平朔东露天矿采区转向方式研究

邵 宾，许 昌，孙 宽，赵登娟

（中煤平朔集团有限公司 东露天矿，山西 朔州 036006）

由于露天矿矿权界内开采范围较大，在开采过程中常常将矿权界内的范围划分为多个采区，目前露天矿采区之间转向方式通常分为直角转向与扇形转向。很多学者已对二者的优缺点进行了详细研究，但由于每个露天矿实际地质条件与生产状况不尽相同，进而采取的转向方式也不相同[1-4]。为此，根据平朔东露天矿的实际条件建立模型，模拟直角转向与扇形转向，模拟得出具体生产数据，依据数据结合各转向方式的优缺点，最终确定合理的转向方式，从而提前做好采区转向的前期准备工作。

1 平朔东露天矿采区现状

平朔东露天矿分为5 个采区，首采区方向与二采区方向垂直，二、三采区方向平行，首采区位于二、三采区与四、五采区中部，四、五采区方向平行。东露天矿目前处于首采区开采，首采区工作线由东向西推进，二采区位于首采区西部正北方，转向进入二采区后工作线由南向北推进，因此首采区进入二采区工作线需要旋转90°。目前首采区地表位置至西矿权界距离为647 m，4＃煤工作线已开采至二采区东边界位置，最下部11＃煤工作线距二采区东边界11＃煤400 m，东露天矿工作线年平均推进350 m，即将面临首采区向二采区转向的问题。

东露天矿首采区地表宽度2 000 m，二采区地表宽度2 780 m，工作帮由首采区进入二采区后工作线长度增加了780 m，势必造成内排土场容积无法满足生产排弃需求。过渡转向期间有可能存在的工作线长度变化与土场容积不足等问题，需提前研究确定转向方式，提早发现存在的问题，调整开采参数，做好采区转向前期准备工作。

2 东露天矿转向方式研究

2.1 直角转向

直角转向是指露天矿采区工作线沿着此采区方向水平推进，当工作线到达此采区最终开采界线后，到达的工作线进入下一采区沿下一采区方向水平推进。直角转向时工作线长度在固定采区内一般保持不变，推进度均衡，有利于设备能力平稳发挥，但当生产采区最下部煤线进入下一采区范围内时，为了避免二次剥离，之后内排土场跟进需要在下一采区一侧留沟排弃，造成了内排土场部分容积暂时无法利用[5-7]。露天矿采区间直角转向时内排土场留沟示意图如图1。

图1 露天矿采区间直角转向时内排土场留沟示意图

依据直角转向方式，建立东露天矿生产模型，模拟直角转向过程。截止到目前，东露天矿首采区全部完成转向（最下部的11＃煤线刚好转至二采区开采）时，共需开采的煤量为16 675 万t，内排土场容积为61 677 万m3（松散系数按1.15 计算，内排土场平盘宽度50 m）。如工作线刚好全部进入二采区时，1 350 m 水平以上平盘宽度为60 m，1 350 m 水平及以下剥离平盘宽度为90 m，煤平盘宽度100 m时，总共剥离量为95 872 万m3，内排土场容积欠量为34 195 万m3。为了降低转向期间的剥离量，当工作线刚好全部进入二采区时，将4＃煤以上平盘宽度都调整为60 m 时，总剥离量为88 298 万m3，此时内排土场容积欠量为26 621 万m3。由以上数据分析得知，由于直角转向时内排土场在二采区一侧留沟，导致内排容积严重欠缺，将导致无法正常生产。

2.2 扇形转向

扇形转向是指当生产采区最下部煤线开采至下一采区最下部煤线位置时，工作线将以某点为圆心，生产采区工作线弧形旋转进入下一采区开采。扇形转向避免了直角转向时内排土场留沟造成暂时内排土场部分容积无法利用的缺陷，但扇形转向过程中由开始旋转到完成转向，工作线长度随着工作面向前推进，先增加后减小。工作线长度的改变导致扇形转向时，每个阶段的推进度不一致，而且实际生产操作要求严格[8-11]。露天矿采区间扇形转向过程示意图如图2。

图2 露天矿采区间扇形转向过程示意图

依据扇形转向方式，建立东露天矿生产模型，模拟扇形转向过程。截至2021 年末，东露天矿首采区全部完成转向（最下部的11＃煤层刚好转至二采区开采）时，共需开采煤量18 788 万t，当松散系数按1.15 计算，内排土场平盘宽度60 m 时，内排土场容积为97 904 万m3。如工作线刚好全部进入二采区时，1 350 m 水平以上平盘宽度60 m，1 350 m 水平及以下剥离平盘宽度90 m，煤平盘宽度100 m 时，总共剥离量为111 972 万m3，在此开采参数条件下，内排土场容积欠量14 068 万m3。为了尽早实现物料内排，当工作线刚好全部进入二采区时，将4＃煤以上平盘宽度都调整为60 m 时，剥离量共计104 567万m3，当内排土场平盘宽度调整为50 m 时，内排土场容积为101 043 万m3，此时内排土场容积欠量为3 524 万m3。

