露天矿土石方剥离施工方案
露天煤矿土石方剥离施工工法
1前言
1.1工艺工法概况
为了满足我国国民经济迅速发展的需要，当矿床赋存条件对开采方式不限制时，应首先采用露天开采。露天开采比地下开采更易于应用大型生产设备，从而扩大企业的生产能力，提高劳动生产率，缩短基建时间，降低开采成本，提高经济效益。随着生产设备不断改进，露天矿土石方剥离技术不断成熟，其施工机械化程度和生产效率也得到显著提高。
中铁一局四公司在北联电铧尖矿建工程项目中参与施工，快速、高效、高质量的完成任务，取得较好的经济效益和社会效益。在施工中不断总结、提高，形成本工法。
1.2工艺原理
露天煤矿土石方剥离原理是把煤层上面的岩土与煤层剥离开，将岩土用卡车运到排土场进行排弃，使煤层外露后进行开采，并依次向前推进。
2 工艺工法特点
2.1施工设备配套简单，工艺易操作，易推广，集中强化开采，速度快。
2.2工艺流程清晰，容易操作和掌握，质量容易控制，在施工机具充足的条件下可分段施工，不受场地限制，能够加快施工速度。
2.3施工空间大，可以引入大型施工机械多作业面平行施工，工效高。
2.4在地质结构复杂多变的露天矿土石方剥离过程中，便于及时的调整施工方法，进度稳定，工期保障性强。
3 适用范围
本工法适用于任意地形条件的露天矿，并且采用自卸汽车运输，运距不超过3公里，修建铁路不经济，要求分采、分运的露天矿。
4 主要引用标准
露天煤矿土石方剥离施工主要遵循引用的规范如下：
《露天煤矿工程设计规范》（GB50197-94）；
《露天煤矿工程施工及验收规范》（GB50175-93）；
设计图纸、合同文件的相关要求。
5 施工方法
露天煤矿土石方剥离是按照设计要求采用大型设备挖掘、爆破等手段把覆盖在煤层上面的土层、岩石等覆盖层根据不同厚度分层与煤层剥离开，将土层、岩石等剥离物用大型装载运输设备运到排土场进行排弃（称之为外排），使煤层外露后进行开采，并依次向前推进。对于大型露天煤矿分期施工的，前期剥离完成的露天煤矿后面紧跟进行煤矿开采，将后期开发煤层的剥离物排弃至开采完的煤坑内（称之为内排）。
6 工艺流程及操作要点
6.1 工艺流程
露天煤矿土石方剥离被剥离物若为土层，施工流程较为简单，即主要挖掘采装、运输排土；若被剥离物为岩石，则其主要施工工艺过程增加了爆破作业，包括穿孔、爆破、采装、运输排土等工序。防排水等辅助工序也是在各个主要生产工艺中需要考虑的问题。由于公路无轨运输是露天矿剥离工程最常见的开拓方式，所以一般采用单斗挖掘机配合汽车运输工艺进行土石方剥离。
图6.1 露天矿土石剥离施工工艺流程图
6.2 操作要点
6.2.1 剥离施工准备
露天煤矿土石方剥离施工可分为采剥、运输、排土、后勤保障与辅助施工四大系统，四大系统相辅相成，相互依存，缺一不可。各系统施工要点概括为：采剥系统：帮齐底平，减少干扰；
运输系统：安全有效，运输顺畅；
排土系统：排土有序，现场受控；
后勤保障和辅助系统：保障有力，服务到位。
图6.2 露天矿土石剥离施工系统关系图
同时，露天煤矿土石方剥离的施工组织要点总结如下：
1 施工应遵循先易后难的顺序，突出初期效益，首先施工综合运距小，生产机具布置容易的地段。
2 尽可能利用现场实际条件，合理进行施工组织设计，以便于采区衔接，有利于后续工程的施工。
6.2.2 四大施工系统主要准备内容
1 采剥系统工作内容：掘沟位置选择，机械型号数量，平盘划分，台阶宽度、高度确定，边坡管理，工程数量控制等（土石方数量界定）。石方爆破：穿孔、炸药运输、炸药现场临时保管、装药、起爆、炸药退库等。
2 运输系统工作内容：主干道位置选择，采区道路选择，排土场道路，道路标准（宽度、坡度），道路标识、标志（分夜间和白天），运输设备选择等等
