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【摘 要】本文通过对影响神宝能源公司露天煤矿土方剥离的季节性冻土形成情况和形成厚度进行分析，根据现场多年的工作经验，结合多项试验研究，分别使用了传统冻土爆破方法和创新的冻土掩埋方法对露天煤矿冻土进行处理。在使用冻土爆破方法时，制定了详细的爆破参数、爆破方案和操作规程，对季节性冻土进行爆破，达到了爆破效果最优化。在采用冻土掩埋方法时，根据季节性冻土的形成规律和露天煤矿的实际情况，制定了合理翻土深度，对预留的裸露台阶和坡面进行掩埋，取得了预期的效果。在结合两种方法的基础上，取长补短，成功的解决了露天煤矿季节性冻土剥离的难题，为露天煤矿土方剥离正常生产提供了前提条件，保证了露天煤炭生产正常接续，最大程度缩减了生产成本，减少了露天煤矿安全生产隐患，提高了工作效率，缩短施工工期，取得了较好的经济效益。
【关键词】季节性冻土；冻土爆破方法；冻土掩埋法
1.矿山概况
该露天煤矿位于呼伦贝尔市海拉尔区北15公里，隶属神华宝日希勒能源有限公司。煤矿地处我国的北部，是全国气温最低的地区之一，年平均气温-7°～4.5°，年平均地温-6.9°～8°，每年的11月份开始冻结，翌年4月份开始解冻，冻期长达5个月，因此该矿每年有大面积裸露台阶和坡面就形成了季节性冻土，冻土层厚度最大深度到达2m，挖掘机不能进行作业，严重影响了施工进度，降低了机械的工作效率，使得煤炭生产不能接续，严重制约着露天煤矿生产规模的扩大。
2.传统的冻土爆破方法
该矿分别在2009年、2010年对季节性冻土实施冻土爆破法处理，由于露天煤矿地层岩性自上而下依次为黄沙土、黒粘泥、砂砾岩，而黄沙土为松散土层，含水量较低，不能形成冻土层，不需要爆破；只对黑粘泥和砂砾岩进行爆破，黑粘泥和砂砾岩冻土包括坡面冻土和平台冻土，平台冻土采用垂直炮眼，浅孔松动爆破冻土层。坡面如存在冻土，台阶高度较小时，直接在坡顶钻斜孔爆破；台阶高度较大时，拟采用局部爆破开豁口，采用坡顶近似平行于坡面的深斜孔和坡底两排浅孔相配合的方法爆破。同时通过对黒粘泥和砂砾岩各个台阶和坡面的不同土质分析和多次试验研究，制定了合理的爆破方案，确定了最优爆破参数，取得了良好的效果，但也存在着不足之处。
2.1季节性冻土爆破要求
在季节性冻土爆破前，根据实际情况制定爆破施工要求，已满足爆破后，达到装车和运输需要，保证露天煤矿安全生产，保证土方剥离施工正常进行。
（1）、爆破块度：以便于液压铲-卡车采运为准，最大直径小于1m，最大块度体积不得超过1m?；
（2）、爆破冲击波：不能毁坏周围建筑物；
（3）、爆破地震：安全距离控制在100m以内；
（4）、爆破飞石：安全距离控制在50m以内；
（5）、爆后平台：爆破块度均匀，保证开采台阶平整、顺齐；
（6）、进度控制：保证土方剥离单位采区内的冻土层及时得到爆破处理，不影响生产。
2.2影响爆破效果的重要原因
季节性冻土爆破后的破碎程度和是否产生根底是衡量爆破质量的主要指标。通过现场多次试验调研发现该矿冻土爆破平盘、坡面爆破产生大块、根底的主要原因有：
（1）台阶坡面角较小，再加上潜钻孔打孔时安全距离的限制，穿孔位置靠后，使前排抵抗线大小不一，抵抗过大的位置形成过多大块。
（2）受穿孔技术和地质条件等因素的影响，使得孔距和排距过大，孔网参数不够均匀，在偏大的中间部位，由于受到的破坏作用较小，爆破后使得大块增多，出现根底。
