抚顺东露天矿南帮清岩作业开采工艺选择

闫 岽，赵英拓，吴明轩,姚 奇

（抚顺矿业集团有限责任公司 东露天矿，辽宁 抚顺 113004）

露天矿影响边坡稳定性的内因是岩石本身的矿物组成、岩石内的构造应力以及岩体当中的地质结构面[1]。抚顺东露天矿南帮煤层底板以下大部分岩种为凝灰岩，同时凝灰岩上部覆盖有第四纪冲积层，为保证东露天矿边坡稳定，南帮清岩界内的凝灰岩及冲积层需要在采掘降深的同时清理完成。东露天矿按照边坡稳定的要求，选择何种工艺对该部分泥岩量进行清理是生产技术人员亟待解决的问题。

1 矿区概况

东露天矿地处丘陵向平原过渡地带，地表标高＋70～＋105 m，矿坑周边地势南高北低，东露天矿开采的主要有益矿产是油页岩富矿和煤，开采的煤层是复合煤层，由2～38个分层组成，全区发育[2]，矿田内油页岩与煤炭伴生赋存。生产作业过程中，矿坑北帮沿用抚顺西露天矿铁路开采经验继续采用单斗电铲-铁道工艺进行油页岩资源的开采，南帮采用单斗电铲-卡车工艺对煤炭资源进行采掘作业。东露天矿岩层分布情况为北帮最上部依次为泥沙冲积层、绿色泥岩，下部为油页岩、煤炭、凝灰岩及玄武岩。

2 南帮清岩的重要性

露天矿边坡稳定性研究历来是露天矿安全生产的关键技术问题，并一直是岩石力学等相关学科的基本命题[3]。目前，抚顺东露天矿煤炭采区最深水平为－30 m水平，随着东露天矿开采水平的逐年降深，开采深度不断增加，其边坡不稳定性也会进一步增加。南帮清岩作业符合边坡稳定设计要求，在生产组织过程中需要对清岩区域逐幅降深采掘作业，以提高边坡稳定性，避免滑坡灾害的发生。东露天矿南帮E8300～E7100区域南环公路上部清岩未到界，该部分清岩量的存在直接影响南干线铁路向南移设到界，同时因南环公路上部未到界直接影响南环公路下部清岩降深。E8300～E7100区间南干线以上水平岩种主要有黄泥冲积层及片麻岩，岩性较软，在雨季容易出现泥石流，对安全生产存在隐患。

3 清岩现状

3.1 南帮煤炭采区现状

截至2019年初，东露天矿南帮煤炭采区共有4个，分别为南帮东区、南帮西区、坑底东区及坑底西区。南帮东区和南帮西区采掘水平为＋26 m水平，南帮东区工作线长0.6 km，南帮西区工作线长1.4 km。坑底东、西区煤炭采区整体呈西高东低布局，工作线总长度为2.2 km，采掘水平在－12～－30 m水平之间。煤炭采区通常采用北侧拉沟向南推进的开采方式进行采煤作业，台阶高度平均为8 m。E8300～E7100区间南干线上部清岩位于南帮西区及坑底西区煤炭采区上部，水平为＋105 m，南干线上部及时清岩作业可为下部煤炭采区扩采到界提供作业条件。

3.2 清岩作业现状

根据清岩稳定境界的要求，东露天矿南帮清岩在E8300～E7100区间主要有2部分，分别为＋105 m水平以上南干线上部清岩和＋105 m水平以下南干线下部扩采清岩。对于南干线上部地表水补给量增加，地质条件复杂，涌水未得到彻底治理，给露天矿安全生产造成了极大的困难[4]；南干线下部扩采清岩在空间位置上需要南干线上部清岩到界后方可组织施工作业。南干线下部扩采清岩岩种主要有泥沙冲积层和凝灰岩，作业过程需要对凝灰岩进行爆破松动。南干线上部清岩位置图如图1。

