浅析复杂地形地质条件下露天矿山采剥方式的探索与实践

谭明洪，罗正华，赵 琛

（云南华联锌铟股份有限公司，云南 文山 663701）

铜街-曼家寨露天采场（以下称铜曼采场）为山坡露天矿，矿区面积2.8km²。采场东帮区域岩性以片岩为主，局部矽卡岩，岩层破碎，部分边坡与F0 断层面交汇，边坡整体稳定性较差，因小范围的错动、滑移，致1275m 以上区域形成了大段高的“一面坡”；且采场东西两帮上部覆盖较厚的浮土层，表层风化程度高，地质复杂，地形狭窄，施工条件极为不利。一方面制约采场的安全生产，另一方面也限制了露天境界的扩帮工程。

现目前铜-曼露天矿山采剥施工采用传统的条带式逐台阶推进的方式，对于工作平盘较宽，工况条件较好的区域，该种方法可大幅度提高设备的生产效率。但针对铜-曼露天矿山局部地形地质条件复杂的高陡边坡区域，因其尚无配套完善的开拓运输道路，大型设备无法直达施工作业面，传统的条带式逐台阶推进采剥施工方式已不适用。为降低矿山安全生产风险，减轻边坡安全隐患及矿山欠剥工程对矿山生产的不利影响。矿山技术人员通过大量实地勘查和收集相关资料后，决定自行探索一种新的施工方法，以解当前问题。

1 工程概况

东帮边坡处于F0 断层上盘、F1 断层下盘，分布地层以∈2t2-1 为主，上部为石英云母片岩夹少量薄层矽卡岩透镜体，向深部过渡为中厚层状细-粗晶方解石大理岩夹片岩，大理岩与片岩接触部位，形成厚大似层状矽卡岩，地表风化强烈，风化带岩体结构类型为散体-碎裂结构，未分化岩体结构类型为层状结构。

西帮出露地层主要为新寨岩组四岩段（Pt3x.4）：灰绿、浅灰、灰色二云片岩、绿泥片岩夹少量二云石英片岩、矽卡岩；新寨岩组五岩段（Pt3x.5）：灰绿、灰、浅灰色二云石英片岩夹少量二云片岩、矽卡岩；零星散布少量花岗斑岩体，整体岩性较为简单，岩层主要为反倾，局部小断层及节理岩体发育程度高，且无论在走向还是在倾向上都延伸很短，对边坡稳定构成一定的影响。

2 施工方法概述

经对东、西帮整改区域进行初步地质调查，其表层均有约8 ～18m 厚度分布不均的强风化浮土层，无需爆破即可开挖，这给施工初始阶段创造了有利条件。结合现状地形地质条件，灵活的采用“挖机、推土机、矿用汽车”等设备以及“穿孔爆破、挖掘、铲装、运输、推土”等组合式、多工艺联合作业的方法进行剥离施工。按施工步骤顺序分为以下四个阶段：①，清理浮土层，扩宽工作面；②，平整工作面，集中装运表层浮土；③，台阶抛掷爆破，抛掷爆堆的集中装运；④，台阶松动爆破，条带式剥离推进。具体如下。

2.1 清理浮土层和扩宽工作面

施工方法：在施工的初始阶段，其表层浮土度大，地形狭窄，地势陡，不具备铲装运输设备直接作业的施工条件。宜采用1.6m³或4.5m³挖机先将表层浮土甩至下部区域，同时扩宽工作面，以便打开安全作业场地，如下图1 所示。

图1 挖机清理表层浮土作业示意图

2.2 平整工作面和浮土集中清运

施工方法：待挖机将表层工作面扩宽后，采用推土机从上部逐层刮推剩余的浮土至下方集中堆积，同时在下方区域搭建装载运输联道，安排铲运设备将废土集中清运。直至将表层强风化的浮土清理完成，并揭露出下层的硬质基岩，以满足穿孔设备的安全施工条件，如下图2 所示。

图2 推土机清理表层浮土作业示意图

2.3 台阶抛掷爆破和爆堆的集中清运

施工方法：待挖机和推土机将表层浮土清理完毕后，结合施工区域高边坡、高台阶的地形条件，采用高台阶抛掷爆破的方法，直接将上部铲装运输设备不便于规模化施工的废土一次性爆破抛掷到指定的区域堆积，然后在下方安排铲运设备完成集中清运。这种方法的施工特点是，可以大大的缩减施工周期，降低该区域废土的剥离搬运成本，同时提高设备的劳动生产效率，如下图3 所示。

