露天矿山道路设计及施工

点击次数:   更新时间:2020-10-24 04:14     作者:365真人游戏

  露天矿山道路设计及施工_交通运输_工程科技_专业资料。露天矿山道路设计及施工

  ISSN 1671—2900 CN 采矿技术第12卷第3期 Mining Technology,V01.12,No.3 43—1347/TD 2012年5月 Mav 2012 露天矿山道路设计及施工 邱锦标 (江西铜业集团公司德兴铜矿, 江西德兴市334224) 摘要:总结了露天矿山运输道路设计施工的路基、路面结构,曲线段,纵断面设计及道路 定线与养护等技术要点。根据德兴铜矿生产实践,合理优化设计其主干运输道路,提出其 具体施工方案。该设计道路线路衔接平稳,变坡均匀自然、路面平整耐磨、合乎规范,保障 了车辆工作效率。 关键词:露天矿山;运输道路;道路设计;道路养护 德兴铜矿为特大型露天矿山,年采剥总量达到 1.24亿t。采区运输道路的修筑和养护影响运输车 辆的各项经济指标和使用寿命。为了使运输道路的 设计符合规范、指导道路养护、保障车辆工作效率、 降低运行成本,根据德兴铜矿采区运输道路现状和 道路质量对汽车运输的影响及存在的问题进行分 析。提出露天矿山道路设计与施工方案。 方法外,地面积水和地表水拦截和引导也十分重要。 路基的施工根据地形而异,按其断面形式可分为填 方路基、挖方路基和半填半挖方路基3种。路基横 断面主要参数有路基宽、路面、路肩横坡、路基边坡 和排水纵坡等。 表1露天矿山道路等级 1道路分类与技术等级 露天矿山的道路与一般道路比较,具有断面形 状复杂、线路坡度大、转弯多、运量大、曲率半径小、 车辆载重大等特点。因此,要求道路结构复杂,在一 定服务期问内应保持相当的坚固性和耐磨性。露天 矿山道路按用途可分为生产型和运营型两类,前者 主要运送矿石、岩土,后者属于一般辅助公路(联络 公路)。 生产型道路按其服务期限可分为固定道路、半 固定道路和临时道路。固定道路是指采区出入沟及 地表永久性公路,服务期限均为3 a以上;半固定道 路是指通往采矿工作面和废石场排放点的道路,服 务期限为l~3 a;临时公路是指采掘工作面到主运 输线的连接道路,这种道路由于线路不断移动,一般 不修筑路面,只需适当整平、压实即可. 露天矿山道路按行车密度、行车速度和年运量 可分为3个等级,见表1。 善曩矿山规模与道路性质琴薯芋篇鬻设爻笛季度 lI Ill 中型露天矿山固定干线 中小型曼吞笙尝固定干 线 路基宽度由路面宽度和路肩宽度组成。路面宽 度(行车路面宽度)与自卸汽车外形尺寸和行车速度 有关,车辆高速行驶时不能保证汽车行驶在路面中 线,而足沿着路面中心线的一边摆幅前进,会车时两 车问就要有一定安全问距。 路面的横断面形状一般有镰刀形、槽形和半槽 形,通常形成路拱,即路面中心线部分最高,逐渐向 两侧低斜,路面横坡便于流出路面雨水,坡度以保证 运输车辆的稳定性为原则。根据路面类型不同而设 置相应路面横坡值,如水泥路面为1%~1.5%,碎 石路面为1.5%~4%等。降雨量大的地区采用上 限值,路肩横坡一般比路面横坡大1%~2%,在少 雨地区可减至0.5%,甚至与路面横坡相平。 路基边坡应根据当地地质、水文条件、筑路材料 2道路路基与路面结构 2.1道路路基 露天矿山道路质量在很大程度上取决于路基的 稳定性。影响路基稳定性的因素除地质条件、施工 和施工方法来确定。路基边坡一般为1:1.5或l? 1.25;路堑边坡一般为1:0.5或1。1.5。 路基排水纵坡可根据地形,地质及线路设计、排 水涵管布置等条件综合考虑。