高海拔對(duì)露天礦山采剝施工的影響

趙 云，劉 斌

（1.四川中鼎爆破工程有限公司，四川 雅安 625000；2.北京中科力爆炸技術(shù)工程有限公司，北京 101300）

高海拔對(duì)露天礦山采剝施工的影響

趙 云1，劉 斌2

（1.四川中鼎爆破工程有限公司，四川 雅安 625000；2.北京中科力爆炸技術(shù)工程有限公司，北京 101300）

高原地區(qū)露天礦山開采和剝離工效較低，研究高海拔對(duì)露天礦山采剝過程中穿孔、爆破、裝運(yùn)、排土等工序的影響，對(duì)高原露天礦山合理組織生產(chǎn)、提高生產(chǎn)效率有重要意義。

高海拔；露天礦山；開采；剝離

0 引 言

青藏高原復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)及演化過程[1]，為礦產(chǎn)資源的形成創(chuàng)造了有利條件[1-2]，具有巨大的資源潛力，是我國(guó)重要的戰(zhàn)略資源儲(chǔ)備基地[3]。西藏甲瑪?shù)V區(qū)資源儲(chǔ)備量巨大[3-4]，開采過程中有許多獨(dú)特的地方。研究甲瑪?shù)V區(qū)內(nèi)露天施工過程中高原氣候?qū)こ虣C(jī)械的影響[5]、對(duì)爆破的影響[6]、對(duì)作業(yè)人員的影響[7-8]、對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的影響[9]，可針對(duì)高原特點(diǎn)提高露天開采過程中穿孔、爆破、裝運(yùn)、排土等工序的作業(yè)效率，提高生產(chǎn)能力，為其他類似露天礦山開采提供重要參考意見。

1 研究對(duì)象概況

甲瑪?shù)V區(qū)隸屬西藏華泰龍礦業(yè)開發(fā)有限公司，位于西藏自治區(qū)拉薩市墨竹工卡縣境內(nèi)。礦區(qū)海拔4 350～5 600 m[4]，以銅鉬礦石和銅鉛鋅礦石為主，2010年7月19日投產(chǎn)的甲瑪項(xiàng)目一期選礦能力達(dá)6 000 t/d，甲瑪項(xiàng)目二期計(jì)劃投資49億元，規(guī)模將達(dá)到40 000 t/d，擴(kuò)建工程于2016年12月1日投產(chǎn)，預(yù)計(jì)達(dá)到年產(chǎn)銅 60 000 t、金 1 t、銀 53 t、鉬 2 900 t的生產(chǎn)能力。該礦區(qū)露天開采部分采用自上而下分層臺(tái)階式開采，露天開采部分分南坑、角巖2個(gè)工區(qū)，目前已開采至5 100 m水平。

2 高海拔對(duì)穿孔工序的影響

穿孔工序作為露天礦山開采的首道工序，其質(zhì)量、效率對(duì)礦山的設(shè)備選型、生產(chǎn)效率有至關(guān)重要的影響，甲瑪?shù)V區(qū)露天剝離開采過程中所使用過的阿特拉斯CDM75牙輪鉆機(jī)、阿特拉斯D7、阿特拉斯D9、山河智能SWDA200 1液壓鉆機(jī)、勤牛QND210、及國(guó)產(chǎn)多種型號(hào)分體式高風(fēng)壓潛孔鉆機(jī)，涵蓋進(jìn)口及國(guó)產(chǎn)典型鉆機(jī)，上述各類鉆孔設(shè)備在該礦山使用情況如下：

2.1 進(jìn)口牙輪鉆機(jī)使用情況

西藏華泰龍甲瑪?shù)V區(qū)現(xiàn)有2臺(tái)阿特拉斯CDM75鉆機(jī)，鉆孔孔徑250 mm，該型牙輪鉆機(jī)在使用過程中發(fā)現(xiàn)如下問題：①設(shè)備組裝及運(yùn)輸不便，廠家售后服務(wù)周期長(zhǎng)；②牙輪鉆機(jī)所需電力設(shè)施建設(shè)費(fèi)用高、難度大；③設(shè)備轉(zhuǎn)場(chǎng)時(shí)難度大，需要機(jī)械和人工輔助，高海拔地區(qū)作業(yè)人員體力嚴(yán)重不足，設(shè)備轉(zhuǎn)移效率低、耗時(shí)長(zhǎng)；④設(shè)備配件供應(yīng)保障條件不佳，西藏地區(qū)物流條件不理想，時(shí)常因個(gè)別配件發(fā)貨而影響設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)10 d；⑤設(shè)備購置時(shí)一次性投入高。隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，2臺(tái)牙輪鉆機(jī)難以滿足生產(chǎn)需求，該礦山以潛孔鉆機(jī)進(jìn)行彌補(bǔ)。

