辛喜林 许泾川 张虎林

（中国水利水电第三工程局有限公司，陕西 西安 710024）

随着国际上水电站建设规模的不断扩大，碾压混凝土重力坝已成为重要的坝型选择，然而工程所在地往往存在天然砂砾料匮乏，则人工砂石骨料是水电站工程的主要原材料来源。生产人工骨料需要选择合适的毛料场，料场选择、规划设计、爆破技术、开采管理等成为施工资源及成本控制的重要工作，本文结合几内亚苏阿皮蒂水利枢纽工程大型辉绿岩石料场开采相关背景，对石料场开采规划和管理进行分析，为后续辉绿岩石料场开采施工提供参考和借鉴。

1 工程概括

苏阿皮蒂水利枢纽坝址位于孔库雷河中游，电站正常蓄水位210m，水库总库容74.89亿m3。工程拦河大坝为碾压混凝土重力坝，共52个坝段，坝顶高程215.5m，最大坝高120.0m，坝轴线长1164m。枢纽工程混凝土总量约360万m3，其中碾压混凝土约300万m3，常态混凝土约60万m3。本工程共需生产粗、细成品骨料约937万t，计算开采毛料约431万m3（自然方）。

2 辉绿岩石料场规划设计

苏阿皮蒂石料场选定电站左岸下游约2km的辉绿岩石料场，位于坝址下游河流转弯处的两条冲沟之间。地貌上为低山丘陵区，自然坡度14°～20°，料场分布高程120～216 m。石料场储量较丰富，无地下水出露，施工场地开阔。石料场揭露分别为腐殖土、铁帽层、粘土质砾或含砾粘土、粉质粘土或粘土、砂岩、古生代辉绿岩、砂岩。

本工程人工骨料要求采用辉绿岩人工骨料，共需生产粗、细成品骨料约937万t，计算开采毛料约431万m3（自然方），根据石料场勘探成果资料，确定SMK155.0m为辉绿岩与砂岩的分界面，以此作为终采高程，经计算，料场的石料储备丰富并满足工程需要。

根据以往石料场开采经验，通过骨料用量推算毛料需求量，以此来确定石料场开采范围。结合人工砂石加工系统布置位置，避免石料场爆破对砂石加工系统产生破坏，考虑毛料运输道路布置尽量平缓，结合辉绿岩储量高程范围，确定石料场占地面积约20万m2，开采最大高度约60m，无用料剥离厚度为15～25m，对应无用层剥离量约370万m3，剥采比0.86。辉绿岩石料分层开采高度为10～12m，分四层开采完成，每层设马道宽度为3m，顶部覆盖层剥离开挖坡比为1∶1.5，辉绿岩石料开采边坡坡比为1∶0.3。

3 辉绿岩石料场开采

3.1 覆盖层剥离及无用料剔除施工

苏阿皮蒂石料场上部覆盖层及无用料有：腐殖土、铁帽层、粘土质砾或含砾粘土、粉质粘土或粘土。苏阿皮蒂石料场在2016年4月完成规划设计，开始无用料的剥离施工，石料场开采面积大，无用料剥离量也较大，计划在2017年3月开始供应毛料，2017年6月完成覆盖层及无用料的剥离施工，剥离作业平均月强度为28.5万m3。

腐殖土剥离采用SD22推土机直接推除，集中堆放在一起后采用反铲或装载机挖装，自卸车运至1#渣场指定区域堆存，预留至后期做料场开采面地表环境恢复使用；铁帽层采用钻爆开挖，主要以松动爆破为主，根据不同高程处的铁帽地质特性差异，炸药单耗取值为0.2～0.3kg/m3范围内，爆破后用反铲挖装并采用自卸车运至1#渣场弃渣；粘土质砾或含砾粘土、粉质粘土或粘土均可用反铲直接挖除，按3～4m分层开挖，砂岩采用推土机配合反铲直接挖装，开挖弃渣料均运至1#渣场堆放。

3.2 毛料开采

石料场毛料开采采用自上而下分层梯段开挖，根据混凝土月生产强度推算砂石骨料加工强度，毛料开采高峰期强度按22万m3/月设计，梯段分层高度按10～12m控制，爆破孔梯段高度均为12～14m，单次爆破面积为2000m2～3000m2。为了保证钻孔爆破质量和爆破后毛料块度的均匀性，经多次爆破试验，最终确定采用深孔梯段挤压爆破技术，采用大孔距、小排距、小孔径、耦合装药与不耦合装药结构相结合的爆破参数设计，因雨季受天气影响混凝土浇筑量偏少，石料场采用超前爆破堆存毛料，为旱季高强骨料生产提供充足的毛料。同时，为保证每茬爆破后不对后部岩体产生破坏，每茬爆破区周边孔均采用光面爆破保护。

表1 辉绿岩石料深孔梯段挤压爆破参数表

4 辉绿岩石料开采管理

4.1 前期规划管理

在前期石料场规划阶段，采用招标文件中技术条款提供的石料场地质勘查结果进行规划设计，因石料场所在区域属于原始灌木林，植被茂盛，为保证石料开采质量，项目部进场后进行了二次勘探，发现石料场靠河侧无用料厚度达43m，且揭露的辉绿岩厚度为15m，项目部及时调整规划区域，将石料场向西边偏移，开口方向调整为西侧（即顺河流方向），补充钻孔勘探发现无用料厚度为15m～20m，辉绿岩厚度30m～43m，大大减少了无用料的剥离量和开采面积，开采后发现调整后的开采区域揭露石料完整，几乎无夹层及层理密集带。