排水设施一般采用路 万方数据 邱锦标}露天矿山道路设计及施工 43 边沟,截排水沟、排水盲沟,埋设涵管等。上述各种 沟道的纵坡倾斜不应小于0.2%。 2.2路面结构 根据运输载荷车辆的工作状况不同,路面可分 为柔性路面和刚性路面两类。柔性路面包括沥青碎 石路面、碎石与土结合的粒料路面、块料铺砌路面和 各种加工土路面。柔性路面容易产生剩余变形。车 (2)曲线段超高。汽车行驶在曲线段上受离心 力的作用,使汽车向曲线外侧滑或倾斜,为此通常将 外侧路面加高,这称为曲线外侧超高。平直线段路 面的横断面常常是双向倾斜,当其与曲线段相接时, 横断面由双倾斜逐渐过渡到单向烦斜,这一过渡路 段称为缓和曲线段,其外侧逐渐超高。向转弯内侧 倾斜的单向坡面与路面的水平产生的夹角称为超高 横坡。超高横坡一般为2%~6%,最大不超过 lo%。具体值根据道路车速、平曲线半径、路面类型 和气候条件等因素来确定。不同车速与平曲线半径 的超高横坡值不同,见表3。 表3不同车速与平曲线半径的超高横坡值 辆运行次数越多,变形问题越大,未破坏前发生剩余 变形小,且路面强度不够,容易变形、破坏。刚性路 面一般是水泥路面和沥青浇筑路面,修筑工期长、成 本高。 露天矿山道路路面可分为4级:高级路面,如水 泥混凝土路面、整齐的块石和条石路面;次高级路 面,如黑色碎石路面、沥青灌入碎石路面和沥青表面 处理路面;中级路面,如砌石路面;低级路面.如粒料 加固土路面。 路面结构分为单层和多层2种形式。单层路面 是在路基上铺垫单一面层,而多层结构则铺有面基 层、垫层和面层3层。各层材料的变形量值,自上而 下逐层减少,而其厚度则应自上而下逐层加厚。 路面类型及结构对于自卸汽车运营具有重要影 响,见表2。秉着经济的原则,路面类型应根据投资 偿还期限及运营费用的经济性选择,同时考虑运输 线路服务年限、汽车车辆类型、就地取材等条件,经 过分析进行确定。 表2汽车经济运营与路面类型关系系数 (3)路面曲线段加宽。汽车在曲线段上行驶 时,各车轮所处的位置不同,轮胎运行的曲线半径也 不同,后轴内侧车轮的转弯半径最小,前轴外侧车轮 的转弯半径最大。因此,行车路面的宽度需加大(一 般在内侧加宽),增宽部分称为曲线段加宽。加宽应 从直线段末或缓和曲线段开始,逐渐加宽至圆曲线 部分。若公路两侧路肩各为2 m,且路面加宽不到1 m时,路基可不加宽;若路面加宽大于1 m时,路基 加宽应按内侧路肩宽度不小于1 m计算。 (4)线路连接。包括直线段与曲线段相连接和 相邻两平曲线种。直线路段与曲线路段的 连接,为使运输汽车平衡通过曲线道路的平面要素 道路由直线和曲线段组成。线路平面要素包 括:道路曲线半径、切线长度、曲线长度、外矢距、曲 线段超高、曲线段路面加宽、线路连接、视距、回头曲 线)道路曲线半径。线路的曲线半径是根据汽 车结构特征而定的,道路最小曲线半径应大于汽车 的最小转弯半径,根据汽车轴距、路面横坡和汽车正 常运行速度来确定。按照曲线段汽车运行产生的倾 覆离心力和曲线段超高引起的下滑力平衡的原理 导出。 与曲线之间应设置缓和曲线路段。相邻两平曲线路 段连接,相邻两同向平面曲线路段不设超高横坡或 所设超高横坡相同时,可以直接连通}当路段超高横 坡不同时,中间需要按两相邻超高横坡之差设置超 高缓和线段。相邻两反向平曲线路段不设超高时? 中间设不小于自卸汽车长的直线段,条件困难情况 下可不设置直线段,但必须减速运行;两相邻反向平 曲线段均设超高时,中间应有不小于两超高缓和段 长度的直线)视距。即司机在行车时能看到前方路面、 车辆或道路上障碍物的最短距离。