南露天煤礦轉(zhuǎn)向期間兩采區(qū)配合剝采方案優(yōu)化

賈曉磊，董志龍，王平亮，劉福明，胡鐵男

（新疆天池能源有限責任公司，新疆 昌吉 831100）

根據(jù)以往露天礦山的生產(chǎn)經(jīng)驗，露天礦生產(chǎn)轉(zhuǎn)向過渡期間，2 個采區(qū)同時進行剝采作業(yè)，生產(chǎn)組織管理復(fù)雜，如果過渡期剝采工程進度計劃安排不當，將會導(dǎo)致露天礦因采煤接續(xù)不上而減產(chǎn)，甚至停產(chǎn)。轉(zhuǎn)向過渡期間，開拓運輸系統(tǒng)復(fù)雜化，如果布置管理不當，也會使運距增大，運輸系統(tǒng)混亂，影響露天礦的正常生產(chǎn)。

一般情況，應(yīng)按照剝采比均衡完成轉(zhuǎn)向期間2個采區(qū)配剝，不過由于該礦處于連續(xù)擴能期間，一期達產(chǎn)后進行了二期擴能生產(chǎn)。剝采比均衡要實現(xiàn)的主要目標就是保持產(chǎn)能在一段時期穩(wěn)定，這2 點是矛盾的，因此不能按照傳統(tǒng)的剝采比均衡的方法均衡轉(zhuǎn)向擴能時期的剝采工作量[1]。甚至要有意識增加剝離量，防止因剝離作業(yè)滯后導(dǎo)致擴能計劃不能順利進行[2]。

1 現(xiàn)狀與問題簡述

新疆準東煤田的南露天煤礦設(shè)計規(guī)模30 Mt/a，一期工程10 Mt/a，二期工程30 Mt/a。一期工程已于2016 年達產(chǎn)，2017—2020 年為該礦擴能、轉(zhuǎn)向開采時期。該礦首采區(qū)劃分為首采一區(qū)和首采二區(qū)。開采順序為：首先開采首采一區(qū)，平行推進至南部分區(qū)境界后轉(zhuǎn)向開采首采二區(qū)。首采一區(qū)向首采二區(qū)的轉(zhuǎn)向接續(xù)采取緩幫過渡的方式。2018 年首采一區(qū)上部臺階已靠幫到界，轉(zhuǎn)向過渡開采開始實施，科學(xué)的轉(zhuǎn)向開采方案迫在眉睫。

結(jié)合南露天煤礦具體煤層賦存條件，綜合考慮靠幫到界推進度、運距、內(nèi)排時間、平均工作線長度等因素，設(shè)計提出了4 種首采一區(qū)過渡到首采二區(qū)的轉(zhuǎn)向方案，對比分析了各方案的優(yōu)缺點，進行方案評價，得出最優(yōu)方案，縮短了采區(qū)轉(zhuǎn)向過渡時間，保證了產(chǎn)量接續(xù)，提前釋放了內(nèi)排空間，為企業(yè)創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟效益[1-2]。但推薦的最佳轉(zhuǎn)向方案未充分考慮擴能期間2 個采區(qū)的均衡生產(chǎn)，未定量計算2 采區(qū)配合剝采工程量。為平穩(wěn)轉(zhuǎn)向、提升經(jīng)濟效益，需要進一步對兩采區(qū)剝采配合方案進行研究。

剝離作業(yè)必須要跟采煤作業(yè)相配合，因為超前剝離量增大將增加礦山生產(chǎn)剝采比，降低礦山年度的經(jīng)濟效益[3]。實現(xiàn)內(nèi)排后，超前剝離量大會導(dǎo)致剝離工作線推進過快，增加內(nèi)排運距，增加了生產(chǎn)成本，同樣也將降低礦山經(jīng)濟效益[4]。因此，在不影響該礦擴能計劃的前提下，應(yīng)合理的增加剝離作業(yè)生產(chǎn)能力，控制超前剝離量，盡可能不增加生產(chǎn)成本，實現(xiàn)轉(zhuǎn)向和擴能計劃的順利實施[5]。

2 兩采區(qū)采剝量分析

1）采區(qū)劃分及轉(zhuǎn)向。首采一區(qū)向首采二區(qū)轉(zhuǎn)向的方式為西側(cè)快速推進，到界后L 形開采東段，首采區(qū)內(nèi)部劃分及轉(zhuǎn)向相對位置示意圖如圖1。分析首采區(qū)內(nèi)部劃分及轉(zhuǎn)向相對位置可以看出雖然總體上是先采首采一區(qū)后采首采二區(qū)，但是在轉(zhuǎn)向期間為了完成首采二區(qū)緩幫和配剝配采，首采二區(qū)將提前開始剝采作業(yè)，相應(yīng)的首采一區(qū)還剩余大量的煤巖量等待剝采。

