安太堡露天礦局部并幫縮界內(nèi)排優(yōu)化方案探討

薛萬(wàn)海

（中煤平朔集團(tuán) 安太堡露天礦，山西 朔州 036006）

安太堡露天礦局部并幫縮界內(nèi)排優(yōu)化方案探討

薛萬(wàn)海

（中煤平朔集團(tuán) 安太堡露天礦，山西 朔州 036006）

安太堡露天礦在背斜區(qū)開采期間，自然剝采比增加，煤層推進(jìn)度變小，產(chǎn)量下降幅度較大，剝離物料存在運(yùn)距遠(yuǎn)、高差大的特點(diǎn)。結(jié)合實(shí)際實(shí)時(shí)優(yōu)化開采程序或開采工藝，最大限度地減小背斜區(qū)開采期間的運(yùn)距和高差。

工作線；縮界；內(nèi)排；運(yùn)距；高差

1 礦山概況

安太堡露天礦是我國(guó)“七五”期間煤炭行業(yè)引進(jìn)資金、設(shè)備、技術(shù)和管理的重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，經(jīng)過(guò)3 a準(zhǔn)備，2 a建設(shè)，于1987年9月10日建成投產(chǎn)，1988年7月1日轉(zhuǎn)入生產(chǎn)階段。外方于1991年因調(diào)整經(jīng)營(yíng)策略撤走后，安太堡礦技術(shù)人員通過(guò)科學(xué)論證，修改了中外合作時(shí)的分區(qū)開采程序[1]，將原來(lái)的6個(gè)坑簡(jiǎn)化為3個(gè)坑，減少了轉(zhuǎn)向次數(shù)和轉(zhuǎn)向時(shí)遇到的剝離洪峰。建礦以來(lái)已采完了一、二采區(qū)，即完成了2次轉(zhuǎn)向，自2003年以來(lái)三采區(qū)向東開采至今，2017年6月份上部平盤已接近馬關(guān)河。

目前安太堡礦剝離全部采用單斗-卡車開采工藝；采煤為單斗-卡車-它移式破碎站-帶式輸送機(jī)-選煤廠半連續(xù)開采工藝[2]。采礦設(shè)備以及管理方法全部從國(guó)外引進(jìn)，直到目前仍然與國(guó)際同行保持同步水平；采礦作業(yè)采用斗容為25～58 m3的電鏟；運(yùn)輸采用154～290 t的大型礦用卡車；穿孔采用孔徑150～270 mm的牙輪鉆機(jī)；爆破采用非電導(dǎo)爆管雷管逐孔微差臺(tái)階深孔爆破工藝。排土及道路工程使用大功率推土機(jī)及平路機(jī)等。

主要可采煤層為4#煤、9#煤和11#煤。其中4#煤層全礦區(qū)發(fā)育，為本區(qū)主要穩(wěn)定可采煤層。一般在8～10 m，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。在礦區(qū)四周邊緣及蘆子溝背斜一帶、羊圈斷層附近、安太堡區(qū)中部和西部，煤層距地表較淺，局部或全部被風(fēng)化。9#煤層為礦區(qū)下組煤主要可采煤層，層位穩(wěn)定，發(fā)育普遍。一般為10～15 m。11#煤層位于太原組底部之主要可采煤層，煤層穩(wěn)定，發(fā)育普遍，除井坪區(qū)西部、北部局部尖滅外，一般為3～4 m，結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，一般1～3個(gè)自然分層。

主要地質(zhì)構(gòu)造有蘆子溝背斜、寧武向斜等。

1）蘆子溝背斜。位于范圍的西南部，軸向NWSE，東北翼地層傾角7°～10°，西南翼傾角2°左右。在計(jì)劃剝采區(qū)范圍內(nèi)延伸長(zhǎng)度1.7 km。該構(gòu)造形成時(shí)，由于受地應(yīng)力影響造成兩邊地層的起伏、破碎、斷裂。煤層賦存受影響較大。

2）寧武向斜。位于范圍東部，軸向大致呈NWSE向，從北至南通過(guò)楊井溝村向東南延伸至區(qū)外，東北翼較陡，傾角7°～13°，西南翼平緩，傾角1°～ 10°，該向斜為區(qū)域性構(gòu)造。

受背斜區(qū)影響，礦坑由近水平煤層變?yōu)閮A斜煤層，煤層平均傾角12°，局部最大傾角為22°，背斜區(qū)地表和基巖下降50～100 m，煤層下降更加劇烈，最深下降超270 m3。

