安太堡露天煤矿过背斜区开采程序优化.pdf

露天采矿技术Opencast Mining TechnologyVol.38No.3June.2023第 38 卷第 3 期2023 年 6 月露天采矿程序对露天矿开采和矿山经济指标有着重要的影响员原圆，许多学者对露天矿开采程序的确定进行了大量的研究。白润才等猿原源针对倾斜巨厚煤层露天矿纵向开采面临的剥采比和运距不断增大、生产成本急剧增加的技术难题，提出了“倾斜巨厚煤层纵采转横采分期境界强化内排的开拓开采方式”，优化确定了转向方向、超前降深位置参数、转向期间剥采排工程过渡接续程序。但露天矿开采过程中无法避免断层、背斜、向斜等不良地质构造对开采的影响缘，因而研究露天开采过程中过地质构造带的开采程序优化问题，对露天矿维持高效生产及产量的平稳接续具有重要意义。贾荣军等远以新疆奇台总场露天煤矿为研究对象，提出沿煤层布置为倾斜工作线进行开采；厉美杰等苑以霍林河南露天煤矿受F5断层影响开采和内排为工程依托，提出露天矿过断层开采方案，并优化开采程序，提高资源回采率，以提高露天矿经济效益；赵洪泽等愿以黑岱沟露天煤矿过二采区煤层断陷带为研究对象，在分析地层条件、生产现状和开采设备工艺特点基础上，提出抛掷爆破-拉斗铲倒堆+单斗卡车、单斗卡车+抛掷爆破-拉斗铲倒堆、单斗卡车+抛掷爆破-拉斗铲倒堆+单斗卡车开采方案，基于AHP-理想点法的评价模型对安太堡露天煤矿过背斜区开采程序优化刘俊昌（中煤平朔集团有限公司，山西 朔州 036006）摘要：为了解决安太堡露天矿过背斜区开采程序优化问题，在分析背斜构造对开采程序的影响基础上，提出过背斜超前开采方案、纵采方案和伪纵采方案3种不同的开采程序方案，并通过分析生产剥采比、运距、提升高度等指标的变化规律，对所提出的3种备选方案进行优化对比。经对比北部超前开采方案生产剥采比及剥离运距均小于纵采及伪纵采方案，故推荐采用北部超前开采方案为过安太堡露天煤矿过背斜开采程序方案。关键词：露天矿；开采程序；背斜构造；排土场；经济指标中图分类号：TD824文献标志码：B文章编号：员远苑员原怨愿员远（圆园23）03原园园92原园5Optimization of mining program in over-anticline area of Antaibao Open-pit Coal MineLIU Junchang（China Coal Pingshuo Group Co.,Ltd.,Shuozhou 036006,China）Abstract:In order to solve the optimization problem of the mining program during the anticline area of Antaibao Open-pit Mine,on the basis of analyzing the influence of the anticline structure on the mining program,the article presents an anticline advancedmining scheme,a longitudinal mining scheme and a pseudo-longitudinal mining scheme.By analyzing the variation law ofeconomic indicators such as production stripping ratio,transportation distance and lifting height,the article optimizes and comparesthree proposed alternatives.The distance is smaller than the longitudinal mining and