3 排土系统工作内容：推土设备选择，排土台阶高度确定，排土场台阶数量确定，倒车指挥人员数量等
4 后勤保障和辅助系统工作内容：驻地建设，油料供应，设备修理，便道维
护，人员生活供给，车辆救援，人员疾病工伤救援等。
6.2.3 采掘
采掘采用挖掘机按照自上而下的顺序分台阶进行。由于挖掘机配合汽车运输工艺具有高度机动性，能充分发挥挖掘机的效率，同时挖掘机在工作面的自由度较大，有利于回采和分运，能适用于各种开采程序的要求，属于间断作业的开采工艺，整个工艺系统效率的发挥，受各生产环节的制约。故在施工过程中应注意挖掘机配合汽车运输工艺的工作面参数：
1 台阶高度（h）
台阶高度主要决定于挖掘机工作参数、矿岩性质、运输条件等。挖掘机配合汽车运输工艺的采装方式一般均为平装车。对于不需要爆破直接挖掘的软岩工作面为了保证斗满，台阶高度不应小于挖掘机推压轴高度的2/3；为了保证安全，台阶高度不应大于挖掘机最大挖掘高度，即：
H≥2/3H
h≤Hω.ｍａｘ
t
式中：h——台阶高度，m；
H
——挖掘机推压轴高度，m；
t
Hω.ｍａｘ——挖掘机最大挖掘高度，m。
在采掘坚硬矿岩的爆堆时，爆堆的高度一般不应大于挖掘机最大挖掘高度。但当爆破后的矿岩破碎比较均匀、无黏结性时，爆堆高度可以是挖掘机最大挖掘高度的1.2～1.3倍。
台阶高度与爆堆高度之间的关系，与被爆破矿岩的性质和爆破方法有关，通常采用经验公式：
h= K B h＇≤K B Hω.ｍａｘ
式中：h＇—爆堆高度，m
K B—与矿岩性质和爆堆性质有关的系数。
h —台阶高度，m；
北联电铧尖矿建项石方采用松动爆破，松动爆破的爆堆，（这句话是不是没表达完）K B =1.1～1.5。
2 采掘带宽度（A）
1）松软矿岩采掘带宽度
在采掘松软矿岩时，不需要进行爆破，采掘带宽度可按下式确定：
A=（1.0～1.7）Rwz
式中 Rwz ——挖掘机站立水平挖掘半径，m；
A ——采掘带宽度，m。
2）坚硬矿岩采掘带宽度
在采掘经爆破的矿岩时，若采掘带过小，会使挖掘机移动频繁，作业时间减少，从而使挖掘机生产效率降低；若采掘带过宽，挖掘机不做横向移动时会使采掘带边缘满斗程度降低，残留物增多。由于挖掘机和汽车的相对位置比较灵活，故采掘带宽度可根据实际情况适当变化。例如北联电矿建工程施工采用斗容为1.8～4m3的挖掘机时，挖掘机采掘带宽度最小可取5～9m，一般为12m左右。为了加大采掘带宽度，挖掘机可作“之”字形移动。当增大矿岩爆破量，使挖掘带宽度达40～60m或更大时，挖掘机可横向采掘。
）
3 最小工作平盘宽度（B
min
台阶工作平盘是进行采装运输作业的场地。保持必要的工作平盘宽度，是保证上下台阶之间正常进行开采工作的必要条件。工作平盘宽度取决于爆堆宽度、运输设备规格和调车方式以及动力管线的配置方式等。
最小工作平盘宽度，是指布置采掘运输设备和正常作业的最小宽度。铧尖露天煤矿根据现场实际情况主要采用直进运输方式，保证了工作效率，同时采场布
）按下式计算：局整齐，保证了文明施工。汽车运输时最小工作平盘宽度（B
min
=b+c+d+e+f+g
B
min
式中：b——爆堆宽度；
c——爆堆坡底线至汽车边缘的距离；
d——车辆运行宽度（与调车方式有关）；
e——线路外侧至动力电杆的距离；
f ——动力电杆至台阶稳定边界线的距离，一般3～4m；
g——安全宽度。
图6.2.3 汽车运输最小工作平盘宽度
4 采区长度（L）
