特大型露天煤礦半連續(xù)開采綜合工藝應(yīng)用新模式

高永勝，趙紅澤，周立林

（1.中國重型機(jī)械有限公司，北京100036；2.中國礦業(yè)大學(xué)（北京）資源與安全工程學(xué)院，北京100083）

采礦工程

特大型露天煤礦半連續(xù)開采綜合工藝應(yīng)用新模式

高永勝1，趙紅澤2，周立林2

（1.中國重型機(jī)械有限公司，北京100036；2.中國礦業(yè)大學(xué)（北京）資源與安全工程學(xué)院，北京100083）

對(duì)礦群開發(fā)中存在的原有單斗-卡車工藝下以工業(yè)廣場為中心的開采程序傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念的不足進(jìn)行了剖析，提出了長條式分區(qū)開采設(shè)計(jì)理念，并以此為基礎(chǔ)，進(jìn)而提出了特大型露天礦采用單斗-自移式破碎機(jī)-雙工作面膠帶輸送機(jī)的剝離開采工藝結(jié)合單斗-卡車-可移式簡約破碎站-端幫帶式輸送機(jī)的原煤運(yùn)輸工藝系統(tǒng)，并在平朔東露天礦進(jìn)行了實(shí)踐應(yīng)用。

露天煤礦；開采程序；半連續(xù)開采工藝；自移式破碎機(jī)；礦群

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)煤炭需求的增長，大型露天礦田的開發(fā)日益增多，平朔、準(zhǔn)格爾、白音華、勝利、準(zhǔn)東、沙爾湖等特大型露天礦田的設(shè)計(jì)和開發(fā)，給我國露天開采帶來了一個(gè)新的發(fā)展期。隨著采礦科學(xué)實(shí)踐的發(fā)展，也產(chǎn)生了新的問題，如現(xiàn)有的露天礦開發(fā)建設(shè)的理論與模式適應(yīng)于單個(gè)露天礦，對(duì)于特大規(guī)模的煤田的開發(fā)，會(huì)造成礦群內(nèi)資源的浪費(fèi)并降低開發(fā)的總體效益。目前國內(nèi)對(duì)此也有少量相關(guān)研究[1-6]，但針對(duì)礦群模式下礦田劃分和工藝應(yīng)用方面還少有公開相關(guān)研究成果。

工藝發(fā)展決定了開采程序的變化，我國從建國后開始使用鐵道工藝到改革開放后引入單斗-卡車工藝，再到目前大量使用膠帶半連續(xù)工藝，采區(qū)劃分也從單斗-鐵道工藝下的長采區(qū)全區(qū)開采到單斗-卡車工藝的短采區(qū)分區(qū)開采，轉(zhuǎn)到目前為止膠帶半連續(xù)工藝更適合采用長采區(qū)的礦田劃分模式。大型露天礦田開采范圍大，采區(qū)劃分可調(diào)節(jié)性大，因此更適合長采區(qū)下分區(qū)開采的模式。

1 長采區(qū)開采程序劃分

1.1 優(yōu)劣勢(shì)分析

傳統(tǒng)的境界劃分的影響因素主要有露天礦的運(yùn)輸方式、外排、物料運(yùn)輸距離以及成本等因素。大型露天礦的境界大，單一采區(qū)開采導(dǎo)致工作線過長，同時(shí)受到基建量、剝采比、經(jīng)濟(jì)效益等因素影響，往往圍繞工業(yè)廣場采用分區(qū)開采，以合理工作線長度劃分采區(qū)。露天礦傳統(tǒng)采區(qū)劃分方式如圖1所示。隨著膠帶運(yùn)輸、內(nèi)排為主的開采模式等要素的變化，針對(duì)傳統(tǒng)集中區(qū)塊式采區(qū)劃分的不足，應(yīng)將開采境界和采區(qū)劃分方式普遍采用長條式部署，其主要特點(diǎn)在于：

圖1 露天礦傳統(tǒng)采區(qū)劃分方式

1）長采區(qū)采區(qū)劃分能夠保證露天開采持續(xù)向前推進(jìn)，減少轉(zhuǎn)向次數(shù)，能夠有效避免壓幫、運(yùn)輸距離大、以及露天礦排土空間不足等問題。

2）由于沒有轉(zhuǎn)向帶來的限制因素，長采區(qū)開采方式可以根據(jù)對(duì)產(chǎn)量的要求靈活進(jìn)行擴(kuò)幫，工作線長度在大范圍內(nèi)可以調(diào)整。

3）長采區(qū)開采方式開拓運(yùn)輸系統(tǒng)向前延伸到下一個(gè)工程位置，工程量小。物料的流向不用變化，流量可以保持穩(wěn)定、設(shè)備的移動(dòng)少、且物料與物料間的相互干擾變小。

