平朔东露天矿采区过渡期生产接续研究

2021-07-02董淑斌马海渊傅新华

露天采矿技术 2021年3期

刘果，许昌，孙宽，董淑斌，马海渊，傅新华

（中煤平朔集团有限责任公司东露天矿，山西朔州 036006）

采用综合工艺开采，剥离采用单斗卡车工艺，采煤采用端帮半固定式破碎站半连续工艺，即分别在4#煤底板和9#煤底板设置端帮半固定式破碎站，原煤经一次破碎后经端帮带式输送机转载，经运输大巷带式输送机输送至选煤厂。由于采区过渡涉及均衡剥采比、原煤运输系统改造、土场空间、运输系统布置、产量接续等新课题，需要提前对采取过渡方案进行研究[1]。

1 采区过渡研究必要性

采区过渡方式的选择，直接影响物料排弃运距的远近、产量的接续，严重影响露天矿的总体经济效益[2]。露天煤矿转向过渡期间的开拓运输系统也较为复杂，如果组织管理不当，将会使运距增大、运输系统混乱，影响露天矿的正常生产[3]。借鉴行业内其他露天矿采区转向经验，从原采区实现完全转至新采区具有时间长、运输系统布置需要重新优化、排土空间紧张等新情况，需要提前进行可行性研究[4]。按照初步规划，东露天矿首采区向西靠界后，向北转向进入二采区，未来6 年内将是采区过渡期，需要提前进行中期生产组织规划。考虑南端帮半固定式运煤系统掘进要避开北岭矿界，4#煤破碎口端帮巷剩余移设空间仅为1 190 m，为防止下部9#煤破碎口影响内排空间释放，过渡期内需要完成将运煤系统按计划改造至地面，对日后转向工作存在的难题进行预判，实现原煤入口接续平稳[5]。首采区出入沟系统由南帮1380 干道，经1380 坡道～1320 坡道至工作帮1320 平盘工作面，此外，由南帮1380 坡道～1350 坡道，经内排土场1350 坡道～1320 坡道～1290 坡道～4#煤底板移动联络道路至矿坑北部，需要考虑二采区工作面如何与现有出入沟衔接问题，故开展东露天矿采区过渡期间生产接续研究具有必要性、紧迫性[6]。

2 均衡生产剥采比确定

2.1 首采区剩余工程量

采用3Dmine 软件对首采区进行开采后建模，利用地质模型报告首采区剩余工程量，保证了计算准确性。北端帮地表高程1 430 m，分别在1420、1400、1380 平盘预留30 m 宽道路供外包小车行驶，下部1350、1320、1290、4#煤底板平盘预留40 m 道路宽度供自营卡车行驶，下部4下1至11#煤底板5 个平盘并段开采。南端帮地表高程1 370 m，在1350 平盘预留30 m 宽道路供外包小车行驶，下部1320、1290、1260、1230 平盘和4#煤底板平盘预留40 m 道路宽度供自营卡车行驶，下部4下1至1#1 煤底板5个平盘并段开采。西端帮地表高程1 340 m，11#煤底板高程1 120 m，在1320、1290、1260、1230 平盘和4 煤底板平盘预留40 m 道路宽度供自营卡车行驶，下部4下1至11#煤底板5 个平盘并段开采。

2.2 均衡剥采比

为了掌握二采区需要超前剥离的工程量，计划按照北端帮原4#煤靠界位置，按照1320 平盘及以下平盘宽度90 m，1335 平盘及上部平盘宽度60 m进行缓帮工程量计算，即二采区过渡至4#煤顶板位置。通过上述工程位置建模，采用3Dmine 软件中“块体”-“块体报告”功能，计算不同工程位置情况下对应的工程量。通过建模计算可知，从目前矿坑要过渡至二采区11#煤底板，需要剥离工程量73 412 万m3及采煤量13 323 万t，其中首采区剩余剥离工程量51 104 万m3，采煤量13 548 万t；首采区完全靠界至二采区过渡4#煤顶板位置需要增加剥离工程量11 438 万m3；二采区过渡至4#煤顶板位置至完全转向需要增加剥离工程量10 870 万m3，可采出原煤452 万t。由此可知，均衡剥采比为5.51 m3/t。

2.3 排定中长期计划

按照年计划2 000 万t，分别对2020 年下半年和2021—2025 年编制中长期计划，平朔东露天矿2020—2026 年生产计划见表1，可知二采区开始剥离作业时间为2022 年，二采区采煤作业时间为2024 年。

表1 平朔东露天矿2020—2026 年生产计划

2.4 内排空间

根据平朔东露天矿采区转向方案，排土场整体按最高1 450 m 水平排弃，通过首采区与二采区底部11#煤全留沟模型计算可知，2020 年6 月底至采区过渡至11#煤底板位置，内排土场整体帮坡角小于19°情况下，土场空间剩余容量为8.1 亿m3（沉降系数为1.2），满足采区过渡期间排土场空间需求，故推荐在11 煤底板留沟方式进行排土过渡[7]，其中最下面1 个台阶采用高段排土，缩短卡车运距[8]。全留沟情况下首采区剩余土场空间见表2。

