安太堡露天矿三采区转向过渡期间生产系统优化.pdf

露天采矿技术Opencast Mining TechnologyVol.38No.3June.2023第 38 卷第 3 期2023 年 6 月大型近水平或缓倾斜露天矿为减少初期投资和生产期间的采剥成本，通常采用分区开采的方式。实行分区开采的露天矿山在新旧采区转向过渡过程中，往往会遇到运距和运输高差增加、剥离运输洪峰、采运排系统复杂化等问题，许多学者对此进行了深入研究1-3。崔宏伟等1针对传统扇形转向遇到的工作线变长、剥采比变大问题提出了“L”扇形转向方式；宋子岭等4对2个采区在转向期间的剥采工程量和位置进行优化，建议转向接续期间应使整个露天矿的生产稳定，剥采比增长不宜过大。1问题的提出安太堡露天矿剥离工艺为单斗卡车间断工艺，采煤工艺为单斗卡车-1420土场地表破碎站-带式输安太堡露天矿三采区转向过渡期间生产系统优化司万友（中煤平朔集团有限公司 安太堡露天矿，山西 朔州 036006）摘要：为了缓解安太堡露天矿三采区向北部后备区转向过渡期间遇到的征地滞后、资源接续紧张、剥离欠量、剥离运输洪峰、采运排系统复杂化等不利影响，运用3DMine软件和露天采矿学理论对采运排系统进行优化，提出三采区整修河道优化境界、掏槽提前推进、反向搭桥压帮排土、并帮高段排弃等措施，并在现场实施。通过上述方法的应用，三采区提前5个月完成采排工作线原地转向，原煤产量和剥离均超计划完成，其中2021年运距和运输高差较同期分别下降0.25 km和58 m，P&H2800和P&H4100电铲效率分别提升7.9%和26.7%。关键词：矿坑转向；掏槽开采；反向排土；工作线；搭桥中图分类号：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82原园4Optimization of production system during the transition period of the third mining area inAntaibao Open-pit mineSI Wanyou（Antaibao Open-pit Mine,China Coal Pingshuo Group Co.,Ltd.，Shuozhou 036006,Chin）Abstract:In order to mitigate the adverse effects of land acquisition delay,resource continuity tension,stripping shortage,strippingtransportation peak,and mining,transportation and drainage system complexity encountered during the transition from the thirdmining area to the northern reserve area of Antaibao Open-pit mine,this paper uses 3DMine software and open pit mining theoryto optimize the mining,transportation and drainage system,and proposes that the third mining area should be renovated to optimizethe boundary of the river course,advance the cutting,reverse bridge and wall pressing for soil disposal measures such as highsection disposal shall be taken and implemented on site.Through the application in the mine,the mining and drainage working linein the third mining area was turned in place five months ahead of schedule,and the raw coal production and stripping werecompleted beyond the plan.The transportation distance and height difference in 2021 decreased by 0.25km and 58m comparedwith the same period,and the efficiency of P&H2800 and P&H4100 electric shovels increased by 7.9%and 26.7%respectively.Key words:pit turning;cut mining;reverse dumping;working line;bridgeDOI:10.13235/ki.ltcm.2023.03.022司万友.