2.2 進(jìn)口液壓潛孔鉆機(jī)使用情況

在甲瑪?shù)V區(qū)一期工程牛馬塘采礦段（海拔約4 600 m）曾廣泛采用阿特拉斯D7、D9鉆機(jī)，設(shè)備效率及經(jīng)濟(jì)性均能得到保障。甲瑪?shù)V區(qū)二期工程開始后，為彌補(bǔ)牙輪鉆機(jī)生產(chǎn)能力空缺，施工單位將曾在該礦區(qū)牛馬塘礦段的阿特拉斯D7、D9鉆機(jī)移至二期工程角巖礦區(qū)（海拔5 100 m以上）使用，該類鉆機(jī)在此期間設(shè)備故障率大幅攀升，出勤率極低，配件及維修難以保證，最終全部棄用。

2.3 國(guó)產(chǎn)液壓潛孔鉆機(jī)使用情況

該進(jìn)口液壓鉆機(jī)使用不理想的情況下，曾試驗(yàn)性購買了3臺(tái)山河智能SWDA2000鉆機(jī)、2臺(tái)勤牛QND210鉆機(jī)，其中山河智能SWDA200鉆孔直徑150 mm，勤牛QND210鉆機(jī)鉆孔直徑115 mm，在使用過程中出了與阿特拉斯D7、D9同樣遇到故障率高、配件供應(yīng)部及時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)，廠家駐派工程技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)后仍未有效解決故障率高的問題。此外，相對(duì)于阿特拉斯D7、D9鉆機(jī)還存在地形適應(yīng)能力差、行走速度慢、油耗高等問題。

2.4 國(guó)產(chǎn)分體式潛孔鉆機(jī)使用情況

為節(jié)省投資的同時(shí)滿足生產(chǎn)需求，甲瑪?shù)V區(qū)南坑礦區(qū)（海拔5 000～5 300 m）大量使用國(guó)產(chǎn)分體式高風(fēng)壓潛孔鉆機(jī)，鉆孔孔徑110 mm，生產(chǎn)高峰期20余臺(tái)分體式高風(fēng)壓潛孔鉆機(jī)同時(shí)作業(yè)，在使用過程中發(fā)現(xiàn)該類鉆機(jī)配件通用性強(qiáng)、維護(hù)簡(jiǎn)單、配件通用性高便于儲(chǔ)備配件，能更好的保障鉆機(jī)出勤時(shí)間，雖然故障率未得到明顯改善，但由于鉆機(jī)數(shù)量多、維修周期短，所以該類鉆機(jī)在甲瑪?shù)V區(qū)取得了良好的應(yīng)用成果。

2.5 鉆機(jī)使用情況對(duì)比

不同類型鉆機(jī)使用情況對(duì)比分析見表1。根據(jù)表1的優(yōu)缺點(diǎn)分析對(duì)高海拔露天礦山鉆機(jī)的選擇提出如下建議：

表1 不同類型鉆機(jī)使用情況對(duì)比分析

1）電力充足、架設(shè)線路難度不高、資金充足的情況下，可選擇牙輪鉆機(jī)配合大型設(shè)備。若牙輪鉆機(jī)和其他設(shè)備不配套，可考慮使用其他中小孔徑電力驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)。

2）一般性質(zhì)高海拔礦山建議選用成熟度較高的進(jìn)口液壓潛孔鉆機(jī)，超高海拔（5 000 m以上）時(shí)選擇液壓潛孔鉆機(jī)應(yīng)事先進(jìn)行充分調(diào)研，確保設(shè)備性能適應(yīng)超高海拔氣象條件；