采取长度就是将工作台阶划归一台挖掘机作业的那部分工作线长度。采取长度的确定，需要考虑的因素有挖掘机的生产能力，爆破和采装的配合，各台阶水平工作线长度，台阶的计划开采强度以及运输方式等。其最小长度应满足挖掘机的正常作业，并且使爆破区段的一次爆破量保证挖掘机有5～10昼夜的装载量，并且满足运输调车的要求。
由于汽车运输时各生产工艺环节之间配合灵活，采区长度可以缩短，每个工作台阶挖掘机工作台数可达2～3台。但是在实践中，除了加强某一水平的开采强度而多设置挖掘机外，一般在一个台阶上只配置1～2台挖掘机作业。采区最小长度为100～150m～150～250m之间。
在北联电铧尖露天煤矿土石方剥离工程中，实际工作线长度为100～150m，一个台阶上配备2台360型挖掘机。
6.2.4 运输
根据露天开采的地形条件、采掘场平面尺寸和开采深度，公路运输开采坑线的布置形式有3种，根据现场实际情况在相应标高处设有出入口通往各开采水平平盘，按照采矿工艺要求及地形状况，单独使用，或联合使用。因为不同运输条件下，随着露天矿开采深度的增加，运距加长，汽车运输综合效率降低，经济合理的开采深度，普通自卸汽车不大于120m。
铧尖露天煤矿采掘最大深度为70m，综合采用了以下3种运输方法，实践证明，此开采方式技术可行、经济合理。
1 回返坑线开采
回返式坑线开采如（图6.2.4-1）所示，汽车在坑线上运行时，需要经过一定曲率半径的回头曲线改变运行方向，才能到达相应的工作水平。
图6.2.4-1 回返坑线开采示意图
2 螺旋坑线开采
螺旋坑线开采是将运输沟道沿露天矿场四周边帮盘旋布置（图6.2.4-2）。汽车在坑线上直进行驶，不需经常改变运行速度。螺旋坑线的转弯半径大，司机的视野好，线路通过能力大。
图6.2.4-2 螺旋坑线开采示意图
3 联合坑线开采
采场上部用回返坑线开采，随着开采深度的下降采场平面尺寸减小，当汽车不能回返运行时，改用螺旋坑线开采（图6.2.4-3）。
图6.2.4-3 回返坑线与螺旋坑线联合布置开采示意图
4 地面运输道路
采场至外排土场道路采用三级路标准修建往复式四车道干道，出入口宽
30m，路面宽20m，路面向两侧排水呈2％的横坡，纵坡0.5％，便道填土路堤边坡坡度为1:1.5,每层填高虚铺不超过50cm,层层经压实，填筑材料为采场中剥离的土、石方，土和石分层、分段填筑，路面下0.8m填筑采场中剥离碎石形成。
施工期间，经常对施工道路进行维修，同时现场准备足量的碎石，以备雨天时修筑道路，确保晴雨畅通。
6.2.5 排土
合理选择排土场位置、改进排土工艺和提高排土工作效率，关系着运输和排土的技术经济效果。
1 覆盖式多台阶排土场
北联电矿建工程排土场属于多台阶覆盖式排土（如图6.2.5-1），由下而上水平分层覆盖，采用边缘式倾倒法，汽车直接向排土场边缘卸载，或距边沿3-5m 卸载，由装载机排弃和平场。多台阶覆盖式排土场的特点是按一定台阶高度的水平分层由下而上，逐层堆置，也可几个台阶同时进行覆盖式排土，而保持下一台阶超前一段安全距离。
图6.2.5-1 多台阶覆盖式排土场
但是这种集中型多台阶排土场的缺点是：随着采场剥离台阶的下降，排土场的堆置标高逐渐上升，采场上部台阶的岩土运距较远，是重车下坡运输，而深部水平的岩土运出采场后往往是重车上坡运输到排土场，使得排土成本较高。为此我们根据地形条件采用适当分散的办法，选择上、中、下若干分散的排土场，在总体上达到上土上排和下土下排的目的，但仍按自下而上多台阶排土顺序。
2 装载机配合汽车排土工艺
装载机配合汽车排土工艺适合任何地形条件，可堆置山坡型和平原型排土场。装载机配合汽车排土时，装载机用于推排岩土、平整场地、堆置安全车挡，其工作效率主要决定于平台上的岩土残留量。