安太堡露天矿三采区转向过渡期间生产系统优化 J.露天采矿技术，2023，38（3）：82原85.SI Wanyou.Optimization of production system during the transition period of the third mining area in AntaibaoOpen-pit mine 允.Opencast Mining Technology,2023,38（3）:82原85.移动扫码阅读收稿日期：2022-07-27责任编辑：陈毓作者简介：司万友（1984），男，湖北十堰人，助理工程师，本科，2009 年毕业于中国矿业大学，现从事露天开采技术管理工作。82露天采矿技术Opencast Mining TechnologyVol.38No.3June.2023第 38 卷第 3 期2023 年 6 月图 1三采区提前掏槽开采示意图送运输-选煤厂半连续工艺。前2个采区已采完，三采区自2003年以来自西向东开采，于2019年东部采马关河西侧，东部上部作业平盘到界后向北扩帮并延深。目前，扩帮区东部向下延深到4#煤底板（高程约1 100 m），中部已延深到1150平盘，西部地表于2021年7月开始作业，剥离平盘已延深到1225平盘，北部黄土平盘开采到平陶公路附近。三采区向北90毅转向期间，由于征地工作滞后，西部林地推进缓慢，同时受北部平陶公路的制约，矿坑推进不均衡，剥离物采排高差大、运距较远，新旧矿坑同时生产，运输系统复杂，采场下部空间难以利用，需要提前对生产系统进行优化。2采掘系统优化2.1正常推进区超前掏槽开采目前，安太堡露天矿处于矿坑转向过渡期，矿坑实际上分为由西向东的正常推进区和向北的缓帮区。根据以往矿坑转向实践经验，露天矿转向期间往往存在剥离运输洪峰，即矿山转向期间的运距和运输高差会大幅增加。为了在转向期间最大限度地缩短运距和运输高差，适时改变以往原矿坑全工作线推进的开采方法，采用缩短工作线掏槽开采即双“L”形开采，实现三采区南部提前掏槽推进，开辟近距离排土空间。三采区提前掏槽开采示意图如图1。掏槽开采顺序为原矿坑4#煤以上剥离台阶由上至下依次采到东部最终边界后，4#煤及以下各平盘采用缩短工作线开采，4#煤平均厚度13.45 m，平均工作线长度900 m，密度1.56 t/m3,月平均产量75万t，全工作线开采每月推进度40 m，当工作线长度缩短300 m每月推进度60 m，4#煤2021年初距离东部边界635 m，通过缩短工作线可提前5个月推进到东帮实现靠界。4#煤以下岩层和煤层也相应跟踪平行推进，9#煤顶板剥离台阶联络坡道尽可能往北部布置，坡道布置范围上部煤岩超前采剥。掏槽“L”形开采比全工作线推进缩短5个月，即三采区提前5个月形成东西向采排工作线，实现了矿坑就地原位转向。南帮腾出的空间可提前实现南帮边坡采煤工程，矿坑缓帮区部分剥离物料近距离在三采区东南角1120干道、1150干道反向压帮内排，比绕南帮到达原内排土场排弃平均可节省运距1.5 km。在南部超前掏槽工程完成后，将形成1120、1150、1180、1210、1240平盘矿坑东西整体大环线，矿坑北部扩界区的物料不用再通过长距离大坡道折返运输到排土场，部分卡车通过东帮干道就能达到缩界区的内排土场，简化了大型卡车运输系统的生产组织，进一步降低了采剥成本。2.2提高东帮帮坡角东帮通过优化最终地表界，将原马关河曲折的河道进行修整,结合地形尽量取直,形成的最终河道北端高程1 243 m、南端高程1 233 m，坡度为0.5%的河道，平均宽度10 m,全长2.27 km。马关河的改造工程使矿坑实现安全度汛，同时使得东部地表界向东移动150 m。根据缓帮区地形西高东低、东帮区域地表黄土比例较少、覆层平均厚度约18 m的实际，为最大限度回收露天矿端帮压煤5，打破每2个台阶留1条道路的惯例,东帮1 210 m水平不留运输道路,在确保东帮边坡整体稳定的情况下，将东帮帮坡角由原来的34毅提高至37毅。帮坡角提升后，东帮除局部破碎带片帮外均能够保持边坡稳定，可增加境界煤量360万t。2.3采煤工程布局优化1）保障4#煤的生产接续。