图1 南干线上部清岩位置图

4 清岩工艺

东露天矿现有的采装设备有单斗电铲、液压反铲及前装机，运输设备有铁路自翻车及矿用卡车。对于清岩区域选择何种开采工艺作业要综合考虑安全生产及经济成本因素。

1）单斗电铲-铁路自翻车开采。单斗电铲-铁路开采工艺适合的工作线长度在1 000～1 200 m，南干线清岩区域工作线长度为1 200 m，在工作线长度上符合单斗电铲-铁路开采工艺。采用该种工艺作业时，单斗电铲行走路面需要平整硬实，采掘工作面渗水会导致单斗电铲行走路面松软下沉，容易造成单斗电铲翻板沉陷事故，影响单斗电铲安全作业。

2）液压反铲装卡车开采。南干线区域采用卡车工艺，即液压反铲装卡车方式进行清岩作业，该种工艺卡车将清岩量运输至北帮“汽转铁”剥离采区排弃，清岩量需再次经过单斗电铲-铁路工艺排弃至西露天矿内排土场。

3）液压反铲装铁路自翻车开采。南干线清岩区域现有运输煤炭铁路，即南干线，设计在南干线E7600附近新设清岩信站房，由该站房配出清岩专用采掘线路延伸至作业区域。清岩区域铺设专用采掘线路后，可采用液压反铲装铁路自翻车方式进行清岩，剥离物通过铁路排弃至西露天矿内排土场。液压反铲具备移动便捷，升降速度快，复杂地质条件适应性强的特点。

5 清岩工艺可行性比较

1）单斗电铲-铁路自翻车开采可行性。采用单斗电铲-铁路作业方式对南干线区域清岩作业，清岩量可以通过铁路自翻车运输至内排土场进行排弃。采用单斗电铲清岩作业，首先需要确保采装路面平整硬实，南干线区域地表冲积层渗水量较大，清岩区域常年处于水泡泥泞状态。单斗电铲采装作业前需进行掏挖淤泥、回填铺垫矸石过程，铺垫矸石压实后，单斗电铲方可进行行走、采掘作业，该过程会造成生产效率低下，清岩进度缓慢；清岩区域铁路采掘线路受坡度制约，不能铺设延伸至＋135 m水平，进而单斗电铲需在＋105 m水平处采装作业，上部清岩需由液压反铲甩货、推土机送货或卡车短途捣运至单斗电铲采装位置，生产组成环节较为复杂；受单斗电铲作业特点影响，单斗电铲直接采掘至境界线，会破坏边坡岩层，生产中需要在采掘区域到界边缘剩余1条采掘带宽度，届时还需要利用液压反铲进行边坡修整到界工作。

2）液压反铲装卡车开采可行性。采用液压反铲采装清岩量装矿用卡车方式，南干线清岩量需要经过卡车排弃至北帮电铲作业采区进行“汽转铁”作业。清岩量卸载至汽转铁区域，再由剥离单斗电铲采装进铁路自翻车运输至内排土场。该方案增加了北帮剥离单斗电铲作业量，滞后了剥离采区推进进度；南干线清岩区域至北帮68E1“汽转铁”卸载区域运输距离约3.8 km，30 t以下卡车合理运距为2～3 km[5]。清岩量通过该种方式作业运输距离超过卡车经济合理运距3 km，随着运距的增加吨运输成本也随之而增加[6]，采用卡车运输在经济上不合理。

3）液压反铲装铁路自翻车开采可行性。采用液压反铲装铁路自翻车可以利用现有南干线作为运输线路，采用液压反铲上装下挖方式进行装车，根据液压反铲在露天采场的生产实践[7]，利用液压反铲行走能力强，可适应泥泞环境特点可以节省矸石置换淤泥铺垫地盘环节。同时，对于最终境界清岩区域采用液压反铲可以直接在采装过程中完成边坡修整任务；清岩成本方面，采用液压反铲装铁路自翻车方案相比液压反铲装卡车开采可节省“汽转铁”环节，节省生产成本支出的同时可有效提高生产效率。