3）綜合設(shè)備經(jīng)濟(jì)性、生產(chǎn)能力等因素考慮，可采取使用多臺(tái)同型號(hào)國(guó)產(chǎn)分體式高風(fēng)壓潛孔鉆機(jī)，節(jié)約投資、縮短維修周期。

3 高海拔對(duì)爆破工序的影響

3.1 高海拔對(duì)火工品選擇的影響

4 000 m以上海拔地區(qū)氣候多變，雷電等氣象條件十分常見，應(yīng)盡量避免使用普通電雷管，選擇非電雷管或數(shù)碼雷管。導(dǎo)爆管雷管出廠時(shí)末端封閉，運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)后由于導(dǎo)爆管內(nèi)外氣壓差較大，在剪開導(dǎo)爆管內(nèi)部壓力急劇變化而向外產(chǎn)生一股微弱沖擊波，將導(dǎo)爆管內(nèi)壁猛炸藥帶離管壁，從而易導(dǎo)致導(dǎo)爆管傳爆中斷，在使用不當(dāng)情況下存在安全隱患。根據(jù)大量高原爆破施工經(jīng)驗(yàn)，使用導(dǎo)爆管雷管作為起爆器材的過程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1）在允許的情況下采用“大把抓”簇聯(lián)方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接。

2）在需要剪開導(dǎo)爆管時(shí)，應(yīng)緩慢剪開，剪開端口30 cm范圍應(yīng)分?jǐn)?shù)次剪掉后方可正常使用。

3）常用工業(yè)炸藥如粉狀乳化炸藥、乳化炸藥、膨化硝銨炸藥的威力、爆速等主要爆炸性能可能變化，但目前相關(guān)研究較少，需根據(jù)實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

3.2 對(duì)作業(yè)方式的影響

爆破作業(yè)人員在高海拔地區(qū)體力嚴(yán)重下降，因此應(yīng)作業(yè)人員應(yīng)適當(dāng)富余，新進(jìn)人員應(yīng)預(yù)留充足的時(shí)間適應(yīng)高原反應(yīng)。盡可能使人工運(yùn)輸炸藥工作量減小，有條件的情況盡量使用現(xiàn)場(chǎng)混裝車進(jìn)行裝藥。高原地區(qū)氣候多變，雷雨天氣隨時(shí)可能到來，應(yīng)盡量縮短爆破作業(yè)時(shí)間。

4 高海拔對(duì)裝運(yùn)工序的影響

4.1 高海拔內(nèi)燃機(jī)械裝卸、運(yùn)輸設(shè)備的影響

隨海拔的不斷升高，大氣壓強(qiáng)不斷下降，每循環(huán)進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)氣缸的空氣總量也隨之下降，直接導(dǎo)致內(nèi)燃機(jī)的燃燒惡化，其動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性能明顯惡化[9]。工程機(jī)械的維護(hù)和使用成本較平原地區(qū)較高，在設(shè)備選型時(shí)應(yīng)考慮高海拔對(duì)其功率的影響，增大設(shè)備型號(hào)使設(shè)備功率適當(dāng)富余、加強(qiáng)保養(yǎng)維護(hù)，如原計(jì)劃配備PC360挖掘機(jī)的可換為PC390或PC450挖掘機(jī)等方式來確保設(shè)備配置滿足生產(chǎn)需求，在設(shè)備保養(yǎng)時(shí)使用的機(jī)油、防凍液等須適應(yīng)高原使用條件。

考慮到高海拔地區(qū)一般都較為偏遠(yuǎn)，設(shè)備配件采購不易，因此在設(shè)備選型時(shí)盡量使用同型號(hào)市場(chǎng)保有量大的設(shè)備，以確保零配件便于采購和更換。

4.2 高海拔對(duì)電鏟的影響

在甲瑪?shù)V區(qū)二期工程中使用過2臺(tái)太重WK-12C挖掘機(jī)，經(jīng)過近兩年的使用和觀察發(fā)現(xiàn)，其功效相對(duì)于平原地區(qū)并沒有明顯降低，僅需適當(dāng)縮短保養(yǎng)周期、確保配件供應(yīng)。但高海拔地區(qū)電力配套設(shè)施也相應(yīng)較為落后，安裝費(fèi)用較高，在選用電力驅(qū)動(dòng)設(shè)備時(shí)應(yīng)著重考慮其綜合工程經(jīng)濟(jì)性。