（3）由于矿山采用连续装药，药柱重心偏低，往往造成填塞长度过大，使炮孔上部临空面和孔口受药柱破坏作用减弱，造成台阶上部大块的增多。
（4）冻土层分布薄厚不均匀，超深不够，导致底部矿岩受炸药能量作用减弱，爆后经常会出现根底。
（5）一次爆破排数过多，后排炮孔起爆时所受的夹制作用增强，爆破难以达到预期的效果，也容易产生根底。
（6）起爆方法不合理，有时是在没有台阶自由面的情况下实施排间微差爆破，起爆后产生的后冲地震效应较大，同时爆破过程中岩块的碰撞作用较弱，排与排间的夹制作用较大，容易产生过多的大块和根底。
2.3露天煤矿季节性冻土爆破孔网布置方案
由于各个露天煤矿的土质不同，所以爆破网孔布置方案不同，在季节冻土爆破工程中，实验多种布孔方式，包括方形布孔、矩形布孔、单排孔，爆破效果均不理想，均存在大块和根底，达不到爆破要求，在结合同类矿山爆破生产经验和本矿的实际情况，神宝公司露天煤矿采用了梅花形布控方式（如下图）
2.4孔网参数优化
根据国内外同类矿山的爆破生产经验可知，在一定的条件下，适当缩小孔距、增大排距，从而增大炮孔密集系数，有利于改善爆破块度。为了提高神宝露天煤矿的爆破质量并充分利用大孔距小排距的深孔爆破技术，拟定当台阶高度H=2.5m、底盘抵抗线Wd=2m、超深h=0.5m时，采用连续耦合装药结构、逐排微差起爆方法，只调整孔距和排距来寻求最佳的爆破效果。各次爆破试验具体参数如表1所示。
从表1中的现场试验数据可以看出，在台阶高度、钻孔深度以及炸药单耗不变的情况下：当孔、排距取2.5m×4m时，由于单孔负担的爆破体积过小，导致炮孔装药量过少药柱重心偏低以及炮孔填塞长度过大，爆破时在最小抵抗线方向先开裂破，炸药爆炸的冲击波和爆生气体主要作用于炮孔底部，使得孔口附近没有足够的能量充分破碎岩石，导致台阶上部产生很多大块；当孔、排距取3.5m×4m 、4m×4m时，由于单孔负担的爆破体积过大，导致炮孔装药量过多填塞长度过短，在冲击波引起最小抵抗线方向产生开裂破碎之前，爆轰气体过早的冲出炮孔，产生冲泡和飞石；当孔、排距取3m×4m时，由于单孔负担的爆破体积比较适中，导致炮孔装药量与填塞长度趋于合理，爆破时孔口附近与最小抵抗线方向的岩体几乎同时开裂破碎，产生了较理想的爆破效果，但是为减小矿山爆破生产成本并充分利用炸药爆炸能，经过试验现场分析比较，决定所有现场爆破试验孔排距均选用a×b =4m×3m。 2.5、炮孔超深优化
为了解决该矿日常生产过程当中经常存在的根底问题，在总结前面试验结果的基础山上，拟定当台阶高度H=2.5m、底盘抵抗线Wd=2m、填塞高度L=1.5m、a×b=4m×3m时，采用连续耦合装药结构、逐排微差起爆方法，只调整炮孔超深，来实现爆破后采场底板的平整。各次爆破试验具体参数如表2所示。
从表2的试验数据可以看出：当炮孔有效超深为0.3m时，使得台阶底部药量过少，沿台阶底板水平的岩石不能完全爆下来，从而留下根底；当炮孔有效超深为0.8m、1.0m时，常常会给下一台阶带来破坏，底板容易出现超挖，影响下一台阶的凿岩工作；当炮孔有效超深为0.5m时，爆破后无根底存在，台阶底板基本平整。经过试验现场分析比较，决定所有现场爆破试验的超深值均取0.5m。
分析了正常生产过程当中爆破效果不佳以及存在根底的原因，并通过现场爆破试验对孔排距、炮孔超深的选取进行了研究。得到了以下结论：