2.3 转向方式对比

通过建立东露天矿模型，模拟直角转向与扇形转向的动态过程，煤平盘宽度都为100 m。直角转向内排土场容积欠量范围为26 621～34 195 万m3，扇形转向内排土场容积欠量范围为3 524～10 929 万m3，虽扇形转向无法保证物料全部内排，但当采场与内排土场生产参数调整得当时，可有效解决内排土场排土空间不足问题，土场容积欠量较少，鉴于此情况，东露天矿转向应采取扇形转向。由于内排土场平盘宽度为50 m 时，整体内排土场坡面角为19°，为缓和内排土场排土压力与提升内排土场边坡安全性，需设立外排土场，外排量约为5 000 万m3。

3 扇形转向研究

3.1 外排节点

通过模拟转向过程，确立了扇形转向方式更适合东露天矿生产实际情况。由于东露天矿原煤运输系统为电铲-卡车-巷道带式输送机半连续工艺系统，2 台原煤运输系统的破碎站分别布置于矿坑内南部4＃煤底板与9＃煤底板，当东露天矿采取扇形转向时，南部工作线推进速度快，破碎站的移设将影响内排土场跟进，进而影响内排土场容积。

在模拟扇形转向过程中，由于内排土场排土空间不足，需要设立外排土场，外排土场设立的时间节点需要依据近几年的生产计划与矿坑实际生产情况而定。2022 年计划剥离量13 000 万m3，内排容量15 000 万m3；2023 年计划剥离量14 500 万m3，内排容量12 000 万m3；2024 年计划剥离量14 500 万m3，内排容量15 000 万m3。

2023 年内排土场容积不足是由于矿坑对原煤运输系统进行改造，将矿坑内南部的巷道带式输送机改为北部地面带式输送机。改造期间，矿坑内的破碎站移设至计划位置后不再随矿坑推进而移设，直至地面带式输送机系统正常运行而废除，地面带式输送机运输系统预计2023 年年底可运行，这导致了破碎站废除时间较矿坑推进滞后，严重影响内排土场南部容积，再者，地面带式输送机破碎站将布置于北端帮1320 平盘，需在北端帮1 320～1 420 m 水平平盘预留1 条布置带式输送机的沟，将影响内排土场北部上部平盘容积。

东露天矿2023 年实施部分物料外排，外排土场设立于首采区西边界的南部（北岭矿矿权界内），采场上部物料外排运距较近。

3.2 剥采比

转向期间剥离量的确定应根据采场最大与最小剥离量和土场最大与最小容量的交集而定，再结合转向期间的煤量来确定剥采比范围[12-14]，剥采比确定公式为：

式中：n 为剥采比，m3/t；P 为剥离量，万m3，Pmax为采场剥离量最小值与土场容积最小值两者中的较大值，Pmin为采场剥离量最大值与土场容积最大值两者中的较小值；V 为煤量，万t。

采取扇形转向时，从目前至转向全部完成，需要开采煤量18 788 万t，剥离量为104 567～111 972万m3，土场容积为102 904～106 043 万m3（包括外排土场5 000 万m3），土场容积范围恰好位于剥离量区间内，因此为了同时满足采场与土场生产参数要求，按土场容积量确定采场剥离量，转向期间的剥采比确定为5.48～5.64 m3/t。

4 结语

1）通过建立平朔东露天矿生产模型，模拟直角转向与扇形转向，模拟结果显示直角转向内排土场容积欠量为26 621 万m3，扇形转向内排土场容积欠量为3 524 万m3，故提出东露天矿应采取扇形转向，为了缓解土场压力，还需设立外排土场排弃量约为5 000 万m3。

2）通过分阶段对东露天矿近几年生产情况分析，内排土场受矿坑南部巷道带式输送机破碎站与北部地面带式输送机移设影响，2023 年内排土场容积将不足，因此2023 年需设立外排土场，外排土场设立于北岭矿矿权界内。

3）通过分析采场剥离量与土场容积在转向完成后各自的最大值与最小值，取二者的交集来确定转向期间的剥离量，再结合转向期间的煤量，得出转向期间合理剥采比范围为5.48～5.64 m3/t。