4.3 高海拔對(duì)礦山運(yùn)輸?shù)挠绊?/p>

受高海拔地區(qū)地貌影響，道路常表現(xiàn)出陡坡、急彎多等特征，同時(shí)高原氣候多變，路面結(jié)冰、降水概率增多，汽車剎車淋水系統(tǒng)容易在道路上結(jié)冰，高海拔礦山道路修筑前應(yīng)充分調(diào)閱礦區(qū)地質(zhì)資料，主要道路需避免穿過滑坡、凍土、泥石流等不良地質(zhì)區(qū)域，當(dāng)必須穿越時(shí)應(yīng)采取預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害的措施并盡量縮短該段距離。綜合以上因素并結(jié)合甲瑪?shù)V區(qū)道路修筑經(jīng)驗(yàn)，高海拔露天礦山道路應(yīng)滿足如下要求：①條件允許情況下盡量使道路順直、減小坡度；②道路排水暢通，防止水流沖刷或積聚路面；③道路兩旁車檔必須加高加厚，采取加密避險(xiǎn)車道和會(huì)車道等措施防止路面結(jié)冰時(shí)出現(xiàn)異常情況；

5 高海拔對(duì)排土工序工序的影響

5.1 高海拔露天礦山排土場(chǎng)的地理位置

2013年3年29日西藏甲瑪二期角巖礦區(qū)排土場(chǎng)旁發(fā)生山體滑坡事故，塌方長(zhǎng)3 km，塌方量約2 00萬m3以上，83人死亡，造成重大經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。后經(jīng)調(diào)查專家組認(rèn)為這次滑坡災(zāi)害是在地形陡峻、巖石碎坡、冰雪凍融強(qiáng)烈等因素綜合作用下形成的一起特大型滑坡—碎屑流地質(zhì)災(zāi)害。

因此，在排土場(chǎng)的選擇上看似限制較少，但除遵守各相關(guān)規(guī)范的一般原則外，還要著重考慮當(dāng)?shù)刈匀簧鷳B(tài)環(huán)境、氣候特點(diǎn)、區(qū)域經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)，重點(diǎn)根據(jù)地形、冰雪凍融、雨雪季節(jié)等容易造成地質(zhì)災(zāi)害的因素進(jìn)行考慮。

5.2 高海拔地區(qū)對(duì)排土施工的影響

高海拔露天礦山的排土場(chǎng)一般具有落差較大、排土場(chǎng)下原地貌陡峭的特點(diǎn)。由于高海拔礦山往往受存在大量?jī)鐾?、雨雪交替、反?fù)凍融等因素影響，排土工序除遵守相應(yīng)規(guī)范的一般規(guī)定外，還應(yīng)做好排土場(chǎng)的排水及地表防滲系統(tǒng)，做到土石分齊、高土高排、低土低排，凍土單獨(dú)排放，以防止地表水滲入排土場(chǎng)和凍土在排土場(chǎng)內(nèi)容受氣候影響而反復(fù)凍融，從而引起排土場(chǎng)失穩(wěn)等問題。

結(jié)合高原地區(qū)施工特點(diǎn)，汽車運(yùn)輸-推土機(jī)排土工藝進(jìn)行推排，此舉是因?yàn)楦吆０蔚貐^(qū)人員體力、精力嚴(yán)重下降，采用汽車運(yùn)輸-推土機(jī)推排工藝與汽車直接排土相比可減少排土場(chǎng)工作人員工作量，更好的確保排土安全。

5.3 排土場(chǎng)監(jiān)控

根據(jù)西藏多個(gè)礦山排土場(chǎng)觀測(cè)經(jīng)驗(yàn)表明，高海拔地區(qū)排土場(chǎng)易出現(xiàn)排土場(chǎng)裂縫、沉降等現(xiàn)象，在交接班時(shí)應(yīng)安排專人對(duì)排土場(chǎng)沉降進(jìn)行記錄和處理，甲瑪?shù)V區(qū)排土場(chǎng)引入的雷達(dá)邊坡檢測(cè)在應(yīng)用中取得較好效果，有條件礦山可考慮人工監(jiān)控和雷達(dá)檢測(cè)相結(jié)合的方式進(jìn)行排土場(chǎng)檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理排土場(chǎng)出現(xiàn)的異常情況。