图3 抛掷爆破+集中清运作业示意图

抛掷爆破工艺及参数：爆破区域炮孔设计孔深11m，超深1m，采用梅花形布孔，采用钻孔直径178mm 潜孔钻机穿孔。设计主要以将30%岩土抛掷到下方指定区域集中堆积。设计采用连续装药结构，孔内选用数码雷管12m 脚线，地表采用起爆母线连接，采用排间微差逐孔起爆网路。主要爆破参数见下表。

表1 弱抛掷爆破参数表

按照以上的爆破参数进行爆破，爆破后可将前排30%-40%的岩土抛掷到下部集中堆积，岩土松散性良好，满足设备铲装要求。

2.4 台阶松动爆破和条带式剥离推进

施工方法：随着抛掷爆破施工区域台阶的下降以及采剥工作平盘宽度和工作线长度的增加。牙轮钻、电铲、矿用卡车等大型设备的安全施工条件得以保障，已经具备规模化剥离施工的必要条件。至该阶段后，可采用传统的条带式逐台阶推进采剥施工方式，条件允许时可采用组合台阶尾随式采剥工艺。这种施工方法的特点是，可以大大提高生产效率，极大地缩短区域整改施工周期。

3 具体实施及效果分析

3.1 具体实施方法简述

在具体实施时采用的方法是：挖机甩土+推土机协助→抛掷爆破+上部挖机甩土+下部挖机装运→传统台阶穿爆+电铲装运→将甩方量集中清运至排土场。

以东帮区域施工为例，首先，用4.5m³挖机配合推土机将施工区域上部表土风化层甩至下部1230 平台，以“甩+推”联合作业的方式完成1350m 标高上部工程量；待1350m 标高平整后，通过抛掷爆破的方法将部分围岩抛出，剩余量用4.5m³挖机进行装运，同时再次扩宽工作面，并搭建运输道路，最终满足电铲作业条件，最后，由电铲进行统一清运。

3.2 实施效果分析

通过对铜曼采场东帮施工区域“挖机甩方+推土机推土”协同作业方式的跟踪，对挖机以及推土机生产效率进行了长时间的跟踪记录，详见下表2 所示。

表2 “甩+推”设备效率统计表

统计跟踪数据发现，挖机在甩方过程中，由于不考虑装车，挖机满斗系数95%以上，一次甩方循环时间短，设备连续作业，生产效率提升较大；推土机在推排时，距离坡顶10m 位置推排效率最高，当距离每增加10m，单次推排方量下降5%。

这样的生产组织方式充分发挥了各型设备的优点，①是挖机和推土机可以互补长短，相互协同；②是同时使4.5m³挖机的灵活性也得以体现，在不具备直接机械搬运的条件下，用“挖机甩+推土机推”的方式将地形复杂的施工区域快速形成一定宽度的工作平台，然后完善运输道路；③是结合特殊的高台阶地形条件，实施抛掷爆破，完成对上部废土的快速搬运和集中堆存，加快形成电铲作业面，让电铲得以连续的作业，从而极大地提高生产效率。

4 适用性条件

（1）采用高台阶抛掷爆破时，需控制炸药单耗，合理设计抛掷爆破单孔装药量、药包埋深、药柱高度、起爆网路及起爆方式等，并采取必要的减震护坡措施，才能确保抛掷爆破达到预期效果，同时降低爆破次生危害效应。

（2）在施工初期阶段，设备施工的安全条件受地形因素影响较大，同时挖机、推土机、运输车辆、钻孔设备之间可能存在交叉影响的情况，因此，在现场施工监管、安全和技术指导等工作应随之加强。

5 结语

据相关文献及资料查新结果显示，该种方法在国内同等规模的露天矿山尚无类似的工程应用实例。“挖机甩+推土机推”的联合作业方式，往往是针对矿山一些特殊施工区域而不得不采用的方法，对于正常情况下的生产剥离工作，还是需要选择传统的条带式剥离推进方式才能发挥大型铲运设备的优势，提高矿山生产效率。

结合此种方法在我矿山所取得的良好实践效果，可对国内大多数露天矿山在复杂地质地形条件区域施工提供重要的借鉴，同时也提高了设备的生产效率，具有缩短施工周期，降低生产成本，可实施性高，适用范围广等优点，具有一定的实用推广价值。