南露天煤矿转向期间两采区配合剥采方案优化

贾晓磊，董志龙，王平亮，刘福明，胡铁男

（新疆天池能源有限责任公司，新疆 昌吉 831100）

根据以往露天矿山的生产经验，露天矿生产转向过渡期间，2 个采区同时进行剥采作业，生产组织管理复杂，如果过渡期剥采工程进度计划安排不当，将会导致露天矿因采煤接续不上而减产，甚至停产。转向过渡期间，开拓运输系统复杂化，如果布置管理不当，也会使运距增大，运输系统混乱，影响露天矿的正常生产。

一般情况，应按照剥采比均衡完成转向期间2个采区配剥，不过由于该矿处于连续扩能期间，一期达产后进行了二期扩能生产。剥采比均衡要实现的主要目标就是保持产能在一段时期稳定，这2 点是矛盾的，因此不能按照传统的剥采比均衡的方法均衡转向扩能时期的剥采工作量[1]。甚至要有意识增加剥离量，防止因剥离作业滞后导致扩能计划不能顺利进行[2]。

1 现状与问题简述

新疆准东煤田的南露天煤矿设计规模30 Mt/a，一期工程10 Mt/a，二期工程30 Mt/a。一期工程已于2016 年达产，2017—2020 年为该矿扩能、转向开采时期。该矿首采区划分为首采一区和首采二区。开采顺序为：首先开采首采一区，平行推进至南部分区境界后转向开采首采二区。首采一区向首采二区的转向接续采取缓帮过渡的方式。2018 年首采一区上部台阶已靠帮到界，转向过渡开采开始实施，科学的转向开采方案迫在眉睫。

结合南露天煤矿具体煤层赋存条件，综合考虑靠帮到界推进度、运距、内排时间、平均工作线长度等因素，设计提出了4 种首采一区过渡到首采二区的转向方案，对比分析了各方案的优缺点，进行方案评价，得出最优方案，缩短了采区转向过渡时间，保证了产量接续，提前释放了内排空间，为企业创造了显著的经济效益[1-2]。但推荐的最佳转向方案未充分考虑扩能期间2 个采区的均衡生产，未定量计算2 采区配合剥采工程量。为平稳转向、提升经济效益，需要进一步对两采区剥采配合方案进行研究。

剥离作业必须要跟采煤作业相配合，因为超前剥离量增大将增加矿山生产剥采比，降低矿山年度的经济效益[3]。实现内排后，超前剥离量大会导致剥离工作线推进过快，增加内排运距，增加了生产成本，同样也将降低矿山经济效益[4]。因此，在不影响该矿扩能计划的前提下，应合理的增加剥离作业生产能力，控制超前剥离量，尽可能不增加生产成本，实现转向和扩能计划的顺利实施[5]。

2 两采区采剥量分析

1）采区划分及转向。首采一区向首采二区转向的方式为西侧快速推进，到界后L 形开采东段，首采区内部划分及转向相对位置示意图如图1。分析首采区内部划分及转向相对位置可以看出虽然总体上是先采首采一区后采首采二区，但是在转向期间为了完成首采二区缓帮和配剥配采，首采二区将提前开始剥采作业，相应的首采一区还剩余大量的煤岩量等待剥采。

图1 首采区内部划分及转向相对位置示意图

2）剥离量和煤量计算。以2018 年2 月现状图为研究起点，将2018 年2 月之后首采一区剩余的煤岩量圈定出来。按照年产量3 000 万t/a，均衡生产剥采比2 m3/t 计算，年剥离量约为6 000 万m3。从首采一区剩余的剥离量和煤量看，煤炭总量5 581.2 万t，不足2 年的煤炭生产能力，剥离总量3 589.5 万m3，不足1 年的剥离生产能力，由此可见必须在首采二区进行配剥。由于煤层倾斜，首采二区北部煤层埋藏浅，开采成本低且对下部台阶剥采形成制约，因此适当的配采也是必要的。

3）首采二区配剥和配采作业。转向期间，首采二区需要进行配剥和配采作业，不过以配剥作业为主，以配采作业为辅。配剥配采作业应配合整体的转向和扩能计划，合理安排和分配首采二区的剥离作业量，防止因剥离滞后影响转向和扩能计划的顺利进行，又要控制提前剥离量，尽可能降低生产成本。

3 两采区剥采配合方案

1）以最小作业参数配采，以恒定剥离能力完成配剥。以最小作业参数完成采煤作业台阶的缓帮，煤量是完成转向技术上必须的最小配采量，再少就会限制下部煤台阶形成工作线。这样就能更多地开采首采一区的煤炭，加快首采一区横采的推进速度，加快内排空间的释放速度[8]。

2）剥离物按照均衡生产剥采比2 m3/t 计算剥离量。首采一区不足部分在首采二区配剥，将产生超前剥离，形成的首采二区的工作线是折线形的，其南部为超前推进的岩台阶，北部为按照最小参数缓帮的煤台阶。

按照首采一区转向方案和首采二区开采参数,绘制的2019 年的工程位置图如图2，基于2019 年计划生成的年工程量块体模型如图3。

图2 2019 年工程位置图

图3 2019 年剥采量块体模型

根据3DMine 建模算量，首采区剥离量和煤量年度开采计划见表1。

表1 2019 年剥采计划

按照最小作业参数配采能保证下部台阶的开采不受上部台阶制约，按照均衡剥采比配剥保证转向期间及之后剥采不失衡。按照本方案实施，首采二区煤台阶具备最小能作业的标准，剥离台阶超前剥离，转向到二区后能直接进行正常的采矿作业，平稳过渡。将首采一区的剥离量和煤炭开采量合计得到转向期间的剥采总量见表2。

表2 2018—2019 年转向期间剥采总量

两采区配合剥采保证了采煤量、剥离量稳定，2018 年、2019 年均可实现平稳过渡。

2018 年5 月份南露天煤矿结合转向期两采区配合剥采方案详细制定了转向期3 年生产规划设计（设计规模30 Mt/a），逐年计算外排土场剩余容量和内排土场释放进度，2018 年、2019 年首采一区的深部剥离物排至内排土场，首采二区上部适合外排的剥离物排至外排土场，2020 年除地表向下3 个台阶外排外，其他剥离均实现内排。3 年均可按照均衡剥采比稳定生产，3 年内外排协调，可实现露天煤矿扩能期稳定生产，平稳过渡，并完成开采转向。3 年规划再次论证两采区配合剥采方案的合理性。

4 结语

1）通过对南露天煤矿首采一区剩余剥采量和首采二区剥采分配的分析，转向和扩能过程中要防止剥离滞后影响工程接续，又要控制提前剥离量，尽可能降低生产成本，实现矿山经济效益最大化。

2）提出两采区以最小作业参数配采同时以恒定剥离能力完成配剥的设计方案，定量确定了两采区的原煤、剥离配合开采量，结合转向期3 年生产规划设计再次进行了论证了两采区配合剥采的科学性、合理性。

3）两采区配合剥采方案为露天煤矿扩能期稳定生产，平稳过渡，并顺利完成开采转向提供了科学的依据，对新疆准东地区巨厚煤层露天煤矿转向开采都有借鉴意义。