扎哈淖尔露天煤矿轮斗系统移设方案优化

2020-03-25缪占伟祁利民

露天采矿技术 2020年1期

缪占伟，祁利民

（扎鲁特旗扎哈淖尔煤业公司，内蒙古霍林郭勒 029100）

扎鲁特旗扎哈淖尔煤业有限公司扎哈淖尔露天煤矿（简称“扎矿”）属于霍林河煤田二号露天采区，距霍林河煤业集团有限责任公司所在地霍林郭勒市15 km。煤田整体呈东西走向，东西长13.27 km，南北宽1.15～3.58 km，矿区面积30.517 7 km2，矿区位于内蒙古自治区通辽市西北端，在霍林郭勒市和扎鲁特旗境内。南邻赤峰市的阿鲁科尔沁旗，西北与锡林郭勒盟东乌珠穆沁旗相连。煤田东北自包尔呼吉起，西南至沙尔哈达止，长60 km，宽约7～10 km，呈北东-南西条带状展布。

结合扎矿实际生产情况，轮斗系统布置在地表以下第1个台阶进行表土的剥离，系统设计能力为5.0 Mm3/a，由于北推上部台阶逐渐靠帮轮斗系统工作面带式输送机已推进至北帮地表境界线位置，亟需对系统移设后的布置方案进行研究，为轮斗系统的移设做好准备。

针对轮斗系统平面布置进行多方案对比，同时考虑轮斗系统布置方案对轮斗系统运行及对下部剥离台阶推进的影响、工期要求及投资等因素，通过技术和经济2方面对比给出轮斗系统移设的推荐方案，保证轮斗系统稳定运行及推进方向的平稳过渡。

1 设计原则及工作方式

1.1 设计原则

设计原则为：①本次轮斗连续系统移设改造工程要求尽量工期短、投资小，避免重复建设[1-2]；②移设后的作业方式与工况条件应有利于轮斗连续系统效率提升[3-5]；③轮斗连续系统移设改造后既应避免超前剥离，又要避免对下部单斗-卡车作业位置产生影响[6-7]；④轮斗连续系统移设改造后的服务年限长，与下部采场推进强度协调统一，避免频繁移设[8-9]。

1.2 工作方式

轮斗挖掘机采用倾斜分层完成这部分表土采掘量，根据设备作业规格，台阶高度确定为27 m，采掘带宽度为50 m，台阶坡面角50°。轮斗挖掘机最小作业平盘宽度为140 m。轮斗挖掘机采用端工作面方式采掘，采用单一主台阶，为减少带式输送机移动次数，可利用连接桥形成2采1移。每年1—3月份轮斗系统停止作业。现有轮斗系统布置在＋920 m水平上，＋920 m水平上部剥离物由轮斗采装，剩余剥离工程量由单斗-卡车间断工艺辅助完成。轮斗挖掘机作业平盘宽度组成要素如图1。

图1 轮斗挖掘机作业平盘宽度组成要素

现有轮斗系统布置在工作帮最上部，开采上部部分松散层剥离物，开采台阶高度27 m，采用单一主采台阶形式，剩余部分松散层剥离物由单斗-卡车间断工艺完成。考虑到转向过后松散层剥离量增大，需增加设备工艺系统的要求，避免与新增工艺系统产生交叉现象，既有轮斗系统还应服务于最上部水平，新增工艺和设备布置于其下方，即完成地表以下27 m范围内工程量，根据转向完成后最上部剥离台阶位置确定既有轮斗系统布置在＋920 m水平。

2 移设方案

根据轮斗系统长远规划方案，后期轮斗系统移设后L114工作帮胶带布置在采矿境界内北侧，延采场地表境界向西推进。在保证设备效率发挥，避免投资浪费的前提下，使轮斗系统工作帮胶带由现状平稳过渡至后期规划位置，对轮斗系统过渡期间作业方式进行研究。通过方案比选的方式，共制定3种轮斗系统移设方案。

2.1 方案1—扇形移设布置

轮斗系统可移设胶带L114机头位置推至地表境界后，系统将无法继续进行矩形推进移设，若改成扇形移设需要对L114胶带与L115胶带之间转载站的设备结构进行改造，结合地表境界线的特点，在西侧地表境界拐点位置设置移设后转载站，新建L115胶带机道，实现L114工作帮胶带扇形移设的目的。方案1扇形移设布置方案示意图如图2。