（1）在钻孔深度和炸药单耗一定的情况下，孔、排距过大或过小均对控制爆破块度不利，平均块度会相应增大或者大块率提高。根据实际地质情况，通过现场爆破试验确定合理的孔、排距为a×b =4.0m×3.0m，这时爆破效果稳定，易控制破碎块度，并能充分利用炸药爆炸能。
（2）超深是消除爆破根底的有效途径之一，合理的超深对台阶爆破的效果有很大影响。通过现场试验对比，当有效超深取0.5m时，基本能够维持爆破后采场底板的平整。
通过传统的冻土爆破方法，经过多次试验，确定了合理的爆破参数和爆破方案，取得了良好的爆破效果，但也存在着不足之处，由于爆破因素的各种不确定型，使得爆破后，局部会出现大块现象，不利于挖掘机作业。
3.冻土预掩埋方法
3.1冻土预掩埋方法的原理
季节冻土性结冻过程表现为单向冻结，上边界负温变化大而下边界正温变化小，冻结深度及冻融过程主要受上边界覆盖物的制约，覆盖物厚度越厚，土壤越不容易发生冻结。季节性冻土冻结过层可分为两个阶段：分别初冻阶段、快速冻结阶段。在季节性冻土初冻阶段，使用翻土掩埋地表处理，改变了季节性冻土系统的吸热和放热状况，由于初冻阶段，气温温度不是很低，在这期间，没有降雨天气，在翻土过层中，破坏了土壤的固有结构，裸露、松散的翻土层不能冻结在一起，就形成不了冻土。在快速冻结阶段，快速冻结阶段一般在12月份左右，天气寒冷，气温一半在零下30左右，降雪量大，且不溶化。通过翻土掩埋，使翻土层的土壤松散，空气流通较快，使土壤中的水分迅速蒸发，使的翻土层含水量急剧下降；因此翻土层已经不具备冻结的基本条件。翻土层以下的土层在翻土和厚厚的降雪保温下，和地热作用就不会发生冻结现象。
3.2冻土预掩埋方法的具体实施方案
3.2.1确定季节性冻土层的厚度
根据实际情况，结合季节性冻土的多方面的理论知识和多年冻土施工经验，确定该矿各个岩层的季节性冻土层最大厚度。具体见下表：
名称 最大厚度（m） 最小厚度（m）
腐殖土 0.5 0.3
黄沙土 0.5 0.2
黑粘泥窗体底端 2.0 1.8
砂砾岩 2.0 1.5
3.2.2季节性冻土预掩埋施工方案
根据季节性冻土层的具体厚度，腐殖土和黄沙土最大的冻层深度均在挖掘机的作业能力范围，不用进行冻土处理，可直接就行作业。而黑粘泥和砂砾岩的冻层厚度较大，必须进行深翻掩埋，为了最大程度的保证被埋土层不发生冻结现象，最终把最大掩埋深度定为2.2米。
（1）为了保证对季节性冻土在初冻期前进行预掩埋，矿把掩埋工程做到和土方同步进行，对固定台阶进行提前掩埋，对不同的坡面分小台阶进行处理。根据台阶分置情况，划分为两个部分进行施工，即平盘和坡面。具体施工方案见下表：黑粘泥和砂砾岩水平台阶施工情况及土方量
水平平盘 岩土性质 冻土厚（m） 土方量（m3）
+655 黑粘泥 2.2 20.1
+640 砂砾岩 2.2 99.6
+625 砂砾岩 2.2 19.1
+610 砂砾岩 2.2 17.1
+595 砂砾岩 2.2 14.1
合计 170
（2）由于预留的台阶为15m，台阶高度较高，在冻土掩埋的过程中，挖掘机无法作业，而且坡面顶部无法达到设计要求，因此在施工工程中，把15米的台阶分为两个台阶，进行掩埋，要求顶部覆盖厚度为1米，具体分配方案见下表：
坡面水平 分成两个小台阶的台阶高度 岩土性质 覆盖物角度 覆盖物顶部厚度（m） 土方量（万m3）
670-655 7 黒粘泥 30° 1 7.84
8 30° 1 9.9
655-640 7 砂砾岩 30° 1 7.66
8 30° 1 9.68
640-625 7 砂砾岩 30° 1 7.48