视距可分为停车 视距和会车视距。其在各级公路上的最小视距见表 万方数据 44 采矿技术 4。弯道内侧的建筑物、树木、路基边坡或其他障碍 物尽可能清除,保证车辆行车安全。 表4露天矿山汽车在各级公路上的最小视距 上坡时,需在变坡点设置凹形竖曲线I由上坡转向下 坡时,需在变坡点设置凸形竖曲线竖曲线)回头曲线。有时受地形和采场长度限制, 需迂回修筑公路,用锐角转折,即弯道布置在夹角之 外,这种弯道称为回头曲线。回头曲线又有对称与 非对称回头曲线道路定线与施工 在道路设计中,首先要根据作业现场进行定线, 按设计的线路参数施工,施工技术应保证曲线段外 侧超高,内侧加宽,合理确定线路连接与视距等。 线路纵断面要素 线路的纵断面是计算线路的填挖方量及线路在 露天矿山采区内拟定线路要考虑开采境界、边 坡稳定。露天矿采场出入沟口的位置与标高是一个 重要控制点,其标高应与矿岩卸载点标高和地形相 适应。优化线路系统可有多个方案,经比较后选择 最佳方案,然后具体确定线路,主要控制道路纵坡。 在深凹露天矿中,确定线位自上而下进行,根据开采 设计提供的台阶高度、运输平台宽度、台阶开采终了 坡面角和道路纵坡等数据逐段进行计算与设计。线 路密集区段必须综合考虑道路群的平、纵关系及排 水、护坡。 道路定线方法一般采用“零点法”,即按照拟定 的线路和走向,采用一定的纵坡,沿地形等高线或采 区内台阶等高线找出道路中心线的填挖高度等于零 垂直向上的合理衔接,线路纵断面由水平线、倾斜 线、凹竖曲线、凸竖曲线及不同坡度的连接线组成。 两相邻不同坡度线的相交点称为变坡点,变坡点应 分别设置凸形或凹形竖曲线)最大允许纵坡。如纵坡过大,汽车上坡时 长久使用低速档,水箱里的水温升高甚至沸腾,油管 易于“气阻”而产生发动机熄火,卡车机械损耗加剧; 下坡时,重车制动困难,制动器急剧升温,刹车次数 多使轮鼓发热制动失效而产生安全事故。纵坡过小 时则会使线路增长、土方工程量增加、基建费用增 多,各级公路的最大允许纵坡为:I级6%,Ⅱ级 8%,Ⅲ级10%。 (2)限制坡长。为防止汽车在长陡坡段上运行 时发动机和制动器过热而发生故障,根据生产现场 对道路设计坡段长度做出限制。当纵坡坡度f为 5%<i≤6%时,限制坡长L不大于800 m。 的点,再将各零点连成一线,调整此线的平纵断面, 确定出线位。由于露天矿山道路路基大部分处于挖 方地段,“零点法”往往就在路基边缘线,而不是道路 中心线,要把边坡的稳定情况考虑进去,因此该法只 能作为确定线)纵坡折减。当平曲线 m时,该平 曲线予以折减速。高原地区 各级公路的纵坡折减值视海拔高度而异,海拔在 5000 6道路通过能力与运输能力 道路通过能力取决于单位时间内通过线路特定 地点的最大汽车数量,其与行车线数量、路面质量与 状态、汽车运行速度以及安全行车间距有关。汽车 行车速度直接影响道路通过能力。自卸汽车运输能 m以上减3%;海拔为4000~5000 m时减 2%;海拔为3000~4000 m时减1%,最大纵坡折减 后,其值小于4%时,仍取用4%。 表5平曲线纵坡折减 平曲线半径/m纵坡折减/% 15 20 25 30 4.0 平曲线半径/m纵坡折减/% 35 40 力取决于汽车的载重量、运输周期和每班的作业计 时等。利用安装在汽车上的自动计量监测系统可以 掌握汽车的装载量,提高汽车的运输效率。 2.0 t.5 1.0 0.5 3.5 3.0 2.5 45 50 7道路养护与防尘 道路养护在于保持路基、路面和构筑物的完好 (4)竖曲线。车辆在两相邻曲线段由下坡转为 万方数据 邱锦标。