4）當(dāng)長采區(qū)排土方式選擇全部內(nèi)排，或者以內(nèi)排為主時(shí)，露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)將不受運(yùn)輸距離制約，采區(qū)寬度可以根據(jù)工作線優(yōu)化結(jié)果來定，采區(qū)長度以自然地質(zhì)構(gòu)造來劃定，減少采區(qū)轉(zhuǎn)向。

1.2 設(shè)計(jì)參數(shù)

1.2.1 剝離物內(nèi)排運(yùn)距

露天礦長采區(qū)開采時(shí)，剝離運(yùn)距比較穩(wěn)定，計(jì)算公式一般為：

式中：Dj為第j個(gè)臺(tái)階到內(nèi)排的運(yùn)距，m；▽Hj為第j個(gè)臺(tái)階重心與排土臺(tái)階重心的高差，m；i為道路限制坡度，一般取8%～10%；Cq為道路展線系數(shù)；Lj為第j個(gè)臺(tái)階的工作線長度，m；Lj′為第j個(gè)臺(tái)階對(duì)應(yīng)的排土臺(tái)階工作線長度，m；K為系數(shù)，雙環(huán)取4，單環(huán)取2；Hj為臺(tái)階重心距坑底高差，m；β為工作幫幫坡角，（°）；φ為排土場邊坡角，（°）；S為采場最下部臺(tái)階與排土場最下部臺(tái)階之間的安全距離，m。其中

式中：α為端幫邊幫角，（°）；LD為坑底工作線長度，m。

則礦坑剝離物綜合運(yùn)距的計(jì)算公式：

式中：Tj為第j臺(tái)階量，m3。

1.2.2 排土場容量計(jì)算

當(dāng)露天礦采用長采區(qū)開采時(shí)，內(nèi)排土場空間的余量計(jì)算公式為：

式中：V缺為內(nèi)排欠量，m3；η為剝離物松散系數(shù)；Ps為原煤產(chǎn)量，t；ns為生產(chǎn)剝采比，m3/t；γ為煤層容重，t/m3。

2 長采區(qū)模式下露天礦半連續(xù)工藝典型應(yīng)用分析

由于單斗-卡車工藝具有機(jī)動(dòng)性好，能夠適用于地質(zhì)條件復(fù)雜的露天礦的開采運(yùn)輸，在達(dá)產(chǎn)后，能夠?qū)崿F(xiàn)全部內(nèi)排，運(yùn)距范圍始終保持在3 km以內(nèi)。在我國，大多數(shù)已經(jīng)達(dá)產(chǎn)及新建的露天煤礦的巖石剝離系統(tǒng)多采用單斗-卡車間斷工藝和單斗-自移式破碎站-膠帶運(yùn)輸機(jī)半連續(xù)工藝，采煤系統(tǒng)由于運(yùn)距較遠(yuǎn)，而且需要破碎后才能洗選，因此，采煤多選用單斗-卡車-可移式/半固定破碎站-帶式輸送機(jī)半連續(xù)工藝系統(tǒng)[7-13]。

從礦山規(guī)模的角度來看，我國的大部分露天礦可以分為主要特點(diǎn)是剝離臺(tái)階數(shù)量多，開采強(qiáng)度大、推進(jìn)速度快的大規(guī)模和主要特點(diǎn)是年剝離量相對(duì)較小，剝離臺(tái)階少、推進(jìn)速度小的小規(guī)模的露天礦2類：

2.1 剝離自移式破碎機(jī)+雙工作面帶式輸送機(jī)

自移式破碎機(jī)-雙工作面帶式輸送機(jī)半連續(xù)系統(tǒng)設(shè)備及主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)如圖2所示，具體物料輸送流程如圖3所示。

雙工作面帶式輸送機(jī)系統(tǒng)多增加一條工作面帶式輸送機(jī)，取代傳統(tǒng)系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)載機(jī)。具有以下優(yōu)勢(shì)：①帶式輸送機(jī)移設(shè)不影響系統(tǒng)作業(yè)；②新系統(tǒng)在臺(tái)階高度選擇上適應(yīng)性更高，適應(yīng)地形起伏的能力更強(qiáng)；③降低了轉(zhuǎn)載設(shè)備對(duì)中難度。

圖2 自移式破碎機(jī)-雙工作面帶式輸送機(jī)半連續(xù)系統(tǒng)主要環(huán)節(jié)構(gòu)成

圖3 物料輸送系統(tǒng)流向圖

2.2 采煤端幫井巷+可移式破碎站

采煤可移式破碎站工藝系統(tǒng)主要由簡約式破碎站、卡車、帶式輸送機(jī)等設(shè)備組成，如圖4所示。

快移式破碎站在工作面采用下臥式布置，刮板輸送機(jī)采用水平布設(shè)小傾角提升方式布置。快移式破碎站一般布置在端幫，由自卸式卡車負(fù)責(zé)運(yùn)輸至端幫可伸縮式刮板輸送機(jī)，經(jīng)騎跨在帶式輸送機(jī)上的破碎機(jī)破碎后，轉(zhuǎn)到帶式輸送機(jī)運(yùn)輸，其余散料由推土機(jī)或前裝機(jī)推入刮板輸送機(jī)。