8 30° 1 9.45
625-610 7 砂砾岩 30° 1 6.43
8 30° 1 8.12
610-595 7 砂砾岩 30° 1 6.26
8 30° 1 7.9
595-580 7 砂砾岩 30° 1 4.47
8 30° 1 5.63
650-640 7 砂砾岩 30° 1 2.09
8 30° 1 2.09
合计 95
2011年通过对季节性冻土进行掩埋实验处理，在2012年土方施工过程中，平盘的翻土层和被埋土层不存在冻结现象，没有大块存在，土质松散，能够满足挖掘机正常作业，圆满的到达了预期效果，但在坡面作业时，顶部存在不同程度的冻结，挖掘机不能作业，通过对冻土掩埋方法的试验，基本避免了在爆破现象中，出现的大块情况，和根底爆破不到位等不成功因素。 4.冻土掩埋法在解决冻土剥离方面与传统爆破方法的优势与不足
4.1冻土掩埋方法解决冻土剥离的优势
（1）安全反面考虑
①在使用冻土爆破方法过程中，车辆运输，炸药、雷管装卸、及装药引爆等各个环节都存在很大的安全隐患，严重的威胁着露天煤矿的安全生产。在爆破前，必须停止一定范围的车辆和人员活动，撤离爆破范围。
②在使用掩埋工程中，只需挖掘机单独翻土作业，挖掘机保持一定的安全距离，按操作规程作业，不存在其他的危险因素，作业比较安全。
（2）处理效果方面：
①使用冻土爆破效果，即使采用最合理的爆破参数，由于存在各方面不确定的因素，在爆破过程中较容易产生大块，即使爆破效果到达预期要求，也可能存在不同程度块体，不利于车辆运输和挖掘机车装车容易出现砸车的安全隐患。
②使用冻土掩埋方法处理，挖掘机在深翻的过程中，土质的物理结构被破坏，比较松散，不会出现大块，且被埋土层由于没有发生冻结，保持着原有土质结构，比较容易作业。
（3）经济效益方面：
以2009年-2010年神宝公司露天煤矿冻土爆破单价和2011年冻土掩埋方法的单价为例，2011年裸露的平盘面积为例进行比较运算。见下表
名称 平盘面积（万m2） 深度（m） 单价（元） 总价（万元）
冻土爆破法 77.27 2.2 6.29 1069.262
冻土掩埋法 77.27 2.2 2.25 382.4865
减少成本 686.7758
（4）技术方面：
①爆破方法，要求安全系数高，对各个方面的技术环节要求较高，从头至尾，必须有专人把关。
②掩埋方法，方法简单，参与人员少，要求技术不高，只要按正常的操作规程作业即可。
4.2冻土掩埋方法与传统爆破方法的不足之处
使用冻土掩埋方法，由于台阶高度大，坡面大，翻土不可能全部覆盖在坡面上，有的坡面覆盖土层厚度不够，造成了坡面部分发生冻结现象，挖掘机不能直接作业。
2012年根据现场施工的实际情况，针对坡面掩埋不理想的问题，采用了传统爆破的方法，由于冻结坡面较少，在爆破过程中采取集中爆破的原则，在掩埋的平盘上，挖掘机进行正常作业，在坡面位置，对冻结的边帮进行预留，当达到一个台阶时，不影响生产的情况下集中爆破，加快了施工进度。 弥补了冻土掩埋法的不足之处，提高了工作效率。
5.结语
通过冻土爆破方法和冻土预掩埋两种方法应用实践，在结合两种方法优点基础上成功的解决了露天煤矿季节性冻土剥离的难题，在经济上取得了巨大效益，大大缩减了成本；在安全方面减少多个危险源环节，保证露天煤矿的生产；在技术上，使用了创新技术打破常规，保障了施工进度。
参考文献：
[1]谭海文，水月岩石灰石露天矿降低爆破大块率的技术措施[J].露天采矿技术，2006，25（8）.