露天矿山道路设计及施工 45 状态,以保证卡车运行安全,避免汽车轮胎和道路的 过度磨损。做好路基排水、清扫排水沟、平整路肩、 清除路面撤落物等使之平整;在砾石道路上撒细粒 碎石或粗粒砂防滑;在冬季要防止路面结冰,防止冰 冻的化学方法是使用氯化纳及氯化钙水溶液,冰冻 温度可分别下降为--221.2℃和--55℃。 公路维修包括小修、中修和大修。小修包括紧 急修补路基、路面及线路环境;中修包括恢复磨损路 面、排水沟.加固路肩、整理线路坏境等;大修包括恢 复路基及道路所有磨损的部分及构筑物。 露天矿山粉尘污染在空气中的含尘量可达 600~900 mg/m3,大大超过环保标准,降低了汽车 随着德兴铜矿自卸汽车的载重量不断增大与车 辆总数的增多,自卸汽车运行密度大大提高,同时, 在大气降水和重力作用下,护堤高度逐渐沉降,其断 面由三角形变成半椭圆形,从而实践得出道路护堤 参数为:运输公路护堤坡面角37。、运行速度小于50 km/h的空车和小于20 km/h的重车,考虑到汽车 侧向稳定性而不计护堤消极高度,汽车运行轨迹和 护堤基底线 m。 8.4道路的养护工作 露天开采中运输成本占很大比重,主要是汽车 的燃料费、轮胎费和维修费,降低这些费用的办法即 做好道路养护。平整光洁的道路,汽车循环时间缩 短30%左右,载重量也增加2%,一个运输循环的燃 油耗量下降20%,吨运量的燃油消耗量下降35%。 大型振动压路机与机动平路机配合修成的路面良 好,修整出的排水坡度及路面形状规范,利用大型振 动压路机压实的排土也比推土压实取得更好的效 果。总之通过使用大型压路机、平路机、推土机等设 备进行道路、排土场、工作面的养护和压实工作,可 使汽车运输费用降低21%,道路维护费降低37%, 矿山成本降低23%。 路面积水对路面损坏极大,雨季是道路养护最 难的季节,排除路面水更重要的是要将道路下层结 构中的水排掉。南非CON—AID公司生产的非粘 结性防水荆可将容易打滑的砾石路面改变为适合各 种天气的坚固路面,使道路养护平整工作减少,减少 道路扬尘,节省汽车运输和料石消耗的费用,降低轮 胎的磨损与消耗。使用标准的洒水车将CON— AID防水剂以水溶液的形式喷洒在翻松的路面上, 该溶液与路基材料混合,平均浸入厚度150 mm。 运行的安全性及运行速度,特别是加速了发动机的 磨损。粉尘防治的方法是向道路洒水,铺设灰尘少 的路面,对碎石、砾石及土质路面则用吸水盐类和有 机胶结材料进行处理。 8德兴铜矿露天运输道路设计应用 8.1道路最佳坡度 经研究在不同的滚动阻力值条件下,一辆满载 汽车在爬上一定高度时运输道路坡度的变化对运输 时问的影响。及对卡车运输费用的影响,得出道路的 最佳坡度大约为7.5。,这个数值一般与滚动阻力或 爬坡高度无关。根据运行时间值比相应的最小值大 5%,则得出坡度范围为6.5。~9.5。;如果大于10% 时,则坡度范围扩大为4.9。~lO.2。。 出于安全考虑,运输道路坡度不应超过5.7。, 采用这种坡度时,运输时间绝对不能高于正常值的 7%。 8.2运输道路合理优化 运输道路受矿山设计的影响,矿山设计决定道 路参数,如坡度、运输布置、曲线与折返线。运输道 路路面平整度与滚动阻力是2个关键问题。运输汽 车行驶在坑洼和颠簸路段时轮胎、悬挂装置、固体结 构和动力装置受到冲击。该冲击力与车辆总重量呈 线性关系,并随汽车速度呈幂次增加的趋势。这些 冲击力导致轮胎费用上升,缩短了汽车使用寿命。 滚动阻力也影响汽车的轮胎磨损和开裂,降低 车辆的生产力、增加成本。