当汽车直接向边坡翻卸时，80%以上的岩土借助自重滑移到坡下，由装载机平场地并将部分残留矿岩堆成安全车挡。当排弃的是松软岩土，台阶高度大，或因雨水影响排土场变形严重，汽车直接向边坡翻卸不安全时，可以在距坡顶线5～7m处卸载，全部岩土由装载机排至坡下，这样就大大增加了装载机的工作量，增加了排土费用。
3 排土场最小工作平盘宽度
排土场最小工作平盘宽度，应以安全生产为前提，在保证上下台阶互不影响工作及有效利用空间的原则下加以确定。
汽车运输，装载机排土最小工作平盘宽度按下式计算，见图6.2.5-2：
B=L1＋L2＋L3＋L4＋L5＋ｅ
式中 L1——台阶边缘安全宽度，一般取2m；
L2——料堆占用宽度，一般取5～0m；
L3——计算卡车全长（m）；
L4——计算卡车调头回转宽度（m）；
L5——双车道路面宽度（m）；
ｅ——大块滚动距离（m），一般取9.13m～23.8m(根据台阶高度确定)。
图6.2.5-2 汽车运输装载机排土最小工作平盘宽度大块岩石滚动的距离，当坡脚处为水平时，一般不大于排土台阶高度，台阶高度较小时，坡面短，克服重力及卸载动能的阻力小，相对台阶高度值滚动距离大。
7 劳动力组织
露天矿土石方剥离施工，是以挖掘采装、运输排土为主的机械密集的施工组织，除管理人员外，还需要配备大量、充分的机械、车辆驾驶操作人员，以及石方爆破各工种所需要的人员，具体工种和人员数量见下表，施工中可根据工程规模、工期等特点进行调整，以满足需要略有富余为宜。
表7 劳动力配备
备注：以上人员中主要机械司机均按双班配备
8 主要机具设备
露天矿土石方剥离施工，是以挖掘采装、运输排土为主的高机械化施工组织，机械设备用量大，本项目主要机具设备数量见下表，施工中可根据工程规模、工期等特点进行动态调度，以满足施工需要为宜。
表8主要机械设备配备
9 质量控制
9.1 易出现的质量问题
露天煤矿土石方剥离施工主要容易出现的质量问题有采剥边坡坑洼不平，坍
塌、超挖，平盘标高与设计不符，遇到煤层顶板处理不干净或将煤炭作为剥离物采出，排土场排土不符合设计要求等问题。
9.2 质量保证措施
9.2.1 严格执行国家和地方有关部门颁布的《露天煤矿工程施工及验收规范》及相关施工安全、质量验收、环境保护等方面的规范、标准、法规文件等。
9.2.2 挖掘机在工作面作业过程中，配全辅助设施，采掘严格按照要求进行，并做到“帮齐底平”。
9.2.3 采场测量工作应符合规范要求，每月进行一次检查验收，重点部位跟踪测量。
9.2.4 建立施工道路养护制度，保证运输道路的平整畅通。
9.2.5 严格按照施工图设计的分层要求进行剥离、排土。
9.2.6 采场各水平标高面要求平行推进，尽可能增大平行作业时间。排土台阶坡面整齐，不留根底、伞檐，平盘平整，干净，无残留物。
9.2.7 标段内遇到煤层，要顶板露煤，沿煤层顶板推进，顶板岩石要处理干净，不能把煤炭作为剥离物采出。
9.2.8 采用正确的施工方法，严格按照设计坡度进行开挖，对于局部超挖，采用浆砌块石砌筑，与原坡面接触处做成台阶接茬。
9.2.9 采取切实可行的措施，严格控制平盘标高，使其符合设计要求。
10 安全保证措施
10.1安全风险分析
露天煤矿土石方剥离施工机械集中，数量庞大，施工组织复杂，主要存在的安全风险包括机械伤害，交通施工，触电事故等方面。
10.2 安全保证措施
10.2.1 成立以项目经理为第一责任人的安全领导小组，明确安全责任，各负其责，将安全生产管理贯穿在施工的每一个环节。
10.2.2 建立健全安全生产管理制度、安全岗前教育制度、安全交底制度、安全例会制度、安全检查制度、安全整改制度及安全奖惩制度等安全生产制度。