[2]王永刚，露天深孔爆破减少根底大块的技术措施[J].露天采矿技术，2003，9（6）.
[3]孔化江，黑龙江季节性冻土分布特征、形成条件与危害及其防治[J].中国地质灾害与防治学报，1993，4（4）.
【关键词】季节性冻土；冻土爆破方法；冻土掩埋法
1.矿山概况
该露天煤矿位于呼伦贝尔市海拉尔区北15公里，隶属神华宝日希勒能源有限公司。煤矿地处我国的北部，是全国气温最低的地区之一，年平均气温-7°～4.5°，年平均地温-6.9°～8°，每年的11月份开始冻结，翌年4月份开始解冻，冻期长达5个月，因此该矿每年有大面积裸露台阶和坡面就形成了季节性冻土，冻土层厚度最大深度到达2m，挖掘机不能进行作业，严重影响了施工进度，降低了机械的工作效率，使得煤炭生产不能接续，严重制约着露天煤矿生产规模的扩大。
2.传统的冻土爆破方法
该矿分别在2009年、2010年对季节性冻土实施冻土爆破法处理，由于露天煤矿地层岩性自上而下依次为黄沙土、黒粘泥、砂砾岩，而黄沙土为松散土层，含水量较低，不能形成冻土层，不需要爆破；只对黑粘泥和砂砾岩进行爆破，黑粘泥和砂砾岩冻土包括坡面冻土和平台冻土，平台冻土采用垂直炮眼，浅孔松动爆破冻土层。坡面如存在冻土，台阶高度较小时，直接在坡顶钻斜孔爆破；台阶高度较大时，拟采用局部爆破开豁口，采用坡顶近似平行于坡面的深斜孔和坡底两排浅孔相配合的方法爆破。同时通过对黒粘泥和砂砾岩各个台阶和坡面的不同土质分析和多次试验研究，制定了合理的爆破方案，确定了最优爆破参数，取得了良好的效果，但也存在着不足之处。
2.1季节性冻土爆破要求
在季节性冻土爆破前，根据实际情况制定爆破施工要求，已满足爆破后，达到装车和运输需要，保证露天煤矿安全生产，保证土方剥离施工正常进行。
（1）、爆破块度：以便于液压铲-卡车采运为准，最大直径小于1m，最大块度体积不得超过1m?；
（2）、爆破冲击波：不能毁坏周围建筑物；
（3）、爆破地震：安全距离控制在100m以内；
（4）、爆破飞石：安全距离控制在50m以内；
（5）、爆后平台：爆破块度均匀，保证开采台阶平整、顺齐；
（6）、进度控制：保证土方剥离单位采区内的冻土层及时得到爆破处理，不影响生产。
2.2影响爆破效果的重要原因
季节性冻土爆破后的破碎程度和是否产生根底是衡量爆破质量的主要指标。通过现场多次试验调研发现该矿冻土爆破平盘、坡面爆破产生大块、根底的主要原因有：
（1）台阶坡面角较小，再加上潜钻孔打孔时安全距离的限制，穿孔位置靠后，使前排抵抗线大小不一，抵抗过大的位置形成过多大块。
（2）受穿孔技术和地质条件等因素的影响，使得孔距和排距过大，孔网参数不够均匀，在偏大的中间部位，由于受到的破坏作用较小，爆破后使得大块增多，出现根底。
（3）由于矿山采用连续装药，药柱重心偏低，往往造成填塞长度过大，使炮孔上部临空面和孔口受药柱破坏作用减弱，造成台阶上部大块的增多。
（4）冻土层分布薄厚不均匀，超深不够，导致底部矿岩受炸药能量作用减弱，爆后经常会出现根底。
（5）一次爆破排数过多，后排炮孔起爆时所受的夹制作用增强，爆破难以达到预期的效果，也容易产生根底。
（6）起爆方法不合理，有时是在没有台阶自由面的情况下实施排间微差爆破，起爆后产生的后冲地震效应较大，同时爆破过程中岩块的碰撞作用较弱，排与排间的夹制作用较大，容易产生过多的大块和根底。