圖1 首采區(qū)內(nèi)部劃分及轉(zhuǎn)向相對位置示意圖

2）剝離量和煤量計算。以2018 年2 月現(xiàn)狀圖為研究起點，將2018 年2 月之后首采一區(qū)剩余的煤巖量圈定出來。按照年產(chǎn)量3 000 萬t/a，均衡生產(chǎn)剝采比2 m3/t 計算，年剝離量約為6 000 萬m3。從首采一區(qū)剩余的剝離量和煤量看，煤炭總量5 581.2 萬t，不足2 年的煤炭生產(chǎn)能力，剝離總量3 589.5 萬m3，不足1 年的剝離生產(chǎn)能力，由此可見必須在首采二區(qū)進行配剝。由于煤層傾斜，首采二區(qū)北部煤層埋藏淺，開采成本低且對下部臺階剝采形成制約，因此適當?shù)呐洳梢彩潜匾摹?/p>

3）首采二區(qū)配剝和配采作業(yè)。轉(zhuǎn)向期間，首采二區(qū)需要進行配剝和配采作業(yè)，不過以配剝作業(yè)為主，以配采作業(yè)為輔。配剝配采作業(yè)應(yīng)配合整體的轉(zhuǎn)向和擴能計劃，合理安排和分配首采二區(qū)的剝離作業(yè)量，防止因剝離滯后影響轉(zhuǎn)向和擴能計劃的順利進行，又要控制提前剝離量，盡可能降低生產(chǎn)成本。

3 兩采區(qū)剝采配合方案

1）以最小作業(yè)參數(shù)配采，以恒定剝離能力完成配剝。以最小作業(yè)參數(shù)完成采煤作業(yè)臺階的緩幫，煤量是完成轉(zhuǎn)向技術(shù)上必須的最小配采量，再少就會限制下部煤臺階形成工作線。這樣就能更多地開采首采一區(qū)的煤炭，加快首采一區(qū)橫采的推進速度，加快內(nèi)排空間的釋放速度[8]。

2）剝離物按照均衡生產(chǎn)剝采比2 m3/t 計算剝離量。首采一區(qū)不足部分在首采二區(qū)配剝，將產(chǎn)生超前剝離，形成的首采二區(qū)的工作線是折線形的，其南部為超前推進的巖臺階，北部為按照最小參數(shù)緩幫的煤臺階。

按照首采一區(qū)轉(zhuǎn)向方案和首采二區(qū)開采參數(shù),繪制的2019 年的工程位置圖如圖2，基于2019 年計劃生成的年工程量塊體模型如圖3。

圖2 2019 年工程位置圖

圖3 2019 年剝采量塊體模型

根據(jù)3DMine 建模算量，首采區(qū)剝離量和煤量年度開采計劃見表1。

表1 2019 年剝采計劃

按照最小作業(yè)參數(shù)配采能保證下部臺階的開采不受上部臺階制約，按照均衡剝采比配剝保證轉(zhuǎn)向期間及之后剝采不失衡。按照本方案實施，首采二區(qū)煤臺階具備最小能作業(yè)的標準，剝離臺階超前剝離，轉(zhuǎn)向到二區(qū)后能直接進行正常的采礦作業(yè)，平穩(wěn)過渡。將首采一區(qū)的剝離量和煤炭開采量合計得到轉(zhuǎn)向期間的剝采總量見表2。

表2 2018—2019 年轉(zhuǎn)向期間剝采總量

兩采區(qū)配合剝采保證了采煤量、剝離量穩(wěn)定，2018 年、2019 年均可實現(xiàn)平穩(wěn)過渡。

2018 年5 月份南露天煤礦結(jié)合轉(zhuǎn)向期兩采區(qū)配合剝采方案詳細制定了轉(zhuǎn)向期3 年生產(chǎn)規(guī)劃設(shè)計（設(shè)計規(guī)模30 Mt/a），逐年計算外排土場剩余容量和內(nèi)排土場釋放進度，2018 年、2019 年首采一區(qū)的深部剝離物排至內(nèi)排土場，首采二區(qū)上部適合外排的剝離物排至外排土場，2020 年除地表向下3 個臺階外排外，其他剝離均實現(xiàn)內(nèi)排。3 年均可按照均衡剝采比穩(wěn)定生產(chǎn)，3 年內(nèi)外排協(xié)調(diào)，可實現(xiàn)露天煤礦擴能期穩(wěn)定生產(chǎn)，平穩(wěn)過渡，并完成開采轉(zhuǎn)向。3 年規(guī)劃再次論證兩采區(qū)配合剝采方案的合理性。

4 結(jié)語

1）通過對南露天煤礦首采一區(qū)剩余剝采量和首采二區(qū)剝采分配的分析，轉(zhuǎn)向和擴能過程中要防止剝離滯后影響工程接續(xù)，又要控制提前剝離量，盡可能降低生產(chǎn)成本，實現(xiàn)礦山經(jīng)濟效益最大化。

2）提出兩采區(qū)以最小作業(yè)參數(shù)配采同時以恒定剝離能力完成配剝的設(shè)計方案，定量確定了兩采區(qū)的原煤、剝離配合開采量，結(jié)合轉(zhuǎn)向期3 年生產(chǎn)規(guī)劃設(shè)計再次進行了論證了兩采區(qū)配合剝采的科學(xué)性、合理性。

3）兩采區(qū)配合剝采方案為露天煤礦擴能期穩(wěn)定生產(chǎn)，平穩(wěn)過渡，并順利完成開采轉(zhuǎn)向提供了科學(xué)的依據(jù)，對新疆準東地區(qū)巨厚煤層露天煤礦轉(zhuǎn)向開采都有借鑒意義。