2 問(wèn)題的提出

自2011年剝離區(qū)首先進(jìn)入蘆子溝大背斜區(qū)以來(lái)，煤層急劇傾斜，最下部的煤層推進(jìn)度大幅減小，加上內(nèi)排受邊坡穩(wěn)定性影響，不能及時(shí)近距離跟進(jìn)，剝離物不得不逐年繞遠(yuǎn)和加高排棄[3]，礦坑南北端幫運(yùn)輸干道為連續(xù)大坡道，各種設(shè)備在2 km以上的坡道上運(yùn)行，交通運(yùn)輸安全風(fēng)險(xiǎn)和隱患顯著增加[4]，導(dǎo)致安太堡礦運(yùn)輸成本逐年升高,原煤完全成本居高不下。其中2014—2016年自營(yíng)加權(quán)運(yùn)距分別為2.74、3.62、4.05 km，2014—2016年高差分別為110、163、189 m。2017年運(yùn)距和高差預(yù)計(jì)5.45 km和181 m。而安太堡礦從開始進(jìn)入蘆子溝背斜到全部過(guò)完約需6～7 a時(shí)間，再加上煤炭市場(chǎng)持續(xù)低迷，因此企業(yè)應(yīng)千方百計(jì)降低開采成本，才能在市場(chǎng)中立于不敗之地?，F(xiàn)在安太堡礦剝離工作線沿平行于背斜軸的方向布置，沿背斜軸方向坑底工作線長(zhǎng)約2 300 m。能否打破常規(guī)，優(yōu)化采運(yùn)排程序，設(shè)法在背斜區(qū)排土，從而降低剝離物運(yùn)距和高差，成為擺在安太堡礦面前的難題。

3 經(jīng)濟(jì)工作線長(zhǎng)度的確定

依據(jù)復(fù)雜礦床經(jīng)濟(jì)工作線長(zhǎng)度確定的優(yōu)化理論，在完成相同產(chǎn)量的條件下，剝離的主要費(fèi)用為采掘、排土、運(yùn)輸組成，工作線長(zhǎng)度的變化直接影響生產(chǎn)剝采比和剝離的內(nèi)排運(yùn)距[5]，按其關(guān)系進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算。

經(jīng)濟(jì)合理工作線長(zhǎng)度應(yīng)滿足下式：

式中：X為經(jīng)濟(jì)合理工作線長(zhǎng)度，km；H為剝離層厚度，m；β為端幫幫坡角，（°）；θ為煤層傾角，（°）；c1為穿孔爆破、采裝、排土費(fèi)，元/m3；c2為綜合運(yùn)輸費(fèi)，元/m3·km；a為排棄線路系數(shù)，取雙環(huán)時(shí)a= 1.0；b為排棄影響距離，取決于端幫運(yùn)距，km；

式中：ω為工作幫坡角，（°）；α為內(nèi)排土場(chǎng)幫坡角，（°）；m為坑底安全距離，m；h為煤層厚度，m。

安太堡礦經(jīng)濟(jì)合理工作線計(jì)算參數(shù)見表1。

表1 經(jīng)濟(jì)合理工作線計(jì)算參數(shù)

根據(jù)以上參數(shù)計(jì)算安太堡礦年剝離費(fèi)用見表2，剝離費(fèi)用隨工作線長(zhǎng)度變化的曲線如圖1。

表2 安太堡露天礦不同工作線長(zhǎng)度時(shí)的剝離費(fèi)用

由圖1可以看出，安太堡露天礦合理的工作線長(zhǎng)度均為1.0～1.8 km，經(jīng)濟(jì)工作線長(zhǎng)度均為1.40 km左右。結(jié)合安太堡礦的采場(chǎng)和設(shè)備布局等實(shí)際，確定安太堡礦的經(jīng)濟(jì)合理工作線為1.50 km。安太堡礦現(xiàn)有PH2800電鏟7臺(tái)，考慮到工作線需要有穿孔區(qū)、待爆區(qū)、采裝區(qū)，電鏟的采掘帶寬度40 m，臺(tái)階高度15 m[6]，PH2800電鏟的剝離工作線長(zhǎng)需600 m，有PH4100電鏟4臺(tái)，剝離工作線需1 100m，11臺(tái)新、舊電鏟需要的工作線總計(jì)8.6 km。礦坑還要有一定的備用工作面，礦坑需要的剝離工作線約12 km。

圖1 年剝離費(fèi)用隨工作線長(zhǎng)度變化曲線圖

如果工作線進(jìn)一步縮短，騰出的礦坑采空區(qū)相對(duì)增加，可以大幅增加近距離內(nèi)排空間，對(duì)降低運(yùn)輸成本十分有利。但工作線大幅縮短后，產(chǎn)量規(guī)模必將降低。在煤炭市場(chǎng)回暖的情況下，對(duì)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展不利，且引起設(shè)備和人員的大幅波動(dòng)，將來(lái)后續(xù)采區(qū)的重復(fù)剝離量加大。再加上征地搬遷工作嚴(yán)重滯后，北部礦坑沒有最終到界，盡管每年延深可增加剝離工作線，一般可延深2～3個(gè)臺(tái)階，但延深過(guò)程相對(duì)緩慢，而且實(shí)踐表明，延深時(shí)受地下水和雨季降水的影響很大，倒水和排水也需要占用一定采剝空間。大幅縮短工作線使設(shè)備布局十分困難。