2.3露天煤矿季节性冻土爆破孔网布置方案
由于各个露天煤矿的土质不同，所以爆破网孔布置方案不同，在季节冻土爆破工程中，实验多种布孔方式，包括方形布孔、矩形布孔、单排孔，爆破效果均不理想，均存在大块和根底，达不到爆破要求，在结合同类矿山爆破生产经验和本矿的实际情况，神宝公司露天煤矿采用了梅花形布控方式（如下图）
2.4孔网参数优化
根据国内外同类矿山的爆破生产经验可知，在一定的条件下，适当缩小孔距、增大排距，从而增大炮孔密集系数，有利于改善爆破块度。为了提高神宝露天煤矿的爆破质量并充分利用大孔距小排距的深孔爆破技术，拟定当台阶高度H=2.5m、底盘抵抗线Wd=2m、超深h=0.5m时，采用连续耦合装药结构、逐排微差起爆方法，只调整孔距和排距来寻求最佳的爆破效果。各次爆破试验具体参数如表1所示。
从表1中的现场试验数据可以看出，在台阶高度、钻孔深度以及炸药单耗不变的情况下：当孔、排距取2.5m×4m时，由于单孔负担的爆破体积过小，导致炮孔装药量过少药柱重心偏低以及炮孔填塞长度过大，爆破时在最小抵抗线方向先开裂破，炸药爆炸的冲击波和爆生气体主要作用于炮孔底部，使得孔口附近没有足够的能量充分破碎岩石，导致台阶上部产生很多大块；当孔、排距取3.5m×4m 、4m×4m时，由于单孔负担的爆破体积过大，导致炮孔装药量过多填塞长度过短，在冲击波引起最小抵抗线方向产生开裂破碎之前，爆轰气体过早的冲出炮孔，产生冲泡和飞石；当孔、排距取3m×4m时，由于单孔负担的爆破体积比较适中，导致炮孔装药量与填塞长度趋于合理，爆破时孔口附近与最小抵抗线方向的岩体几乎同时开裂破碎，产生了较理想的爆破效果，但是为减小矿山爆破生产成本并充分利用炸药爆炸能，经过试验现场分析比较，决定所有现场爆破试验孔排距均选用a×b =4m×3m。 2.5、炮孔超深优化
为了解决该矿日常生产过程当中经常存在的根底问题，在总结前面试验结果的基础山上，拟定当台阶高度H=2.5m、底盘抵抗线Wd=2m、填塞高度L=1.5m、a×b=4m×3m时，采用连续耦合装药结构、逐排微差起爆方法，只调整炮孔超深，来实现爆破后采场底板的平整。各次爆破试验具体参数如表2所示。
从表2的试验数据可以看出：当炮孔有效超深为0.3m时，使得台阶底部药量过少，沿台阶底板水平的岩石不能完全爆下来，从而留下根底；当炮孔有效超深为0.8m、1.0m时，常常会给下一台阶带来破坏，底板容易出现超挖，影响下一台阶的凿岩工作；当炮孔有效超深为0.5m时，爆破后无根底存在，台阶底板基本平整。经过试验现场分析比较，决定所有现场爆破试验的超深值均取0.5m。
分析了正常生产过程当中爆破效果不佳以及存在根底的原因，并通过现场爆破试验对孔排距、炮孔超深的选取进行了研究。得到了以下结论：
（1）在钻孔深度和炸药单耗一定的情况下，孔、排距过大或过小均对控制爆破块度不利，平均块度会相应增大或者大块率提高。根据实际地质情况，通过现场爆破试验确定合理的孔、排距为a×b =4.0m×3.0m，这时爆破效果稳定，易控制破碎块度，并能充分利用炸药爆炸能。
（2）超深是消除爆破根底的有效途径之一，合理的超深对台阶爆破的效果有很大影响。通过现场试验对比，当有效超深取0.5m时，基本能够维持爆破后采场底板的平整。
