趙天佑，劉長源

（中煤平朔集團(tuán)有限公司 技術(shù)工程管理部，山西 朔州 036006）

平朔安太堡露天礦沿煤層頂板拉溝反坡采煤技術(shù)

趙天佑，劉長源

（中煤平朔集團(tuán)有限公司 技術(shù)工程管理部，山西 朔州 036006）

為了解決安太堡露天礦過背斜向下延深采煤設(shè)備效率低、延深進(jìn)度慢、煤炭回收率低等問題，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查和技術(shù)方案對(duì)比分析，決定采用沿煤層頂板拉溝反坡采煤技術(shù)，可有效提高設(shè)備利用率和采煤工效，最大限度回收煤炭資源，為露天礦快速向下延深提供了技術(shù)支撐。

露天礦；過背斜；頂板拉溝；反坡采煤

1 概 況

平朔安太堡露天礦是中美合資建設(shè)的我國第一個(gè)年產(chǎn)超千萬噸的露天煤礦，設(shè)計(jì)規(guī)模15.33 Mt/a，1985年7月1日破土動(dòng)工，1987年9月10日建成投產(chǎn)。井田位于寧武煤田北端，地跨朔州市平魯、朔城兩區(qū)，行政隸屬朔州市平魯區(qū)管轄。礦田為不規(guī)則多邊形，東西長2.03～8.12 km，南北寬2.70～6.30 km，面積40.23 km2。主要開采4#、9#、11#煤層，為近水平煤層，煤層總平均厚度約26 m，礦坑采深至11#煤底板平均達(dá)200 m左右。剝離采用單斗-卡車間斷工藝，主要?jiǎng)冸x物為黃沙土、紅黏土、灰?guī)r、砂巖等。采煤采用單斗挖掘機(jī)-卡車-它移式破碎站-上倉膠帶機(jī)-選煤廠的半連續(xù)工藝。剝離以及采煤使用P&H2800電鏟和P&H4100XPC電鏟，配套200t級(jí)及300 t級(jí)自卸卡車。

目前，安太堡露天礦由西向東推進(jìn)過程中遇到的控制性地質(zhì)構(gòu)造為蘆子溝背斜，背斜走向基本與工作面推進(jìn)方向垂直，與采剝工作面平行，2015年通過蘆子溝背斜軸部向東開始向下延深，蘆子溝背斜影響區(qū)域煤層傾角急劇增大，煤層平均傾角達(dá)到11°（19%），局部最大傾角22°，煤層落差超過270 m，地表和基巖面下降50～100 m。傾角變大地區(qū)平均長1 431 m，平均寬度1 003 m，向下延深影響范圍1.44 km2，安太堡露天礦過背斜向下延深影響范圍如圖1所示。

圖1 安太堡露天礦過背斜向下延深影響范圍

2 問題提出

安太堡露天礦一直為近水平煤層水平開采推進(jìn)，向東推進(jìn)的過程中遇到蘆子溝背斜，背斜軸部東翼煤層傾角增大，由水平推進(jìn)過渡到向下延深的傾斜開采方式，大型設(shè)備采煤工作面傾斜回采，設(shè)備效率低，回采寬度受限，向下延伸進(jìn)度慢，礦坑延深成為發(fā)展的重點(diǎn)與難點(diǎn)，原有的開采方法、開采程序、開拓運(yùn)輸系統(tǒng)均不滿足蘆子溝背斜東翼煤層大傾角的開采需要。如按原來的開采程序主要存在問題：

1）安太堡露天礦向東推進(jìn)開采的過程中遇到蘆子溝背斜，在背斜的東翼煤層傾角急劇增大（平均達(dá)8°～12°，局部最大22°），煤層最大落差達(dá)270 m，在蘆子溝背斜東翼露天生產(chǎn)將由水平推進(jìn)過渡到向下延深與水平推進(jìn)相協(xié)調(diào)的開采方式，露天礦的延深成為礦山發(fā)展的重點(diǎn)與難點(diǎn)。因改造和正常生產(chǎn)相互干擾，原有的開采方法、開采程序、開拓運(yùn)輸系統(tǒng)均不滿足蘆子溝背斜東翼煤層大傾角的開采需要。

2）因?yàn)樘J子溝背斜東翼煤層傾角平均達(dá)8°～12°無法實(shí)現(xiàn)正常內(nèi)排，需要將剝離物大量外排或者運(yùn)往背斜軸以西的內(nèi)排土場(chǎng)排棄，造成露天礦剝離運(yùn)距和提升高度急劇加大，致使目前的運(yùn)輸系統(tǒng)無法滿足正常生產(chǎn)需要。