pseudo-longitudinal mining schemes,so it isrecommended to adopt the northern advanced mining scheme as the over-anticline mining procedure scheme in Antaibao Open-pitCoal Mine.Key words:open-pit mine;mining program;anticline structure;dump;economic indicator移动扫码阅读收稿日期：2022-06-23责任编辑：陈毓作者简介：刘俊昌（1984），男，河南杞县人，高级工程师，本科，2006 年毕业于中国矿业大学，从事露天开采技术管理工作。DOI:10.13235/ki.ltcm.2023.03.025刘俊昌.安太堡露天煤矿过背斜区开采程序优化 J.露天采矿技术，2023，38（3）：92原96.LIU Junchang.Optimization of mining program in over-anticline area of Antaibao Open-pit Coal Mine允.Opencast Mining Technology,2023,38（3）:92原96.92露天采矿技术Opencast Mining TechnologyVol.38No.3June.2023第 38 卷第 3 期2023 年 6 月图 2纵采开采方案示意图图 1安太堡露天矿 2018 年末典型工程地质剖面所提出的开采方案从技术、经济、安全3个方面展开比较，确定采用单斗卡车工艺+抛掷爆破-拉斗铲倒推工艺+单斗卡车工艺方案。尽管学者们对露天矿开采程序优化进行了研究，但对露天矿过背斜期间开采程序优化研究较少。为此，以安太堡露天煤矿过背斜为研究背景，在分析背斜构造对开采程序的影响基础上，提出不同的开采方案，分析生产剥采比、运距与提升高度等经济指标的变化规律，确定最终的过背斜开采程序9。1过背斜区开采程序的提出1.1开采现状分析安太堡露天矿2018年末典型工程地质剖面如图1。安太堡露天矿2018年采场处于过背斜后期，背斜延伸距离约1 200 m，现状已推至背斜570 m处，受芦子沟背斜影响，煤层仍未走平，煤层底板走势为北部先变缓走平，底板标高北高南低，南部煤层底板倾角较陡必然会对内排排土场的形成产生影响。坑底延深至1 120 m水平、1 090 m水平，矿坑剥离工作线长度为1.3 km，采煤工作线长度为1.2 km，剥离工作平盘平均宽度100 m，采煤工作平盘平均宽度60 m，工作帮坡角8.5毅。1.2现有排土空间分析安太堡露天矿目前受背斜区影响，内排土场跟进排土不具备条件。截至2018年12月末，依据各排土场设计排弃参数、排弃范围以及最终排弃水平，计算安太堡露天煤矿最大排弃空间，安太堡露天矿现有排土场最大排弃空间规划量见表1。通过对安太堡现有排弃空间分析可知，安太堡现有排弃空间13 713万m3，不能满足过背斜期间排弃空间要求，同时剥离运距较大，运输高差较大，生产成本较高，设备作业效率低。因此，需要对背斜区的排弃空间进行优化，充分释放和利用过背斜区的排弃空间，缩短剥离运距，降低运输成本。2过背斜区开采程序方案为了充分释放和利用内排空间、缩短运距、降低提升高度、提高经济效益，结合露天煤矿开采现状、排土现状和煤层赋存条件，在安太堡露天矿过芦子沟强背斜构造期间分别提出3种剥采排工程接续方案：淤纵采开采方案；于伪纵采开采方案；盂北部超前开采方案。1）纵采开采方案。方案不考虑煤层底板由北向南变高对开采的影响，工作线垂直煤层底板布置，向东推进，此方案开采方式简单，便于施工组织，但对内排排弃量和产能的平稳接续不利，且对设备工作产生影响。纵采开采方案示意图如图2。