10.2.3 针对工程特点定期对全员进行安全生产教育培训，对安全操作规程、安全管理制度、安全岗位职责等进行学习，施工期间定期进行安全生产大检查，
针对存在的安全隐患制定预防措施，并认真整治、整改，落实安全责任。
10.2.4 各种机械操作人员和车辆加强安全动态管理，必须持证上岗，不准操作与操作证不符的机械，不准将机械设备交给无证人员操作，对机械操作人员要建立档案专人管理。
10.2.5 坚决杜绝施工过程中“违章指挥”,“违章操作”,“违反劳动纪律”的三违现象。
10.2.6所有施工设备和机具在使用时均必须由专职人员负责检查，并进行必要的试验和维修保养，确保状况良好。
10.2.7 机械操作人员只要离开机械设备，必须按规定将机械平稳停放于安全位置，并将驾驶室锁好，把电器设备控制箱的拉闸上锁。
10.2.8 严禁在行走机械的前后方休息，行走前必须检查周围情况确认无障碍时鸣笛操作。
10.2.9采场出入沟口、施工道路交叉口、沿帮道路及急弯、盲视处险工地点，按GB2893-82《安全标志》、《安全色》规定设置醒目的警示牌，必要时设专人指挥管理，严防交通事故发生。
10.2.10 采场、排土场、主要路口设置夜间照明，夜间施工时，所有机械、车辆开亮大灯，行使车辆靠边减速行驶，前后车距离不小于30m。现场指挥人员必须穿着由反光标识的衣服，以灯光进行指挥。
10.2.11运输车辆应按规定线路行走，不得抢道或改道。
10.2.12 加强用电管理，设置配电房，现场用电采用架空或埋地电缆，用电部位设配电箱并加锁。专职电工进行施工用电的日常管理、检查、维护。严禁私自乱接电线，用电设备和照明系统设置良好的接地保护。
11 环境保护措施
11.1施工环境保护管理制度健全，文明生产教育落实到个人，成立环境保护领导小组，加强施工过程中的环境保护管理力度。
11.2 严格按照《环境保护法》、《水土保持法》和业主的有关要求进行施工，确保施工对环境保护和水土保持不形成危害。
11.3加强施工运输管理，严防运输过程中出现漏、洒现象，作业现场保持清洁整齐，施工道路应及时维修确保道路平整、畅通，并及时洒水，排土场定期
碾压整平避免扬尘及污染环境。
11.4 采场完成后按要求进行平整，排土场按照指定位置设置，施工期间，排土场设界桩和界沟，严禁超范围随意排土。
11.5 施工与生活污水设集水坑、沉淀池存放，经处理有害物质不超标后方可排放。避免污染水系。施工与生活废弃物、垃圾等集中分类处理。
11.6 施工车辆在施工范围内按路线行驶，严禁私自开出施工区域以外，避免给施工现场周围环境带来影响。
12 应用实例
12.1 内蒙古北联电铧尖矿建剥离工程1标段(基建期)，主要工程数量为：土石方数量450万立方米，其中土方49.3万立方米、石方390.7万立方米、工程煤10万立方米。开挖深度达到69米，运距为2.3公里。
12.2 内蒙古北联电铧尖生产剥离工程A标段(生产期)，主要工程数量为：土石方数量480万立方米，其中土、可挖岩石、岩石所占比例为0.05: 0.75:0.2,其中土方24万立方米、可挖岩石360万立方米、岩石96万立方米。工程造价为4492.8万元，开挖深度达到70米，运距为2.0公里。
施工情况表明，无论是进度还是质量，在整个矿建剥离工程中处于领先地位，受到业主高度评价，同时项目也取得了平均9%的经济效益。
通过北联电铧尖矿建工程项目快速、高效、高质量的施工结果，增强了企业发展后劲，开拓了新的施工领域。通过在北联电矿建剥离工程中的施工实践，工程质量和施工进度均取得了显著成绩，取得可观的经济效益的同时也赢得了建设单位的高度评价，为企业以后承揽露天矿剥离工程增强了竞争优势，创造了可观的经济效益与社会效益。