运用3DMine软件对安太堡矿矿床模型中地表面和各煤层顶底板面进行高程分析，煤层西高东低，煤层往北逐步抬高，露煤充足。东侧煤层较为平缓，西侧位于背斜区域，煤层倾斜，且因剥离进度滞后，煤层揭露相较于东侧较难，西部背斜区煤岩混杂严重，同时缓帮区受到上部公路陶平线的制约，下部作业空间越来越小，生产组织的难度也逐步增大。为保证原煤接续，当北帮东部4#煤顶部剥离平盘临时靠界不再具备布置电铲条件时，加强对缓帮区西侧4#煤进行揭露，开辟西部采83露天采矿技术Opencast Mining TechnologyVol.38No.3June.2023第 38 卷第 3 期2023 年 6 月剥工作线。同时优先将北帮中部平盘东侧逐步打开，将剥离重心逐步下移，可在一定程度上缓解排土场上部排弃速度过大的问题，同时加快北帮中部的露煤速度，也在一定程度上缓解4#煤的生产接续问题。由于计划作业区域布局作业空间紧凑，实际过程中电铲布置困难，将工作平盘设计宽度由原来的80 m逐步调整至40 耀 60 m，电铲实施“雁行”追踪开采，非工作平盘宽度为15耀20 m，加大工作帮坡角。2）合理布局重点出煤区域。2021年因4#煤接续较为紧张，为了加快北部缓帮区露煤，在该区域4#煤顶高程1 125 m处，合理布局电铲作业，安排1台PH4100电铲将1270平盘与1255平盘计划区域部分物料清理完成后，调至中部1150平盘和1135平盘，以加快4#煤的出露和生产接续。为增加4#煤露煤量，保证4#煤的正常接续，优先对中东部易露煤的区域进行推进，2021年末露煤量224万t，可采量135万t。3）加大9#煤顶部剥离台阶的推进度。将P&H4100电铲调至正常推进区9#煤顶部作业，将南部剥离平盘延深至1 020 m水平，矿坑露煤量由过背斜期间的100万t增加到685万t，并实现了南帮缩界区的完全内排回填。2021年实现原煤超产150万t。3运输系统优化3.1北帮布设连续大坡道安太堡矿近几年采用工作帮移动坑线与端帮半固定坑线相结合的开拓运输系统。2022年初，安太堡矿东帮和南帮有1180、1150、1120 3条运输干道与南部缩界区内排土场X1120、X1150、X1180、X1210相接，北帮布设连续大坡道，与内排北部各台阶相连，剥离物料可实现双向内排。为最大限度地缩短运距和高差，前期形成了11351300连续大坡道，减少了运煤车辆在土场连续折返的次数6。工作线推进到背斜末期，内排土场需要正常跟进，因此前期的11351300坡道已对现有北部内排空间形成制约，需要规划新的出入沟，将北帮与南部缩界区搭接，形成新“双环”运输干线7。通过3DMine软件建模计算，2021年6月矿坑南部缩界区形成SX1210排土场，形成排土空间3 706万m3，可满足生产需要。2021年下半年安太堡矿由北部1 105 m水平升坡与现有内排土场X1160、南帮1210平盘搭接，形成新的入坑联络线，不但缩短了9#煤上部剥离台阶的运距和高差，而且增加了北部内排空间870万m3。3.2修筑10501120坡道随着旧矿坑南部提前到界，采剥工作线推进方向由原来的南北向逐步变为东西向，为缩短采煤和剥离运距，减少运煤与剥离运输路线的交叉，使采、运、排系统协调推进，2022年3月从东部9#煤顶板搭桥向西南外扩形成了矿坑东南部的1050土场。1050土场距离东帮坡底50 m位置向西按8%坡度升坡至1120土场，排弃宽度60 m与1120土场搭接形成坑底东西向9#煤和11#煤运煤道路，原来11031160坡道可压埋，为西部内排各排土台阶向东推进，腾出1 980万m3的近距离排土空间。3.3规划4#煤底板南帮1210平盘坡道三采区4#煤下部台阶的煤接近采完，根据生产现状，剥离重心在上部，而排弃空间重心在下部。为充分利用下部排土空间，降低剥离物运距和高差，需对主要运输系统与排土空间进行规划，设计方案为从南部缩界区1210干道转弯位置向北直接搭至4#煤底板，即计划于2023年底形成4#煤底板南帮1210坡道。从南帮1210坡道1 206 m标高处向下延展至矿坑中部4#煤底板1 115 m标高，全长1 320m，坡道宽度60 m，整体坡度6.9%，占用空间1 900万m3，松散系数按照1.15计算，需要实方物料1 680万m3。3.4施工方案优先考虑坡道区域内煤岩采出时间的影响，完成该区域的煤岩采出至少需要5个月。在坡道区域内的煤岩采出的同时，形成背斜区域北部内排土场，并向东跟排，土场使用降排的方式排弃11151160段。形成的新主运输系统与在用的运输系统在空间上重叠，施工时，需要找1条其他的运输线路进行替代。从东帮下部1120干道升坡排弃形成11201180运输道路，与南帮1180干道接通，绕过背斜区土场运往1420土场。