表 员安太堡露天矿现有排土场最大排弃空间规划量排土场排弃空间/万 m3排弃标高/m 总排弃空间/万 m3北 1 排土场南 1 排土场南寺沟排土场1 2642 8129 6371 4601 4501 51013 71393露天采矿技术Opencast Mining TechnologyVol.38No.3June.2023第 38 卷第 3 期2023 年 6 月图 3伪纵采开采方案示意图2）伪纵采开采方案。方案考虑煤层底板由北向南变高对开采的影响，工作线伪倾斜布置，表现为北部煤层底板较缓区段开采比南侧煤层底板变高区段开采强度大，有利于释放内排空间，增加内排量，且对设备工作期间影响小。伪纵采开采方案示意图如图3。3）北部超前开采方案。方案考虑到煤层底板赋存条件，北部超前开采方案选用工作线“Z”形布置，开采过程中将“Z”形工作线分成2部分，北部煤层较缓一侧为纵采工作帮，向东加快推进，为释放内排量奠定基础；另一侧为降低煤层底板抬高对开采设备的影响，采用伪横采布置工作线，同时能增加内排量，缩短运距9。北部超前开采方案示意图如图4。3过背斜区采排方案综合比较综合考虑生产现状、排土空间、生产能力、剥采比、剥离运距等因素对开采的影响，通过对3种方案20192023年的生产剥采比、采煤运距、采煤提升高度、剥离运距、剥离提升高度、背斜区排弃量6个指标进行综合对比分析，确定最优的方案。3.1生产剥采比变化规律对比分析根据3种方案在20192023年间每年的生产剥采比，分析出纵采方案、伪纵采和北部超前开采方案剥采比变化规律，20192023年3种方案剥采比见表2。由表2可知：3种方案的生产剥采比在20192023年都能保持发展相对稳定，剥采比均在5耀8 m3/t间波动。伪纵采曲线走势大致在纵采方案和北部超前方案曲线之间，2019年纵采方案剥采比小于北部超前开采方案及伪纵采方案，20202022年期间纵采方案剥采比波动趋于平稳，北部超前开采方案有上升趋势，至2023年北部超前开采方案剥采比大于其他2种方案，但20202022年期间北部超前方案剥采比均小于其他2种方案。考虑近期效益，综合分析在生产剥采比方面北部超前开采方案更具优势。3.2采煤运距与采煤提升高度变化规律20192023年3种方案每年的采煤加权运距，可以通过每年年末的工程位置量取，并计算出每年的采煤加权提升高度。20192023年3种方案采煤加权运距见表3，20192023年3种方案采煤加权提升高度见表4。由表3可知：2019年伪纵采方案的采煤运距较北部超前开采方案和纵采方案的采煤运距小，故伪纵采方案的水平运煤成本相对于其他2种方案较图 4北部超前开采方案示意图表 220192023 年 3 种方案剥采比年度201920202021202220235.177.347.537.456.215.237.726.307.726.245.606.195.667.067.56剥采比/（m3 t-1）纵采方案伪纵采方案北部超前开采方案表 320192023 年 3 种方案采煤加权运距年度201920202021202220238.306.709.2011.2011.307.557.209.5010.4011.308.007.109.3010.0011.10采煤加权运距/km纵采方案伪纵采方案北部超前开采方案94露天采矿技术Opencast Mining TechnologyVol.38No.3June.2023第 38 卷第 3 期2023 年 6 月小，2020年3种方案的采煤运距均达到最低点，期中纵采方案采煤运距低于其他2种方案，20202023年3种方案的采煤运距均逐年升高，其中北部超前方案较其他2种方案增长趋势平缓，北部超前开采方案的原煤运距较其他2种方案更具优势。20222023年3种方案采煤运距差距在逐渐缩小，北部超前方案的水平运煤成本较其他2种方案优势越来越不明显。由于原煤的运输既有水平运输距离，又有原煤提升的高度，水平运距并不能充分反映原煤的运输成本，还需考虑采煤提升高度对运输成本的影响。