3）原設(shè)計(jì)為露天礦進(jìn)入蘆子溝背斜東翼后，到達(dá)露天礦東部境界后向北轉(zhuǎn)向，進(jìn)入安太堡礦擴(kuò)界區(qū)開采；因背斜東翼煤層傾角較大，設(shè)備效率低，剝離物運(yùn)距遠(yuǎn)，開采成本高，安太堡露天礦接續(xù)方案研究經(jīng)過多方案比較確定安太堡礦與東露天礦換界開采，即安太堡礦開采至東部境界后繼續(xù)向東推進(jìn)，進(jìn)入東露天礦開采。而換界開采則意味著安太堡礦必須通過地質(zhì)條件復(fù)雜的蘆子溝背斜。

4）安太堡露天礦進(jìn)入蘆子溝背斜東翼，因煤層傾角增大，延深困難，導(dǎo)致露天礦剝采比變大，剝離運(yùn)距及運(yùn)輸提升高度急劇增大，按照目前的煤炭市場(chǎng)行情，安太堡露天礦將面臨嚴(yán)重虧損，這將給國家造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。

5）采煤使用P&H2800電鏟和P&H4100XPC電鏟作業(yè)允許的最大傾斜角度4.6°，最大挖掘深度1.9 m，最大卸載高度10.44 m，最大挖掘高度18.06 m，作業(yè)半徑29.5 m，電鏟最大寬度14.35 m，底盤對(duì)地高度0.66 m，設(shè)備向下延深不超過2.6°，否則容易造成設(shè)備下滑甚至傾翻，對(duì)安全生產(chǎn)造成很大的威脅，運(yùn)煤自卸卡車將無法行走，傾斜開采布置設(shè)備困難，開采設(shè)備利用效率低，延深進(jìn)度慢，無法滿足安全生產(chǎn)的需要。

6）按原來的開采程序必然造成煤巖工作面交錯(cuò)，煤巖混雜，在保證煤質(zhì)和多回收煤炭資源間實(shí)踐操作中難以掌握平衡點(diǎn)，作業(yè)困難，工作面設(shè)備效率難以發(fā)揮，回采工效不高，造成煤炭丟失，資源回收率低。鑒于上述原因，若采用原有的開采程序方式，安全和經(jīng)濟(jì)效益都不合算。

3 回采技術(shù)方案

就過背斜回采設(shè)備布置困難，設(shè)備使用效率低，安全生產(chǎn)，煤質(zhì)和煤炭回收率無法保證等問題，提出沿煤層頂板拉溝延深反坡回采技術(shù)方案。該方案沿煤層頂板拉溝水平布置采煤工作面和開拓運(yùn)輸平盤，與煤層傾向相反的方向沿煤層底板進(jìn)行回采，沿煤層頂板拉溝反坡回采示意如圖2。

圖2 沿煤層頂板拉溝反坡回采示意

該方案需解決的問題，確定沿煤層頂板向下拉溝的深度，水平布置設(shè)備和卡車運(yùn)輸平盤的寬度，煤層最大露煤寬度和工作線長度等。

1）露煤寬度的確定。煤層在水平面上的投影寬度不能大于電鏟的最大作業(yè)半徑，即露煤在水平面上的投影寬度：B=29.5 m。

2）拉溝深度的確定。拉溝深度：

式中：m為煤層厚度，3層煤中最大厚度為13.5 m；β為煤層傾角，拉溝深度隨煤層傾角增大而增加[2]，取22°；h為電鏟最大挖掘深度為1.9 m。

3）回采設(shè)備布置和運(yùn)輸平盤寬度的確定。采煤平盤寬度：

式中：A為采掘?qū)挾葹殡婄P的最大作業(yè)半徑，29.5m；d為卡車運(yùn)輸?shù)缆穼挾萚3]，23 m；b為爆堆伸出距離，10 m；E為道路內(nèi)側(cè)與爆堆破底線的安全距離，2 m。

4）工作線長度。背斜東翼向下延深期間因順滑面內(nèi)排無法跟進(jìn)，工作面太長經(jīng)濟(jì)上不合算，因此，綜合對(duì)比600、800、1 000、1 500 m四種工作線長度的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，最終背斜東翼開拓延深期間工作線長度取800 m，較原工作線長度縮短46.7%，背斜東翼開拓延深后工作線長度延長至正常工作線長度[1]，礦坑南部縮幫增加了內(nèi)排空間，降低了剝離排棄的運(yùn)距和高差，緩解了直接推過背斜開采成本嚴(yán)重后翹的局面。