6 其他影響

1）高海拔地區(qū)對(duì)人工費(fèi)用的影響。高海拔地區(qū)礦山較為偏遠(yuǎn)，通常當(dāng)?shù)芈毠け壤^少，加上環(huán)境氣候的特色性，因此用工成本大幅上升。多年高原施工經(jīng)驗(yàn)表明：海拔4 300 m以上工人工資較內(nèi)地同等崗位上升一倍以上，人員配置需增加20%～50%，由此造成的費(fèi)用增加是高海拔露天礦山施工過程中不得不考慮的因素。

2）對(duì)職工住宿的影響。宿舍區(qū)或臨時(shí)聚居點(diǎn)應(yīng)盡量避開易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的區(qū)域，同時(shí)西藏地區(qū)供暖較為困難，一般普通彩鋼板房很難抵御高原地區(qū)的寒冷氣候，人員長(zhǎng)期居住在高海拔地區(qū)對(duì)身體損害較大。因此，在宿舍及辦公區(qū)域選址時(shí)，應(yīng)考慮場(chǎng)地開闊、海拔較低地方，同時(shí)統(tǒng)一考慮集中采暖和供水等問題，房屋結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量避免采用簡(jiǎn)易彩鋼板房結(jié)構(gòu)，以提供良好的住宿及辦公環(huán)境。

3）預(yù)防高原反應(yīng)的發(fā)生。高原反應(yīng)的發(fā)生根據(jù)不同人的體質(zhì)情況有較大區(qū)別，在宿舍及辦公區(qū)域應(yīng)常備預(yù)防高原反應(yīng)的急救藥品和車輛，新進(jìn)員工必須有足夠的適應(yīng)期方可安排工作，工作繁重程度宜由輕到重逐步增加，對(duì)不能適應(yīng)高原氣候的員工應(yīng)堅(jiān)決遣返。高原工作時(shí)間較長(zhǎng)員工應(yīng)定期回調(diào)養(yǎng)，確保身體健康。

7 結(jié) 論

高海拔地區(qū)人員工作效率較低，需要有足夠的人員配置；機(jī)械設(shè)備損壞率較高，高原氣候?qū)?nèi)燃機(jī)性能影響較大，條件允許時(shí)多采用電力驅(qū)動(dòng)設(shè)備，保證其他內(nèi)燃機(jī)械設(shè)備的出勤率；高海拔地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，應(yīng)盡量避免不良地質(zhì)條件，實(shí)在無法避免時(shí)需采取相應(yīng)措施確保安全生產(chǎn)。

高海拔露天礦山采剝工程施工中，應(yīng)著重考慮高海拔氣候、地理環(huán)境等因素對(duì)人員、機(jī)械、材料供應(yīng)的影響，保證人員的輪替和穩(wěn)定，選用合適的機(jī)械設(shè)備和材料及配件供應(yīng)商確保生產(chǎn)能力，時(shí)刻注意高海拔不良地質(zhì)、氣候因素對(duì)施工過程的影響并采取相應(yīng)措施。

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【責(zé)任編輯：陳 毓】

Effect of high altitude on mining and stripping in Open-pit Mine

ZHAO Yun1,LIU Bin2
(1.Sichuan Zhongding Blasting Engineering Co.,Ltd.,Ya'an,625000,China;2.Bejing Zhongkeli Blasting Engineering Co.,Ltd.,Bejing 101300,China)

The mining and stripping has lower efficiency in plateau.Researching the effect of high altitude on the drilling,blasting,excavation,dumping has great significance for scientifically organizing production and increasing production efficiency in high altitude open-pit mine.

high altitude;open-pit mine;mining;stripping

TD824

B

1671－9816（2017）07－0009－04

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.07.003

趙云，劉斌.高海拔對(duì)露天礦山采剝施工的影響［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（7）：9-12.

2017-03-04

趙 云（1989—），男，四川南充人，2011年畢業(yè)于西南科技大學(xué)應(yīng)用化學(xué)（含能材料方向）專業(yè)，主要從事露天礦山開采及爆破工作。