鑫新煤矿开采方案优化研究

2021-03-01赵鑫

煤 2021年2期

赵鑫

(内蒙古蒙泰新鑫煤业有限责任公司,内蒙古鄂尔多斯 017000)

近年来，随着我国煤炭勘探技术的不断发展，露天煤矿以其开采规模大、现代化程度高及资源回采率高等优势，成为了我国煤炭开采的主要发展趋势[1-4]。然而，其设计、施工及环境保护等方面，往往存在一些问题[5]。为此，本文以鑫新煤矿露天开采为工程背景，对其开采方案进行了优化研究，可为类似条件的露天煤矿开采提供借鉴。

1 矿区概况

鑫新煤矿矿区位于东胜煤田浅部，构造为南西倾斜的单斜构造，地层倾角1～3°，褶曲与断层均不发育，具有宽缓的波状起伏，无岩浆活动，属简单类型。主要含可采煤层2层，即6-1号与6-2号煤层，埋深0～77 m，采厚2.8～4.4 m，设计生产能力为120万t/a。

2 原开采存在问题

1) 由于矿田内中部烽火台的阻隔，导致工作线由东向西推进时需要绕避烽火台，造成工作线布置困难，极大影响工作线推进速度，降低生产能力。

2) 由于榆乌公路东西横穿采区北部区域，受公路位置的影响，导致工作线缩短、不能按原设计推进，需对露天矿工作线推进方向进行调整。

3) 原计划分首采区和二采区，两个采区相距甚远，目前只有首采区内设有排土场，如果把二采区的剥离物移运到首采区排土场内，运距太远，运输成本较高，为此需要兼顾两个采矿排岩需求，重新规划设置排岩场地。

4) 目前，二采区下部存在采空区，对该采区后续的露天开采造成严重威胁，必须采取相应的安全防治措施。

3 开采方案优化

3.1 采区工作线推进方式优化

首采区在东部近南北向布置工作线，由东向西推进，采区宽度0.79 km，地表长度1 200 m，推进强度约260 m/a，首采区原工作线推进方式见图1。

工作线推进速度是确定采区宽度的一项主要技术指标，根据国内外生产、设计经验，用单斗-卡车开采工艺，工作线推进强度在400 m/a之内满足规范要求。推进强度计算公式如下：

(1)

式中：V为推进强度，m/a；Q为设计规模，Mt/a；ρ为视密度，t/m3；H为煤层厚度，m；L为工作线长度，m。

鑫新煤矿煤层厚度6.39 m，视密度1.28 t/m3，工作线初始长度460 m，后续开采过程中，工作线长度通过去除烽火台影响范围的长度进行确定。根据公式(1)计算的推进强度为319 m/a，推进强度符合规定，研究提出将推进方向改为由南向北推进，工作线东西向“一”字型布置，采掘工程位于首采区中部，原工作面停采界限及优化后工作线推进长度与方向见图2。

3.2 开拓运输系统布置方法

鑫新煤矿工作线推进方向优化后，需对现用开拓运输系统进行重新布置。首采区开采距离烽火台最近距离为215 m。露天矿爆破产生的振动将对烽火台产生影响，爆破地震安全距离，计算过程如下：

(2)

式中：R为爆破地震安全距离，m；Q为药量(齐发爆破取总量，延期爆破取最大一段药量)，kg；v为安全质点振动速度，cm/s；m为药量指数；k、a为与爆破地点地形、地质条件有关的系数和衰减指数。

图2 优化后工作线长度及推进方向示意

对于松动爆破：R=216 m、v=3 cm/s、m=1/3、k=150、a=1.5；根据公式(2)计算所需药量为4 031.07 kg，而设计最大起爆药量为204.8 kg，符合安全要求。

当出露煤量满足两个月正常生产备采煤量时达到设计能力，共形成6个剥离台阶，见图2。剥离台阶的剥离物在工作面由液压挖掘机装载自卸卡车后，各开采水平的卡车沿工作帮移动坑线至煤层底板进入首采区采场内排土场道路，将剥离物运至内排土场排弃。工作线推进方向变更后，在推进的过程中，工作帮顶部台阶边界距离原榆乌公路200 m时，对原公路进行改道，将榆乌公路改移到烽火台南侧，改道完成后，再进行推进开采。

3.3 二采区工作线推进及排土场位置确定

1) 二采区工作线推进方向。鑫新煤矿开采程序为先开采首采区，后开采二采区。为保障两个采区顺利接续，需要提前确定二采区的工作线推进方向及位置。二采区南部地形相对较低，煤层埋深浅，距离外排土场最近，基建工程量最小，布置开采工作面简单，以此采取东西向拉沟，拉沟长度240 m，由南向北推进工作线。

2) 排土场位置的确定。根据排土场选择原则及外排总量要求，外排土场位置选择在二采区南部，煤层露头线外冲沟内。由于二采区是一个山坡露天矿，开采完成后底板标高与周边地形持平，研究确定在二采区南、东部冲沟内设置两个外排土场，排土场规划范围的大小根据两采区计划排岩总量确定。同时，为了二采区开采时保证设备及人员的安全，需将采区周边地形整平，排土场位置见图3。

为安全开采二采区，二采区剥离物不进行内排而全部用于修筑运输道路和整平二采区周边沟壑。两个外排土场均为二采区服务，二采区剥离物先回填在首采区开采结束时的遗留采坑，排弃量为4.23 Mm3，待首采区遗留采坑回填完毕后再排至一外排土场，当二采区工作线推进到二号外排土场位置时将剥离物就近排弃，可极大降低运输成本。原办公区位于一号外排土场境界内，在一号外排土场排弃前将办公区搬迁至首采区北侧现有生活区进行办公。

4 二采区采空区防治措施

1) 设立采空区作业的专门管理机构，对采空区作业进行专门管理，采空区作业必须实行特殊作业专项负责制，确定专项作业负责人。

2) 收集系统、完整的井工煤矿开采资料，形成详细的井上下对照图。

3) 购置专用的空巷探测设备，如激光声纳探测仪等先进设备，以便更为准确地掌握空巷情况。

图3 二采区工作线推进方向及排土场位置

4) 在日常穿孔、爆破中，应参照井上下对照图，利用钻机打探测孔，及时探明空巷顶帮厚度。根据各个空巷的高度、空巷顶板岩石松散系数、空巷底板倾斜角度以及选用的采掘设备等情况计算出各部分采空区的最小安全隔离层厚度。对于小于最小安全隔离层厚度的区域应以安全方式进行采空区穿孔爆破，使采空区塌落，以塌落物填实采空区，保证人员及设备安全。

5) 管理机构要经常对生产作业情况进行核查，发现异常及时处理，制定突发事故的抢险救援预案。

6) 制定具体的采空区生产作业规程，对具体作业人员进行培训，使作业人员对面临的现实危险有足够的认识，能够严格按作业规程进行生产，对异常情况有思想准备。