4 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施

安太堡露天礦采用單斗挖掘機(jī)-自卸卡車-礦坑邊它移式破碎站-膠帶輸送機(jī)半連續(xù)工藝，綜合考慮電鏟能力、安全生產(chǎn)、煤質(zhì)和高效率出煤等因素，礦坑采煤從11#、9#、4#煤層分上、中、下3個(gè)臺(tái)階，為了保證煤層連續(xù)有效銜接，采煤工作面分別沿煤層頂板拉溝延深，沿礦坑走向平行推進(jìn)采用水平分層傾斜反坡回采，從煤層頂板向底板采掘推進(jìn)；為了使電鏟安全高效作業(yè)，推土機(jī)配合處理三角原煤。正常作業(yè)時(shí)，推土機(jī)與電鏟作業(yè)范圍之間，上下作業(yè)平盤電鏟作業(yè)范圍之間要留有30 m以上的安全錯(cuò)距，防止設(shè)備之間以及斜坡上滾落的巖石掉落砸傷設(shè)備和人員。

因工作面傾斜向下延深，內(nèi)排無法跟進(jìn)，待工作面落平后才能進(jìn)行內(nèi)排。工作面落平前，內(nèi)排只有在背斜軸部以西可以排棄，內(nèi)排排土場(chǎng)最大排棄高度為180 m，與采場(chǎng)西幫最終形成360 m的邊坡，內(nèi)排土場(chǎng)設(shè)計(jì)最終邊坡角22°，與采場(chǎng)西幫形成最終邊坡角度為14°，經(jīng)計(jì)算，該邊坡最危險(xiǎn)滑面貫穿排棄物料，其穩(wěn)定系數(shù)為1.266，能夠滿足穩(wěn)定安全的要求[1]。為了安全起見，排土場(chǎng)周圍修筑了可靠的截水、防洪和排水設(shè)施，排土嚴(yán)格按排棄參數(shù)作業(yè)，總排棄幫坡角小于最終穩(wěn)定幫坡角，排土工作面向坡頂線方向有3%～5%的反坡，最下層清理基底、排棄中硬以上巖石。

5 結(jié) 語

根據(jù)煤層賦存情況和影響范圍合理確定開采方式，是保障露天礦安全高效回采的充分必要條件。安太堡露天礦如按以前的開采程序，不僅存在重大的安全隱患，而且造成大量煤炭資源損失。因此，根據(jù)構(gòu)造類型和煤層賦存情況研究合理的開采程序和方法對(duì)露天礦安全、高效生產(chǎn)具有重大的意義。

［1］ 安太堡露天礦背斜東翼開拓延深技術(shù)改造初步設(shè)計(jì)［R］.西安：中煤西安設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司，2016．

［2］ 鄭友毅，薛應(yīng)東，曹蘭柱．傾斜煤層深凹露天礦深部開采技術(shù)研究［J］.采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2009（12）：494-496.

［3］ 謝景立，劉曉軍，郭海?。畬?duì)霍林河南露天礦工作平盤寬度參數(shù)的討論［J］.露天采礦技術(shù)，2002（5）：3-4.

［4］ 劉峰，鄧有燃，張小東，等．安家?guī)X露天礦過蘆子溝背斜期間開采程序優(yōu)化［J］.露天采礦技術(shù)，2012（S1）：5-8.

［5］ 解廷堃，崔宏偉，安太堡露天礦過蘆子溝背斜期間開拓運(yùn)輸系統(tǒng)的確定［J］.露天采礦技術(shù)，2013（12）：6-8.

［6］ 劉峰，鄧有燃，劉如成，等．安家?guī)X礦過逆斷層和背斜期間開拓運(yùn)輸系統(tǒng)優(yōu)化研究［J］.露天采礦技術(shù)，2012（S1）：21-24.

［7］ 劉愛蘭，王社林，劉澤民，等．安家?guī)X露天礦合理開采方案確定［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2003（7）：47-49.

【責(zé)任編輯：陳 毓】

Ditch reverse slope mining technology along coal seam roof in Pingshuo Antaibao Open-pit Mine

ZHAO Tianyou,LIU Changyuan
(Technical Engineering Management Department,China Coal Pingshuo Group Co.,Ltd.,Shuozhou 036006,China)

In order to solve the problems of low efficiency mining equipment,slow extending progress and low coal recovery rate in Antaibao Open-pit Mine,through field survey and technical comparative analysis,the mine decides to adopt along coal seam roof ditch reverse slope mining technology,which can effectively improve the utilization rate of equipment and coal mining efficiency, maximize the recovery of coal resources and provide technical support for rapid downward extension in the open-pit mine.

open-pit mine;anticline;roof ditch;reverse slope mining coal

TD824

B

1671－9816（2017）06－0034－03

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.06.010

趙天佑，劉長源.平朔安太堡露天礦沿煤層頂板拉溝反坡采煤技術(shù)［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（6）：34-36.

2017-02-08

趙天佑（1976—），男，內(nèi)蒙古豐鎮(zhèn)人，碩士，畢業(yè)于河北工程大學(xué)采礦工程，現(xiàn)就職于中煤平朔集團(tuán)有限公司技術(shù)工程管理部，從事礦井生產(chǎn)技術(shù)工作。