滚动阻力一般用“等值坡 度”来表示,滚动阻力增大时汽车减慢,同时效率降 低、燃油消耗上升。道路的修补和保养可降低轮胎 滚动阻力。 8.3汽车运输道路护堤参数 溶液与土壤发生化学反应,使土壤处于疏水状态,不 再吸水,路面全年都不会杨尘,且路基不怕水泡。 9 结 论 根据以上露天矿山采区道路设计与养护技术要 求,得出德兴铜矿主干运输公路设计具体方案为:电 动轮使用柔性路面.路宽30 m、纵坡8%、横坡2%~ 4%、综合坡度小于12%}凹型竖曲线TI;弯道超高 2%一6%,曲线 m,挖空区、弯道挡 墙防撞放置废旧电动轮轮胎;水沟为。V”型,自然成 万方数据 46 采矿技术 形,宽1~2 m;分车骑墙为梯形,高1.3 m、底宽2.5 m;松方垫层厚2.2~2.5 m、实方垫层厚1~l-2 m。 断研究和探索。 参考文献: 经生产实践,德兴铜矿露天开采主干道路线路 衔接平缓、顺畅,路面中心起拱,变坡均匀自然;路基 料石中线混配、大块剔出、一次成型,路面细料多压 多翻、磨耗层厚且胶结;内侧视距远直、清净,外侧超 高按设计值;路侧水沟顺势,跨路水管宜深埋;能做 到旱季防尘、雨雪防滑、春季防雾,仲夏防塌;且路标 清晰、明确,安全道“顺”。该运输道路的设计符合规 范,保障了车辆工作效率,降低了运行成本。随着露 天矿山规模增大,车辆吨位加大,对运输道路的要求 更高,道路的参数也在变化,在今后的工作中仍需不 [1]陆鼎中,程家驹.路基潞面工程[M].上海:同济大学出版杜? 1999. [2]董国贤.水山公路隧道[M].北京;人民交通出版社,1984. [3]李宝祥,等.金属矿床露天开采EM].北京,冶金工业出版社? 1986. E4]曾国熙。等.地基处理手册[M].北京。中国建筑工业出版社, 1988. [sJ中国矿业学院.露天采矿手册(第六册)EMJ.北京:煤炭工业 出版社,1987. (收稿日期:2012—02—08) 作者简介:邱锦标(1968一),男,江西信丰人,采矿工程师,从 事矿山工程设计与施工。 (上接第6页l 送至采场顶部,分次充填至接顶时为止。‘充填料中 的水由预先安设好的脱水软管滤出,流经中段运输 平巷水沟排出。 3.7顶板维护和管理 采场在一步骤矿房回采时,允许暴露顶板岩体 部分坍塌,形成上覆岩层,最终部分充填采空区,待 采场底柱回采完毕后,再补充充填剩余空区。因此, 一般不对采场顶板岩体作特殊支护,只是通过加快 回采速度、减少顶板暴露时间来控制顶板岩体坍塌 规模,同时通过控制均匀出矿降低采场出矿贫化率。 3.8主要技术经济指标 经L1912采场、L1913采场回采出矿期间的原 始统计资料分析,得出该采矿方法主要技术经济指 标,见表2。 表2采矿方法主要技术经济指标 期目标。 (2)采用下盘脉内采准、分步顺序回采、上向中 深孔挤压爆破崩矿、铲运机底部集中控制出矿、阻波 孔保护关键工程、嗣后全尾砂非胶结补充充填等综 合工艺,实现了复杂难采矿体的安全、高效、低成本、 低贫损开采。 (3)工业试验中获得的采场综合生产能力 223.6 t/d、采矿损失率5.19%、采矿贫化率9.25%、 千吨采切比40.38 m3/kt、采矿直接成本36.65元/t 的技术经济指标,与国内同类矿山相比先进。 (4)通过采用分步骤回采矿房和临时底柱工 艺,不仅使矿房回采的贫化损失率得到有效控制,同 时,临时底柱矿石在覆盖岩下出矿得到安全回收,使 整个采场的采矿综合损失率和贫化率指标大为降 低,为采空区创造了实行低成本全尾砂充填的条件。 参考文献: [11麻风海,范学理,王泳嘉.岩层移动动态过程的离散元分析 03.