由表4可知：20192023年3种方案采煤提升高度变化趋势较一致，曲线波动趋于平稳，北部超前方案采煤提升高度曲线趋势高于在其他2种方案，纵采方案和伪纵采方案采煤提升高度趋于吻合，在20202023年伪纵采方案的采煤提升高度最小，说明伪纵采方案的原煤提升成本最小。从原煤提升成本方面综合分析可知，伪纵采方案更具优势。通过对比分析，20192023年期间伪纵采方案和北部超前开采方案原煤运输成本基本一致，均优于纵采方案。3.3剥离运距与剥离提升高度变化规律根据纵采方案、伪纵采方案和北部超前开采方案的工程推演与开拓运输系统的布置，通过每年年末的工程位置量取出20192023年每年的剥离加权运距，并计算出每年剥离物的加权提升高度。20192023年3种方案剥离加权运距逐年变化见表5，20192023年3种方案剥离加权提升高度逐年变化见表6。由表5可知：20192023年3种方案曲线均显现出逐年降低的趋势。其中伪纵采方案曲线较其他2种方案波动更加平稳，纵采方案曲线趋势大致在其他2种方案之间波动，在2019、2021、2023年北部超前开采方案剥离运距均小于其他2种开采方案，在2020年北部超前开采方案剥离运距较其他2种方案剥离运距相差不大，在2022年北部超前开采方案剥离运距也在其他2种方案之间，总体上北部超前开采方案的水平剥离运输成本比其他2方案的剥离运输成本小。由于剥离物的运输既有水平运输距离，又有剥离提升的高度，水平运距并不能充分反映剥离的运输成本，还需考虑剥离提升高度对运输成本的影响。由表6可知：20192023年3种方案曲线波动趋势总体吻合，在2020年都有上升趋势，在20202023年总体有下降趋势，在2019、2021年伪纵采方案剥离提升高度小于其他2种开采方案，在2020年，北部超前开采方案加权提升高度最低，且曲线波动趋势较其他2个方案平稳，在20222023年纵采方案剥离提升高低较其他2种方案有微弱的优势。3.4背斜区排弃空间对比分析根据纵采方案、伪纵采和北部超前开采方案的工程推演与背斜区排土场建设，计算20192023年背斜区的排弃量，20192023年3种方案背斜区排弃量见表7。由表7可知：20192023年北部超前开采方案曲线波动趋势有上升趋势，即北部超前开采方案逐年释放背斜内排空间，内排空间利用率高，20192020年纵采方案及伪纵采方案对于内排释放很小，其剥离物排弃主要靠外排，势必会导致剥离运距加大、现场施工组织困难。综合分析3种开采程序中的生产剥采比、采煤表 420192023 年 3 种方案采煤加权提升高度年度20192020202120222023267342347348345262327341340339272345355396345采煤加权提升高度/m纵采方案伪纵采方案北部超前开采方案表 520192023 年 3 种方案剥离加权运距逐年变化年度201920202021202220235.26.75.13.74.55.86.55.25.55.04.46.74.44.93.6剥离加权运距/km纵采方案伪纵采方案北部超前开采方案表 620192023 年 3 种方案剥离加权提升高度年度20192020202120222023195230872-231782297956-1118819811338-18剥离加权提升高度/m纵采方案伪纵采方案北部超前开采方案95露天采矿技术Opencast Mining TechnologyVol.38No.3June.2023第 38 卷第 3 期2023 年 6 月排水系统，确保雨水能够及时排除。