4 礦坑的并幫縮界工程

目前，安太堡三采區(qū)最上部的1270平盤距離三采區(qū)東邊界約800 m，再有3 a時(shí)間面臨向北轉(zhuǎn)向或向東開采進(jìn)入東露天礦后備區(qū)的問(wèn)題。根據(jù)平朔礦區(qū)的長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃，安太堡礦與東露天擬采用換界方案，即安太堡礦突破東界向東開采進(jìn)入東露天礦后備區(qū)，東露天礦繼續(xù)向西采安太堡礦的擴(kuò)界區(qū)。如果在北部縮界內(nèi)排，勢(shì)必在擴(kuò)界區(qū)開采時(shí)需剝離大量的重復(fù)剝離物。綜合安太堡礦和東露天礦的開采進(jìn)度，預(yù)計(jì)很快涉及開采重復(fù)剝離物的情況，如果沿北幫全壓幫排棄的重復(fù)剝離量超5 200萬(wàn)m3，2017年由于繼續(xù)實(shí)施傾斜煤層延深與推進(jìn)的協(xié)調(diào)開采，煤頂由東向西反向推進(jìn)的進(jìn)度有限，一定時(shí)期內(nèi)無(wú)法全壓幫排棄。

安太堡礦坑南部為安家?guī)X二號(hào)井工礦，即南端幫為最終幫，通過(guò)縮短礦坑?xùn)|南部一部分工作線長(zhǎng)度，將東南部礦坑各臺(tái)階提前并幫靠界800 m，提前采出下部的煤后，騰出的采空區(qū)域用于內(nèi)排，以降低部分物料的運(yùn)距和高差。東南部縮界方案也涉及到東露天后備區(qū)開采重復(fù)剝離物的情況，但根據(jù)平朔公司長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃，至少在15 a后，考慮費(fèi)用的時(shí)間價(jià)值，明顯比北部縮界壓幫的方案合理。

安太堡礦從2016年開始在礦坑?xùn)|南部自上而下并幫縮界，每月安排 2臺(tái) PH4100鏟和 2臺(tái)PH2800鏟在東南部采掘。2016年完成1 180～1 240 m水平的靠界。預(yù)計(jì)2017年8月份，縮界區(qū)域可延深到1 135 m水平，并同時(shí)采出該水平以西的4#、9#、11#煤層，屆時(shí)便可實(shí)施近距離內(nèi)排。在并幫縮界的同時(shí)，東南部移動(dòng)坑線不斷向東移設(shè)，逐步靠界，同時(shí)與南幫的1405、1375、1360干道建立聯(lián)系，滿足剝離物料到內(nèi)排的需求，既合理分流，又可減少車流密度。

5 近距離內(nèi)排規(guī)劃

當(dāng)南部延深至1 135 m水平時(shí)，且東南角邊幫全部到界，具備近距離內(nèi)排的條件即可實(shí)施。同時(shí)1 135 m水平以上以西的各煤層抓緊完全采出，在實(shí)施近距離內(nèi)排前，必須現(xiàn)將南部的坑底排水系統(tǒng)向北移設(shè)，及時(shí)騰出內(nèi)排空間，東南部近距離排土場(chǎng)排到1 300 m水平可容納7 562萬(wàn)m3，實(shí)方量東南部近距離排土容積見表3。排土?xí)r遵循自下而上的原則，先從東幫1180運(yùn)輸干道向西向南排棄，臺(tái)階高度45 m，為高段排土臺(tái)階，排土過(guò)程中需嚴(yán)格遵循相關(guān)安全技術(shù)措施和規(guī)程規(guī)定。1180排土臺(tái)階的北側(cè)坡底與北部采場(chǎng)坡底線至少保持50 m的安全距離，當(dāng)1180排土平盤向西南發(fā)展到200 m×100 m的空間時(shí)，從1195運(yùn)輸?shù)缆犯櫯艞?195土場(chǎng)，該土場(chǎng)臺(tái)階高15 m。同理，當(dāng)1210排土平盤向西南發(fā)展到200 m×100 m的空間時(shí)，從1240運(yùn)輸?shù)缆犯櫯艞?240土場(chǎng)。該土場(chǎng)臺(tái)階高45 m。1270土場(chǎng)空間發(fā)展到一定程度，1300土場(chǎng)可自東向西升坡排