11201180坡道施工至少需要141万m3的物料。同时在11201180坡道施工时，4#煤需要向下运输至9#煤顶板位置，为确保施工过程安全，需要等矿坑东部9#煤顶板运输道路停用后方可进行施工。待形成11201180坡道之后，施工12101160段，9#煤与11#煤同样需要通过工作帮折返（4#煤运煤路）。北帮物料向背斜区西侧内排土场排弃。运输系统优化后，2021年全年的运距和运输高差分别为2.7 km和66 m,较2020年同期下降0.25 km和58 m，有效降低了运输成本8。84露天采矿技术Opencast Mining TechnologyVol.38No.3June.2023第 38 卷第 3 期2023 年 6 月4排土系统优化4.1协调排土由于安太堡露天矿以南依次是安家岭二号井和安家岭露天矿，安家岭二号井已闭坑，其上部为安太堡矿南寺沟外排土场，芦子沟背斜贯穿于这3个矿。安家岭露天矿近几年处于过芦子沟背斜的艰难时期，不可避免地存在剥离物料运距远、运输高差大等问题。安家岭矿背斜区剥离物料若全部提升到内排土场1430平盘排弃，运距约5.5 km，高差达200 m以上。安太堡矿坑转向期将腾出大量内排空间，安家岭矿北部部分剥离物可排弃于安太堡矿南部内排缩界区1300、1330等平盘，运距约3 km，高差约100m。剥离物运费按2.3元/（m3km）计算，可节省运费1亿元以上。相邻露天矿协调排土示意图如图2。4.2优化土场排弃参数受矿坑中西部征地影响，北部缓帮区域以地方公路平陶路为界进行北部靠帮，东侧靠帮速度明显高于西侧，且西侧的剥离重心较东侧高，目前矿坑的主要排土空间存在于1 180 m水平以下，将出现高段排土与重车下坡现象，且西侧区域物料排往南部缩界区1340土场运距与提升高度增加较大，经济效益不佳。可将背斜区内排1270土场与1240并段，1360土场与1390并段，矿坑东南帮1180运输干道从直线段处开始转弯向西起坡排土升坡至1 210 m水平，与运煤路相接。内排南部缩界区土场1120与1090并段，土场1210与1180、1150土场并段,并段土场排弃期间需严格执行高段排土安全技术措施9。4.3反向压帮搭桥为了缩短剥离物排弃运距，在矿坑西北角实施反向排土。当北帮1180平盘由东向西采到原4#煤底板标高时，从该处下挖形成11801165平盘坡道，北帮1165平盘的物料可由西向东采掘，物料经过原4#煤底板运输道路提升至1 202 m水平时压帮搭桥，向南反向升坡排弃，形成内排1210土场，比经东帮和南帮的运距节省了1.7 km，运费按2.3元/（m3km）计算，可节省运费1 583.55万元，当采场1180平盘满足继续向下延深条件时，需逐层废除此桥，产生的重复剥离量105万m3，二次剥离单价10.0元/m3，反向排土搭桥经济效益533.55万元。同理，当采场1165平盘向下延深时，继续向南反向排土间隔搭桥，采场1165和1150平盘的物料向南排弃形成X1180排土平盘。5结语大型露天矿转向期间，应优先解决好外部环境对矿山发展的制约问题，同时采、运、排环节要提前统筹谋划，充分考虑转向期间的复杂性和不均衡性，在总结以往转向经验基础上，综合使用多种优化方法，使矿山转向过渡期间原煤产量保持平稳接续，减少设备人员波动，保障生产安全高效，采运排系统衔接顺畅。参考文献：员 崔宏伟，陈再明，王利明，等援平朔东露天矿采区转向方法研究 允 援露天采矿技术，圆园圆园，猿缘（猿）：怨圆原怨源援圆 王肇东援露天煤矿采区接续工程位置确定及转向方式研究 允 援煤炭科学技术，圆园员缘，源猿（愿）：猿源原猿怨援猿 贾晓磊，董志龙，王平亮，等援南露天煤矿转向期间两采区配合剥采方案优化 允 援露天采矿技术，圆园圆1，猿远（员）：员园远原员园愿援4 宋子岭，王肇东，范军富.露天煤矿采区转向接续期间剥采工程优化J.科技导报，2013,31（9）：50-54.5 白润才，李浩然，刘光伟援相邻倾斜复合煤层露天矿转向期间境界优化 允 援辽宁工程技术大学学报（自然科学版），圆园员愿，猿苑（源）：远苑猿原远苑怨援6 贺昌斌，张永华，常永刚，等援安太堡露天矿运输系统优化与内排土形成方案 允 援露天采矿技术，圆园圆园，猿缘（员）：远愿原苑园援7 威华援安家岭露天矿过背斜期间开采优化研究 允 援露天采矿技术，圆园员怨，猿源（员）：愿愿原怨员援8 高军，刘俊龙援大峰露天煤矿运输系统优化设计 允 援露天采矿技术，圆园员愿，猿猿（源）：员缘原员苑援9 张伟，刘维玉，姚国栋，等援平朔东露天矿排土方案优化 允 援露天采矿技术，圆园员缘（猿）：猿原远援图 2相邻露天矿协调排土示意图85