综上所述，通过在技术及经济上比对分析，最终确定了选择液压反铲装铁路自翻车方式进行南干线区域清岩作业。

6 清岩施工开拓工程

1）铺设道口。将南干线E7600区域无人道口向西移设130 m。其目的是倒出南干线E7530区域位置，为工程作业铺设道岔、专用采掘线做好准备。

2）调整水沟位置。对南干线南侧E7500～E8300区域的水沟按距离南干线路中心4 m、水沟上沿宽度3 m进行调整，不具备条件的水沟，采取下管的方式处理，确保水沟通畅以及采掘线路的铺设。

3）采掘工程量。设计利用南干线进行装车作业，在E7600～E8100区域采掘出专用采掘线铺设位置，该部分工程量约8 000 m3。

4）铺设专用采掘线。设计首先在南干线E7530区域铺设道岔1组并向东铺设采掘线路870 m，采掘南干线上部东侧清岩量；其次，利用该道岔折返向西部铺设采掘线500 m，以采掘南干线上部西侧清岩量。

5）清岩降深工程。完成E7100～E8300区间南干线上部清岩工程，南干线向南移设到位后，设计采用电铁系统对E6800～E8300区间南干线下部进行降深清岩，采掘线逐幅折返降深，工作线长度为1.6 km。系统延伸方法：①设计在储煤场附近E8350区域、＋100 m水平出岔子向西铺设采掘线，该采掘线在E8200区域、＋100 m水平与南环公路相交，需要在此设置1处道口，过道口后该采掘线向西与南环公路并行前进，采掘线降深至＋92 m水平；②设计在E6900区域、＋92 m水平向东铺设倒拉采掘线，该倒拉采掘线降深至＋84 m水平；③在E7900区域、＋84 m水平向西铺设倒拉采掘线，该运输系统按15‰坡度最终降深至＋65 m水平。

7 成效分析

截至2018年末，E8300～E7100区间南干线上部E8200剖面处已完成清岩到界作业，剖面间距200 m，运输部南干线向南移设到位，符合初步设计开采规划要求。随着清岩量的继续采掘，清岩到界后可为南干线整体移设到界提供空间位置。南帮E8300～E7100区间南干线上部清岩到界后可具备条件进一步组织南干线下部逐幅降深到界工作，确保露天矿边坡的长久稳定，并为坑底西区煤炭采区继续降深出煤创造条件[8]。采用液压反铲装铁路自翻车工艺相比单斗电铲-铁道工艺可充分发挥液压反铲机动灵活，升降便捷特点。同时，减少了因清岩区域渗水量大、地盘松软，回填矸石环节，有利于提高清岩进度。在经济成本上，液压反铲装铁路自翻车开采方式节省回填矸石环节成本约10万元；液压反铲装铁路自翻车作业，相比液压反铲装卡车作业减少了该部分剥离量“汽转铁”过程，按“汽转铁”环节剥离成本10元/m3计算，南干线上部清岩工程总量为38.5万m3，预计采用液压反铲装铁路自翻车清岩可节省生产成本385万元。合计可节省生产成本约395万元。

8 结语

露天矿边坡稳定特别是深凹露天矿山生产与安全的重大难题，采用液压反铲装铁路自翻车工艺进行清岩作业，提高边坡稳定性。该工艺因地制宜，充分运用东露天矿现有生产设备，有效发挥了液压反铲爬坡能力强、复杂环境适应性强的作业特点；采用铁路自翻车运输作业，剥离物直接通过铁路运往西露天矿内排土场，减少了南帮清岩捣运环节，避免了清岩量转至北帮影响地表有序推进难题。该工艺的成熟运用，有效加快了东露天矿南帮清岩采掘进度，为东露天矿边坡的长久稳定带来积极影响。