表2 全留沟情况下首采区剩余土场空间

考虑到最小工程量完成转向，建议按照均衡剥采比确定年度采剥工程量，当首采区推进至西帮时，每完成1 个平盘靠界，二采区就完成该平盘及地表以上平盘恢复至正常平盘宽度-“双坑布置+直角转向”方式，减少超前剥离工程量。

3 原煤运输系统布置

3.1 原煤运输系统行走路径

按照规划，原煤运输系统提升至地面后在地表设置半固定式破碎站，原煤经带式输送机走廊运输至选煤厂。为了减少地表破碎站占压煤炭资源，将破碎站选址在首采区和二采区90°夹角位置，沿北帮1400 干道至首采区东北部复垦区，经内排土场1450平盘至首采区东南部1400 平盘设备停放场地，然后接现有驱动机房。该方案具有转载点少、利用土场空间施工速度快、方便与选煤厂已有系统衔接等特点。原煤地面运输系统行走路径如图1。

图1 原煤地面运输系统行走路径

3.2 原煤运输系统投用

根据巷道二期掘进工程和地质条件，4#煤因背斜构造先上山掘进，过背斜顶后下山掘进，合理选择上山掘进位置，为此，确定2020 年10 月下旬投用的4#煤8#端帮巷移设步距480 m（提前50 m 上山掘进），由于需要避开北岭矿采空区20 m 距离，原煤运输系统4#煤主运大巷剩余740 m，预留30 m 设计联络巷，初步计划分355、355 m 2 次移至次端帮破碎口，根据生产经验4 煤破碎口1 年移设1 次，预计4#煤10#破碎口2022 年10 月底移设（距离首采区西部最终4#煤境界1 210 m），按照9#煤破碎口滞后3 个月时间移设，即2023 年1 月底投用最后1个9#煤破碎口（距离首采区西部最终11#煤境界1 330 m），移设后释放空间5 个月使用完毕，预计破碎口可服务至2023 年上半年，此时南部内排土场处于正常排弃状态。

从土场空间容量来看，按照排土场最高排弃1 450 m 水平计算，从2020 年6 月底至原煤运输系统提升至地面前土场空间容量为46 328 万m3，原煤运输系统投用至地面前土场空间见表3。

表3 原煤运输系统投用至地面前土场空间

按照年产原煤2 000 万t，过渡期均衡生产剥采比5.51 m3/t 计算，年剥离量为11 020 万m3，年排弃矸石量275 万m3，可服务时间为4.10 年，即2024 年7 月底。综合南部破碎口释放内排空间和整体土场容量空间可知，按照地面运输胶带调试期6 个月计算，再预留6 个月土场空间，地面运输胶带最迟试运行时间为2023 年7 月底左右。

4 出入沟系统选择

按照从2021 年初开始施工，至2026 年底完成，共计6 年时间完成转向，故需要提前考虑工业广场至二采区出入沟道路，防止空间被内排土场占压。出入沟系统有3 种方案：①方案1:按照现有门岗→南帮出入沟道路→南帮1320 干道→首采区西帮1320平盘干道→二采区端帮（西帮）联络道路→至矿坑1290 平盘，出入沟长度7 050 m；②方案2：现有门岗→南帮出入沟道路→南帮1320 干道→内排土场1320 工作面→二采区端帮（东帮）联络道路→至矿坑1290 平盘，出入沟长度9 300 m；③方案3:采用经首采区内排土场方式，即现有门岗→平行地面带式输送机内排土场1400～1450 联络道→1450～1400联络道→首采区北帮1400 干道→二采区端帮（东帮）联络道路——至矿坑1290 平盘，出入沟长度5 500 m。出入沟3 种方案优缺点比较如下：

1）方案1。方案1 优点：①利用地表地形（高程1 330 m），利于形成南帮1320 干道和西帮1320 干道，方便与二采区1290 平盘联通；②南帮布置有加油站，方便卡车排土后去加油站加油；③道路拐弯少，利于安全通行。方案1 缺点：西帮预留1320 干道，宽度40 m，影响内排空间。

2）方案2。方案2 优点：不需要在二采区端帮设置出入沟，通过内排土场1320 干道即可至矿坑中部。方案2 缺点：①出入沟距离长，不利于高效通行；②内排土场跟进速度快，道路服务时间短。

3）方案3。方案3 优点：①运距近，与原煤运输系统平行布置交叉少；②在采区端帮（东帮）设置出入沟，利于卡车经端帮联络道至1400 破碎站卸煤。方案3 缺点：与外包卡车去内排土场有交叉。

综合考虑，选取方案3 作为二采区出入沟系统布置方案，与外包交叉问题可通过修筑栈桥分流车流解决。