图2 方案1扇形移设布置方案示意图

为满足工作帮L114胶带实现扇形移设的要求，需要对轮斗系统进行以下几方面改造：

1）需在地表境界以外新建L115胶带机道，新建L115胶带长度470 m，L115机尾转载站标高＋920 m水平，L115机头转载站标高＋941 m水平，提升高度21米，L115胶带爬坡角度5.5%，满足胶带坡度限制10.8°的要求，工程量预计28万m3。

2）为满足L114与L115胶带布设时转角要求，对L114胶带与L115胶带之间转载站进行改造，使其可以旋转，改造后转载站能够适应扇形与平行移设2种移设方式，作业更灵活。考虑到L116胶带在现有驱动能力条件下，长度可增加100 m。转载站改造及新建115机道完成后对系统进行移设，预计移设工程总工期为5个月，工程量总计28万m3。

2.2 方案2—平行移设境界内布置

保持2018年9月份L114胶带停止作业时的位置不变，将原L115机道平行向西移设990 m，新建L115胶带机道，长度930 m，将L114胶带与L115胶带垂直搭接，将搭接点以东的胶带机移设至西部，保持L114胶带机1 350 m长度不变。L115胶带机头与L116胶带机尾之间新增1条L116－1胶带机，长度1 230 m，结合长远规划，为下次移设做准备，方案2平行移设境界内布置方案如图3。

为满足轮斗系统平行移设的要求，需进行以下几方面工作：

1）在西侧新建L115机道，长度930 m，工程量预计230万m3，其中包含北侧境界外L115机道中的坡道工程量，预计20万m3。新建L115机头转载站标高＋940 m水平，机尾转载站标高＋920 m水平，按照L115胶带10.8°爬坡角度设计，L115胶带爬坡段长度185 m，水平段长度745 m。

图3 方案2平行移设境界内布置方案示意图

2）为保证移设后L114胶带工作线1 350 m的长度不变，需增加L114胶带西侧机道拉沟长度520 m，工程量预计120万m3（如果工期紧张，可暂不恢复L114长度）。

3）L115胶带与L116胶带之间新增1条L116－1胶带机，长度1 230 m，新增胶带机头（北侧）、机尾（南侧）转载站标高均为＋940 m水平，新增胶带走向设计位置原始地表标高最高＋950 m水平，需对新增胶带基础进行处理，保证胶带基础满足运行的条件。

4）为避免轮斗系统L114胶带制约下部采场发展，计划L114胶带年末位置向北150 m范围内由外委标段负责剥离，剥离量预计400万m3，施工工期4个月。受此因素影响，移设后轮斗系统服务年限约为2年。

5）为缩短移设时间，L114、L115机道需提前进行建设，工程量总计约350万m3。考虑轮斗系统新增设备的招标、采购、安装、调试等工作，预计移设工程总工期为9个月。

2.3 方案3—沿端帮平行移设地表布置

轮斗系统L114工作帮胶带与采场西部地表境界采取垂直布置方式，使L115胶带平行地表境界线布设，北侧与地表境界预留50 m的安全距离。结合2018年采场推进位置，设计新建L114工作胶带长度1 200 m，预计工程量185万m3；新建L115机道斜坡段部分185 m，水平段长度350 m，工程量130万m3。2条机道同时施工，根据作业场地条件，可布设钩机9台，按照日均能力4.5万m3计算，考虑施工降效及气候影响，预计施工工期3个月。方案3沿端帮平行移设地表布置方案如图4。

为满足L114胶带垂直地表境界线且平行移设的要求，需进行以下几方面工作：

1）新建L115机道北帮与地表境界预留50 m的安全距离，避免因北帮塌方而造成地表超界的现象。

图4 方案3沿端帮平行移设地表布置方案示意图

2）设计L115胶带爬坡段在露天矿地表境界以内，避免机道拉沟位置超出地表境界。新建L115机头转载站标高＋940 m水平，机尾转载站标高＋920 m水平，按照L115胶带10.8°爬坡角度设计，L115胶带爬坡段长度185 m。

