及規劃，以及當地日最大降雨量、歷年最高洪水位等情況，建立健全防水排水系統，并結合礦區特點，切實做到防患于未然。

6）出水層水流視地形設置排水溝和集水井，無法排出部分，使用抽水泵進行排水。

7）每年雨季前，應由項目技術負責人組織一次防水檢查，并編制防水計劃，并在雨季來臨前完成防水預防工作。

8）地面排水系統要設置合理，攔截水不要流入采煤區。排水設備、設施能力應滿足排水要求。

9）采場的總出入溝、平硐口、排水井口和工業場地的防洪措施要滿足安全要求。

10）當防排水情況出現變化時，要進行相應的變化管理程序，變化影響的信息應得到充分更新。

11）對出水層邊坡進行測量沉降觀測，防止流水造成邊坡失穩坍塌。

3 結束語

露天煤礦剝離工程看似難度不大，實際是一項系統性的技術工作，施工安全尤為重要，針對關鍵部位、難點，需要制定專項的技術措施，以此來保障施工進度、效益及質量。因此，更要在既有施工經驗上優化，認真科研施工技術，保障施工安全。