4.2 毛料开采排水管理

石料场所在区域地貌上为低山丘陵区，自然坡度14°～20°。几内亚常年分雨季和旱季，基本是各半年，雨季雨量大且集中，持续时间长达半年之久，石料开采要经历3个雨季，为保证石料场开采边坡稳定和施工安全，需设置完整的排水系统。

石料场主要来水有：降雨、地表渗水、施工用水等，由于石料场所在山体较大，且高于河道，主要是做好地面降雨雨水排放及地表渗水引排。为此，首先在石料场开挖开口线5m外用反铲挖2m宽1m深截水沟，且在开口附近堆砌1m高挡水墙，将地面降雨截断引排至河道中，同时，加强排水沟的维护，雨季之前疏通排水沟，保证排水畅通；其次按开采面梯段高度预留马道，做浆砌石排水沟引排地表渗水及边坡降水；再次开采梯段大面按外地内高控制，形成自然排水效果。

4.3 毛料质量控制

毛料质量是人工砂石骨料质量的基础，因苏阿皮蒂人工砂石加工系统设计为干式生产工艺，对毛料质量要求很高，需在石料开采过程中严格控制质量。在实施过程中，石料场质量控制的重点有：一是防止混料，二是控制毛料粒径。

本工程石料场开采揭露辉绿岩岩体较完整，无夹层现象，防止混料的质量控制就集中在无用料与石料的结合层及每个梯段运输车辆通行道路上。主要采用在无用料开挖完成后，石料爆破钻孔前，对工作面用反铲和人工进行清理，经项目部质检人员和监理工程师验收合格后方可开钻。

本工程砂石加工系统粗碎鄂破的最大进料粒径为820mm，为了保证设备正常可靠运行，石料场毛料粒径控制在800mm以内，爆破后超径石控制在1.5%以内。采取的具体措施有：一是通过爆破试验，调整爆破参数，控制大块率；二是在挖装过程中，要求反铲操作手负责超径石的检查，装车前对毛料中超径石进行挑选，单独堆放，集中用破碎锤破碎或二次解爆；三是在毛料爆破后检查毛料料堆表面的超径石情况，发现集中超径石立即进行二次解爆处理。

4.4 环境管理

旱季开挖施工因天气炎热，施工设备及车辆施工过程中产生的灰尘污染较重，采取人工对生产料及施工道路的洒水、降尘，有效的控制污染，保证生产料的合格。

4.5 工作面合理布局管理

根据设计规划，结合石料场场结构面测量调查结果，为满足生产要求，剥离覆盖层从南至北划分两个区域；有效开采量南北414米，东西260米，从东至西划分3个开挖区域（A、B、C）。高度从▽196至▽155分三层，梯形渐进循环开挖。为了满足生产要求，较少交叉作业，提高工作效率，采用梯形开挖的方式，按清理面-造孔面-装药面-挖运面四个工作循环施工，避免交叉作业，提高工作效率减少污染。四个工作循环在不同层面上同时进行，合理设计布置施工道路，同时加强施工道路维护，减少车辆进场时对施工面的污染同时提高生产效率，降低设备损耗。

4.6 爆破开采技术管理

针对爆破试验阶段开采出现大块率偏大问题，采取如下技术优化调整爆破参数，达到将大块率控制在1.5%以下的成果：①调整或更换钻孔设备，采用阿特拉斯T35液压钻造孔。②优化爆破联网结构，在控制最大单响药量的条件下，扩大单次爆破规模，降低粒径超径率，提高毛料的开采能力。③优化爆破孔直径（钻孔直径89mm），加快钻进速度，达到耦合连续装药。④持续优化调整钻爆参数，提高开采效率。⑤周边爆破孔采取缓冲爆破方式，以减免对周边岩体的破坏。

4.7 爆破安全管理

为了避免爆破震动对砂石系统和临近营区及附属设施造成破坏，爆破最大单响控制在400kg以内；爆破前，由安全管理人员对料场500m范围外的各路口进行警戒；爆破前后，通过警报信号来传递信息（预报、警戒、起爆、解除警戒等4种信号）；在爆破过程中，在营地、临建附属设施区域安放爆破震动监测仪（交博L20-S），通过数据分析来确定爆破震动对周边建筑物影响程度。

另外，可通过无人机遥控技术来对料场周边人员流动情况进行监视，再次确保安全警戒线以内无人员进入；在起爆瞬间，采用无人机观察微差网络爆破效果，以检查连网效果及爆破抛石高度。

5 开采实施效果

本工程砂石骨料加工系统粗碎生产采用3台C150颚式破碎机，经辉绿岩石料场合理规划和科学管理，具备规模化生产能力，毛料粒径在50～400mm的开采石料占比达到80%以上，采用45t包头自卸车运至粗碎料仓后，单车破碎时间由初期7分钟/车降至3分钟/车，粗碎生产能力得以显著提高。

6 结语

通过辉绿岩石料场毛料开采规划设计和科学有效的开采管理实践，减小无用料剥离工程量，有效节省施工成本，并对于硬度大、强度高的辉绿岩毛料开采，使毛料大块率由12%降至1.5%左右，且毛料利用率达到98%，既提高了开采效率，也降低了开采成本，同时增大了砂石加工的粗碎生产能力。石料场经过两年半开采管理，毛料开采累计320万m3，为主体混凝土施工提供了保障，且取得一定的经济效益，值得类似工程借鉴。