3）L115胶带与L116胶带之间新增1条L116－1胶带机，长度985 m。新增胶带机头（东侧）、胶带机尾（西侧）转载站标高＋940 m水平，新增胶带基础局部标高超过＋940 m水平，需对胶带基础进行处理，以保证场地满足胶带运行的条件。

4）为缩短移设时间，L114、L115机道需提前进行建设，工程量总计约315万m3。考虑轮斗系统新增设备的招标、采购、安装、调试等工作，预计移设工程总工期为8个月。

3 方案比选

上述3个方案中，方案1与方案2推进方向一致，各方案之间端帮带式输送机布置位置差别较大，对3个方案从投资和成本、服务年限、工程量、工期、改造、系统运行稳定性及效率发挥等方面进行分析和优缺点比较。

3.1 方案1优缺点

1）方案1优点。①机道工程量最小、施工难度低；②L114胶带机改动量小，不需增加带式输送机，系统胶带机总长度5 900 m，系统运营成本最低；③如转载站改造方案可行，则该方案工期短、投资小。

2）方案1缺点。①转载站改造方案存在不确定性，目前尚未形成有效方案，严重制约后续工作发展，改造后转载站运行稳定性无法保证，生产稳定性较差；②扇形移设方式导致系统作业效率降低，移设频繁，头站移设的实施难度较大；③推进方向与下部采掘场推进方向不同，影响下部剥离；④由于轮斗作业范围内部分黄土已剥离完，扇形移设轮斗作业量减少，服务年限约2年。

3.2 方案2优缺点

1）方案2优点。①L114胶带机道工程量较小，大部分位置无需拉沟作业，施工难度小；②新增胶带在未来规划中可继续使用；③L114胶带推进方向与采场工作帮推进方向一致，使采场上、下位置施工组织关系紧密衔接；④L115胶带机道与超前拉沟位置有交叉，降低拉沟施工难度。

2）方案2缺点。①该方案拉沟工程量大，新增胶带机长度最长，系统胶带机总长度达到7 590 m，系统运营成本最大；②L115机道境界外工程量预计20万m3，机道工程局部位置超出采矿境界；③L115机道一次性建成，投资较大、工期较长；④作业方式服务年限最短约2年，为降低轮斗L114工作帮胶带对下部采场推进制约，可将工作帮胶带长度由1 350 m缩减至1 000 m或更短，由于胶带长度缩短，导致胶带移设频率增加，服务年限不足2年；⑤L116－1带式输送机距离北排土场较近，受排土场边坡稳定因素影响，具有一定安全隐患。

3.3 方案3优缺点

1）方案3优点。①L115机道由爬坡段和水平段机组成，水平段机道满足轮斗系统1年的移设要求一次修建完成，移设时无机道工程量；②新增胶带在未来规划中可继续使用，不存在浪费现象；③L115机道沿采矿地表境界布置，在采场范围内L115胶带由920 m水平提升至地表＋940 m水平，避免了在采矿境界以外产生工程量的情况，不存在越界风险，若允许局部越界可考虑利用新增胶带提升，减少对端帮影响；④该方案2条胶带沟工程量较小，该方案后期可适时延长L114胶带机长度，服务年限约4年；⑤L114推进方向与5年规划中采场西帮工作线布置方向接近，服务结束后，更有利于进行下一次移设；⑥该方案对采矿规划发展影响最小，且不存在超前剥离现象。工作帮胶带垂直境界线推进位置示意图如图5。

2）方案3缺点。①该方案L114拉沟工程量较大，且施工、排水难度较大，机道纵向被雨水冲刷较大；②L114移设距离较远，轮斗挖掘机走行距离较长；③L115与L116－1转载站下部空间占用，对端帮最终台阶的形成有一定影响，系统下一次移设后需对端帮台阶局部进行修整；④此方案是后2个方案的结合，端帮胶带一部分布置在端帮另一部分布置在地面，L115胶带布置在端帮会受到轮斗端帮台阶稳定性影响，不利于系统稳定运行，新增L116－1胶带布置与地面离北排土场较近，对机道稳定性产生不利影响。