通过传统的冻土爆破方法，经过多次试验，确定了合理的爆破参数和爆破方案，取得了良好的爆破效果，但也存在着不足之处，由于爆破因素的各种不确定型，使得爆破后，局部会出现大块现象，不利于挖掘机作业。
3.冻土预掩埋方法
3.1冻土预掩埋方法的原理
季节冻土性结冻过程表现为单向冻结，上边界负温变化大而下边界正温变化小，冻结深度及冻融过程主要受上边界覆盖物的制约，覆盖物厚度越厚，土壤越不容易发生冻结。季节性冻土冻结过层可分为两个阶段：分别初冻阶段、快速冻结阶段。在季节性冻土初冻阶段，使用翻土掩埋地表处理，改变了季节性冻土系统的吸热和放热状况，由于初冻阶段，气温温度不是很低，在这期间，没有降雨天气，在翻土过层中，破坏了土壤的固有结构，裸露、松散的翻土层不能冻结在一起，就形成不了冻土。在快速冻结阶段，快速冻结阶段一般在12月份左右，天气寒冷，气温一半在零下30左右，降雪量大，且不溶化。通过翻土掩埋，使翻土层的土壤松散，空气流通较快，使土壤中的水分迅速蒸发，使的翻土层含水量急剧下降；因此翻土层已经不具备冻结的基本条件。翻土层以下的土层在翻土和厚厚的降雪保温下，和地热作用就不会发生冻结现象。
3.2冻土预掩埋方法的具体实施方案
3.2.1确定季节性冻土层的厚度
根据实际情况，结合季节性冻土的多方面的理论知识和多年冻土施工经验，确定该矿各个岩层的季节性冻土层最大厚度。具体见下表：
名称 最大厚度（m） 最小厚度（m）
腐殖土 0.5 0.3
黄沙土 0.5 0.2
黑粘泥窗体底端 2.0 1.8
砂砾岩 2.0 1.5
3.2.2季节性冻土预掩埋施工方案
根据季节性冻土层的具体厚度，腐殖土和黄沙土最大的冻层深度均在挖掘机的作业能力范围，不用进行冻土处理，可直接就行作业。而黑粘泥和砂砾岩的冻层厚度较大，必须进行深翻掩埋，为了最大程度的保证被埋土层不发生冻结现象，最终把最大掩埋深度定为2.2米。
（1）为了保证对季节性冻土在初冻期前进行预掩埋，矿把掩埋工程做到和土方同步进行，对固定台阶进行提前掩埋，对不同的坡面分小台阶进行处理。根据台阶分置情况，划分为两个部分进行施工，即平盘和坡面。具体施工方案见下表：黑粘泥和砂砾岩水平台阶施工情况及土方量
水平平盘 岩土性质 冻土厚（m） 土方量（m3）
+655 黑粘泥 2.2 20.1
+640 砂砾岩 2.2 99.6
+625 砂砾岩 2.2 19.1
+610 砂砾岩 2.2 17.1
+595 砂砾岩 2.2 14.1
合计 170
（2）由于预留的台阶为15m，台阶高度较高，在冻土掩埋的过程中，挖掘机无法作业，而且坡面顶部无法达到设计要求，因此在施工工程中，把15米的台阶分为两个台阶，进行掩埋，要求顶部覆盖厚度为1米，具体分配方案见下表：
坡面水平 分成两个小台阶的台阶高度 岩土性质 覆盖物角度 覆盖物顶部厚度（m） 土方量（万m3）
670-655 7 黒粘泥 30° 1 7.84
8 30° 1 9.9
655-640 7 砂砾岩 30° 1 7.66
8 30° 1 9.68
640-625 7 砂砾岩 30° 1 7.48
8 30° 1 9.45
625-610 7 砂砾岩 30° 1 6.43
8 30° 1 8.12
610-595 7 砂砾岩 30° 1 6.26
8 30° 1 7.9
595-580 7 砂砾岩 30° 1 4.47
8 30° 1 5.63
650-640 7 砂砾岩 30° 1 2.09