煤炭学报,1996,21(4)I 388?392. [2] 每米炮孔崩矿量凿岩台效凿岩工效出矿台效采矿直接成本 黄应盟.胡建华,陈庆发,等.破碎环境下空区结构形变的尺寸 效应研究口].采矿技术,2009,9(2);15—17. [3]古德生,李夕兵.现代金属矿床开采科学技术[M].北京:冶金 工业出版社.2006. E4]钱鸣高.石平五.矿山压力与岩层控制EM].徐州t中国矿业大 』!!竺! 4.45 !!!!鱼竺!!!!三壅!!!!鱼笙! 267 !!垂!旦 36.65 133 95 4 结 论 学出版社,2003. [5]李爱兵.缓倾斜层状矿体崩落步距的Mathews稳定图方法研 (1)山东黄金昌邑矿业有限公司莲花山矿区采 用两步中深孔联合采矿法,确定采场结构参数和中 深孔爆破参数,并采用下盘脉内采准、中深孔挤压爆 破崩矿、铲运机底部集中出矿和嗣后全尾砂充填等 综合工艺,有效解决了其矿岩不稳固甥§倾斜多层复 合难采矿体开采技术难题,配套工艺简单方便、实用 性强,采场结构与参数合理,作业效率高,达到了预 究[J].中国矿业,2007(2):67-69. [6]刘玲平.大型复杂采空区处理方法的研究和应用口].采矿技 术,2008,8(1):75—77. [7] 吕淑然,刘红岩.岩石破坏的损伤——断裂理论口].有色金属 (矿山部分),2007(3):35-38. (收稿日期:2012—02—19) 作者简介I孟祥凯(1975一),男,山东章丘人,工程师,长期从 事地下采矿生产技术管理工作,Email:mxklOlO@126.corn。 万方数据 露天矿山道路设计及施工 作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 邱锦标 江西铜业集团公司德兴铜矿,江西 德兴市,334224 采矿技术 Mining Technology 2012,12(3) 参考文献(5条) 1.陆鼎中;程家驹 路基、路面工程 1999 2.董国贤 水山公路隧道 1984 3.李宝祥 金属矿床露天开采 1986 4.曾国熙 地基处理手册 1988 5.中国矿业学院 露天采矿手册 1987 本文读者也读过(10条) 1. 蒙征江 深孔台阶爆破大块率较高的原因及控制措施浅析[期刊论文]-采矿技术2012,12(3) 2. 王文波.薛思读.王建国 回采炮孔布置形式规范化研究[期刊论文]-采矿技术2012,12(3) 3. 拉兹博士.席浩发.景遥.唐德宝 露天采矿工艺CO2排放情况及能效计算方法[期刊论文]-矿业装备2012(6) 4. 姬书清.李建忠 “束状孔交错拉底深层震动诱导崩落”采矿法的试验和应用[期刊论文]-中国矿山工程 2012,41(3) 5. 易欣 无轨设备引领地下采矿技术的新变革[期刊论文]-矿业装备2012(4) 6. 刘育明 自然崩落法的发展趋势及在铜矿峪矿二期工程中的技术创新[期刊论文]-采矿技术2012,12(3) 7. 鲍海文 特大型钼钨多金属矿地下开采方案探讨[期刊论文]-现代矿业2012(4) 8. 白伟现.何荣兴.宁智华 北沼河铁矿转段期加快采掘的技术研究与实践[期刊论文]-现代矿业2012(5) 9. 饶绮麟.高孟雄 无轨采矿技术与无轨设备的新发展[期刊论文]-矿业装备2012(4) 10. 张金凯.张明.Zhang Jinkai.Zhang Ming 局部厚大矿体采矿法的综合应用[期刊论文]-金属矿山2012(4) 本文链接:


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