参考文献：员祁有涛，张东旭，白继元，等援红沙泉露天矿外排土场边坡稳定性分析与治理 允 援露天采矿技术，圆园圆员，猿远（猿）：怨愿原员园圆援圆姜海涛援 基于 云蕴粤悦猿阅的排土场边坡稳定性分析 允 援煤矿安全，圆园员苑，源愿（员园）：圆员远原圆员怨援猿孙书伟，林杭，任连伟援 云蕴粤悦猿阅在岩土工程中的应用酝 援北京：中国水利水电出版社，圆园员员援源张永贵援 基于 云蕴粤悦猿阅软件的魏家峁露天煤矿边坡稳定性破坏模式分析 允 援露天采矿技术，圆园员怨，猿源（源）：缘缘原缘愿援缘马明援宝日希勒露天矿南帮边坡稳定分析与治理方案允 援 煤矿安全，圆园员苑，源愿（猿）：圆员怨原圆圆圆援远廖红建，谢永利援岩土工程数值分析 酝 援北京：机械工业出版社，圆园园怨援苑张保俊援基于 云蕴粤悦猿阅的边坡稳定数值模拟 允 援煤炭与化工，圆园员源，37（员）：员园猿原员园缘援愿姜海涛援 基于 云蕴粤悦猿阅复合排土场边坡动态破坏过程研究 允 援露天采矿技术，圆园员苑，猿圆（缘）：员远原员愿援怨谭文辉，王家臣，周汝弟援岩体边坡渐变破坏的物理模拟和数值模拟研究 允 援矿业研究与开发，圆园园园，20（5）：怨原员园援员园张保俊援基于 云蕴粤悦猿阅的边坡稳定数值模拟 允 援煤炭与化工，圆园员源，猿7（员）：员园猿原员园4援（上接第91页）和剥离运距、提升高度，背斜区可排弃空间可知，采用北部超前开采方案更具有优势。4结语1）对北部超前开采方案5年的年度计划关键指标进行计算，得到20192023年平均剥采比为6.41m3/t，剥离运距为4.8 km，剥离物提升高度为104 m，平均采煤运距为8.30 km，原煤提升高度为356 m，2021年实现背斜区完全内排，背斜区累计排弃4.9亿m3。2）对纵采方案5年的年度计划关键指标进行计算，得到20192023年平均剥采比为6.74 m3/t，剥离运距为5.04 km，剥离物提升高度为98 m，采煤运距为8.44 km，原煤提升高度为330 m，2021年实现背斜区完全内排，背斜区累计排弃4.7亿m3。3）对伪纵采方案5年的年度计划关键指标进行计算，得到20192023年平均剥采比为6.58 m3/t，剥离运距为5.59 km，剥离物提升高度为106 m，平均采煤运距为9.01 km，原煤提升高度分别为320m，2021年实现背斜区完全内排，背斜区累计排弃4.53亿m3。4）通过对北部超前开采、纵采和伪纵采3种开采方案进行综合对比，北部超前开采方案生产剥采比及剥离运距均小于纵采及伪纵采方案，且能够超前利用背斜区内排空间，外排量相对最小，故推荐采用北部超前开采方案为过背斜开采程序方案。参考文献:员 于汝绶，张瑞新，王宝庭，等援露天采矿优化理论与实践 酝 北京：煤炭工业出版社，圆园园缘援圆 曹博，汪帅，黄云龙，等援倾斜煤层露天矿横采内排采区合理宽度研究 允 援煤炭科学技术，圆园圆员，源怨（愿）：猿愿原源源援猿 白润才，刘永鑫，刘光伟，等援基于改进 粤匀孕原综合评价法的露天矿开采程序优化 允 援辽宁工程技术大学学报（自然科学版），圆园员愿，猿苑（猿）：源远圆原源远愿援4 白润才，王强，刘光伟，等援基于 栽云粤匀孕原理想点法的露天矿开采程序优化 允 援应用泛函分析学报，圆园员苑，员怨（猿）：猿猿园原猿猿苑援5 戴超援复杂断层带露天矿高边坡开挖稳定性研究 阅 援重庆：重庆大学，圆园员远援6 贾荣军援伪走向工作线布置在奇台总场露天煤矿设计中的应用 允 援露天采矿技术，圆园员圆（源）：员苑原员愿援7 厉美杰，张瑞新，赵红泽，等援复杂条件下褐煤露天矿开采程序优化 允 援华北科技学院学报，圆园员缘，员圆（源）：猿员原猿缘援8 赵红泽，李志伟，孙健东，等援黑岱沟露天煤矿过断陷带开采程序优化选择 允 援矿业科学学报，圆园圆园，缘（圆）：员愿苑原员怨猿援9 王祥生，陈再明援基于 粤匀孕原郧砸粤孕 法的露天矿采排方案优选 允 援煤炭工程，圆园员怨，缘员（远）：远圆原远苑援表 720192023 年 3 种方案背斜区排弃量年度201920202021202220238171214 78617 14014 2878171213 04517 07114 32681745079 91716 23617 532背斜区排弃量/万 m3纵采方案伪纵采方案北部超前开采方案96