表3 東南部近距離排土容積表

棄，形成整臺(tái)階后平排。預(yù)計(jì)該工程需要約2 a，每年延深2～3個(gè)臺(tái)階，近距離土場(chǎng)的剝離物料源自采場(chǎng)1060平盤至1255平盤之間南部的剝離物。并幫縮界土場(chǎng)北部到界時(shí)，需要同時(shí)考慮修筑土場(chǎng)聯(lián)絡(luò)道，為今后物料的移運(yùn)提供運(yùn)輸通道。

6 經(jīng)濟(jì)效果分析

2017年8月份以前，礦坑南部4#煤頂以上的剝離物料大都經(jīng)過(guò)南幫 1405、1375道路到內(nèi)排EX1390、EX1420土場(chǎng)遠(yuǎn)距離和爬高排棄。這部分剝離物運(yùn)距在5 km以上，高差在200 m以上。運(yùn)距遠(yuǎn)高差大的直接后果是運(yùn)輸成本上升，卡車和電鏟的效率降低，卡車輪胎消耗和電阻柵著火故障增加，卡車連續(xù)爬坡安全隱患和風(fēng)險(xiǎn)大幅增加[7]。如果實(shí)施近距離的內(nèi)排，卡車的運(yùn)距和高差則明顯降低，油耗大幅下降，卡車臺(tái)班拉運(yùn)量大幅上升，電鏟的生產(chǎn)效率顯著提高，卡車運(yùn)行環(huán)境顯著改善，卡車的安全機(jī)件故障率必然下降。

實(shí)施近距離的內(nèi)排后，南部的剝離物運(yùn)距平均可節(jié)省4 km，高差可降低200 m。每降低1 km可節(jié)省的運(yùn)輸費(fèi)按1.5元/m3計(jì)算，高差每降低100 m可節(jié)省的運(yùn)輸費(fèi)按1.3元/m3計(jì)算，近距離土場(chǎng)可節(jié)省運(yùn)輸費(fèi)用65 033萬(wàn)元。

7 結(jié)語(yǔ)

安太堡礦建礦以來(lái)，在采運(yùn)排環(huán)節(jié)和開采工藝上不斷優(yōu)化，使企業(yè)取得了較好的經(jīng)濟(jì)效果，為地質(zhì)條件類似的礦山提供了借鑒，連續(xù)多年被煤炭行業(yè)評(píng)為高產(chǎn)高效礦井。露天礦山遇到復(fù)雜的地質(zhì)條件后，面臨著生產(chǎn)組織困難、成本上升、生產(chǎn)效率降低等難題，管理技術(shù)人員需要勇于創(chuàng)新，打破常規(guī)，充分發(fā)揮科技第一生產(chǎn)力的作用，進(jìn)一步優(yōu)化開采程序和開采工藝，以降低礦山采運(yùn)排各環(huán)節(jié)的成本，促進(jìn)礦山實(shí)現(xiàn)安全高效可持續(xù)發(fā)展。

［1］楊榮新.露天采礦學(xué)（下冊(cè)）［M］．徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1990.

［2］駱中洲.露天采礦學(xué)（上冊(cè)）［M］.徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1986.

［3］張瑞新.露天礦復(fù)雜地質(zhì)條件下開拓運(yùn)輸與開采工藝研究［M］.北京：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2011.

［4］中煤西安設(shè)計(jì)有限公司.平朔礦區(qū)露天礦接續(xù)方案研究報(bào)告［R］.西安：中煤西安設(shè)計(jì)有限公司，2015.

【責(zé)任編輯：陳 毓】

Discussion on local combined slope shrinkage internal dumping optim ization scheme

XUEWanhai
(Antaibao Open-pit Mine,China Coal Pingshuo Group Co.,Ltd.,Shuozhou 036006,China)

During the mining period of anticline zone,the natural stripping ratio increases,the coal seam propulsive decreases,the coal production scale decreases the magnitude,and the stripping material has the characteristic of the long distance and high elevation difference.Combining with the real-time optimization of mining procedure and the actual mining process,the article minimizes the distance and the elevation difference during anticline zone mining,and discusses the combined slope shrinkage internal dumping optimization scheme.

length of working bench;pit limit shrinkage;internal dumping；transportation distance;elevation difference

TD824

B

1671－9816（2017）09－0056－04

2017-06-20

薛萬(wàn)海（1967—），男，漢族，山西天鎮(zhèn)人，高級(jí)工程師，1989年畢業(yè)于原阜新礦業(yè)學(xué)院露天開采專業(yè)，現(xiàn)在安太堡露天礦930生產(chǎn)班工作。

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.09.014

薛萬(wàn)海.安太堡露天礦局部并幫縮界內(nèi)排優(yōu)化方案探討［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（9）：56-58.