8 30° 1 2.09
合计 95
2011年通过对季节性冻土进行掩埋实验处理，在2012年土方施工过程中，平盘的翻土层和被埋土层不存在冻结现象，没有大块存在，土质松散，能够满足挖掘机正常作业，圆满的到达了预期效果，但在坡面作业时，顶部存在不同程度的冻结，挖掘机不能作业，通过对冻土掩埋方法的试验，基本避免了在爆破现象中，出现的大块情况，和根底爆破不到位等不成功因素。 4.冻土掩埋法在解决冻土剥离方面与传统爆破方法的优势与不足
4.1冻土掩埋方法解决冻土剥离的优势
（1）安全反面考虑
①在使用冻土爆破方法过程中，车辆运输，炸药、雷管装卸、及装药引爆等各个环节都存在很大的安全隐患，严重的威胁着露天煤矿的安全生产。在爆破前，必须停止一定范围的车辆和人员活动，撤离爆破范围。
②在使用掩埋工程中，只需挖掘机单独翻土作业，挖掘机保持一定的安全距离，按操作规程作业，不存在其他的危险因素，作业比较安全。
（2）处理效果方面：
①使用冻土爆破效果，即使采用最合理的爆破参数，由于存在各方面不确定的因素，在爆破过程中较容易产生大块，即使爆破效果到达预期要求，也可能存在不同程度块体，不利于车辆运输和挖掘机车装车容易出现砸车的安全隐患。
②使用冻土掩埋方法处理，挖掘机在深翻的过程中，土质的物理结构被破坏，比较松散，不会出现大块，且被埋土层由于没有发生冻结，保持着原有土质结构，比较容易作业。
（3）经济效益方面：
以2009年-2010年神宝公司露天煤矿冻土爆破单价和2011年冻土掩埋方法的单价为例，2011年裸露的平盘面积为例进行比较运算。见下表
名称 平盘面积（万m2） 深度（m） 单价（元） 总价（万元）
冻土爆破法 77.27 2.2 6.29 1069.262
冻土掩埋法 77.27 2.2 2.25 382.4865
减少成本 686.7758
（4）技术方面：
①爆破方法，要求安全系数高，对各个方面的技术环节要求较高，从头至尾，必须有专人把关。
②掩埋方法，方法简单，参与人员少，要求技术不高，只要按正常的操作规程作业即可。
4.2冻土掩埋方法与传统爆破方法的不足之处
使用冻土掩埋方法，由于台阶高度大，坡面大，翻土不可能全部覆盖在坡面上，有的坡面覆盖土层厚度不够，造成了坡面部分发生冻结现象，挖掘机不能直接作业。
2012年根据现场施工的实际情况，针对坡面掩埋不理想的问题，采用了传统爆破的方法，由于冻结坡面较少，在爆破过程中采取集中爆破的原则，在掩埋的平盘上，挖掘机进行正常作业，在坡面位置，对冻结的边帮进行预留，当达到一个台阶时，不影响生产的情况下集中爆破，加快了施工进度。 弥补了冻土掩埋法的不足之处，提高了工作效率。
5.结语
通过冻土爆破方法和冻土预掩埋两种方法应用实践，在结合两种方法优点基础上成功的解决了露天煤矿季节性冻土剥离的难题，在经济上取得了巨大效益，大大缩减了成本；在安全方面减少多个危险源环节，保证露天煤矿的生产；在技术上，使用了创新技术打破常规，保障了施工进度。
参考文献：
[1]谭海文，水月岩石灰石露天矿降低爆破大块率的技术措施[J].露天采矿技术，2006，25（8）.
[2]王永刚，露天深孔爆破减少根底大块的技术措施[J].露天采矿技术，2003，9（6）.
[3]孔化江，黑龙江季节性冻土分布特征、形成条件与危害及其防治[J].中国地质灾害与防治学报，1993，4（4）.