圖4 快移式破碎站系統(tǒng)主要環(huán)節(jié)構(gòu)成

端幫井巷主要是在礦坑端幫設(shè)計(jì)運(yùn)輸大巷，將礦坑內(nèi)經(jīng)過破碎的煤流通過布設(shè)在運(yùn)輸大巷的膠帶輸送機(jī)運(yùn)送至儲(chǔ)煤倉。運(yùn)輸大巷形式有水平大巷、傾斜大巷、溜井或多種方式組合等，露天礦端幫井巷典型布設(shè)方式如圖5所示。

圖5 露天礦端幫井巷典型布設(shè)方式

3 平朔東露天煤礦應(yīng)用案例分析

平朔東露天煤礦地層構(gòu)造簡單，境界內(nèi)可采煤層共7層，其中4#、9#、11#為主要可采煤層。東露天煤礦的設(shè)計(jì)規(guī)模為20.0 Mt/a，年剝采總量達(dá)110 Mm3/a，開采深度160～270 m。

3.1 剝離設(shè)計(jì)開采參數(shù)

自移式破碎機(jī)-雙工作面輸送機(jī)半連續(xù)開采平盤組成要素如圖6。

3.2 原煤系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

東露天煤礦坑內(nèi)采煤工作面采用液壓挖掘機(jī)采掘，由自卸式卡車運(yùn)至可移式破碎站，然后將煤破碎至300 mm粒度以下，原煤破碎后進(jìn)入帶式輸送機(jī)輸送系統(tǒng)，送往選煤廠。東露天煤礦分別在4#煤南端幫和9#煤南端幫各設(shè)置一套生產(chǎn)能力為3 000 t/h的可移式破碎站，處理4#煤和9#、11#煤，煤經(jīng)帶式輸送機(jī)系統(tǒng)運(yùn)至地面二破，二破后運(yùn)到原煤倉儲(chǔ)存，然后進(jìn)行洗選，洗選后外運(yùn)。

圖6 平盤組成要素

東露天礦地下運(yùn)煤系統(tǒng)采用三通道布置形式，平朔東露天煤礦原煤運(yùn)輸系統(tǒng)布置示意圖如圖7所示。即4#煤運(yùn)煤通道、9#煤運(yùn)煤通道，在4#煤運(yùn)煤通道南側(cè)布置一條輔助運(yùn)輸通道兼作進(jìn)風(fēng)。

圖7 平朔東露天煤礦原煤運(yùn)輸系統(tǒng)布置示意圖

4 結(jié)論

1）隨著露天礦生產(chǎn)規(guī)模和開采工藝的不斷發(fā)展，特大型露天礦采用半連續(xù)開采工藝成為未來發(fā)展的趨勢(shì)，而長采區(qū)分區(qū)開采由于在減少轉(zhuǎn)向，提高生產(chǎn)效率和效益方面的優(yōu)勢(shì)必將配合開采工藝的變革成為未來開采程序發(fā)展的趨勢(shì)。

2）大規(guī)模大推進(jìn)度的露天礦由于年剝離量大、剝離臺(tái)階多、開采強(qiáng)度大，優(yōu)先采用可移式破碎站+端幫井巷作為原煤運(yùn)輸方式可以避免排土與運(yùn)煤間的交叉干擾。

3）可移式簡約破碎站靈活性好，初期投資小，適用性強(qiáng)，經(jīng)營費(fèi)用較低等優(yōu)點(diǎn)。復(fù)雜地質(zhì)條件下采煤應(yīng)首選簡約式破碎站和其他工藝配合，可以有效提高系統(tǒng)的效率。

［1］白潤才，劉闖，薛應(yīng)東，等.相鄰露天礦邊幫壓煤協(xié)調(diào)開采技術(shù)［J］.煤炭學(xué)報(bào)，2014，39（10）：2001-2006.

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［12］中國礦業(yè)學(xué)院.露天采礦手冊(cè)（第五冊(cè)）［M］.煤炭工業(yè)出版社，1986.

［13］楊榮新.露天采礦學(xué)（下冊(cè)）［M］.中國礦業(yè)學(xué)院出版社，1986.

【責(zé)任編輯：陳毓】

New application mode of semi-continuous mining comprehensive technology in large open-pit coal mine

GAO Yongsheng1,ZHAO Hongze2,ZHOU Lilin2
(1.China Heavy Machinery Co.,Ltd.,Beijing 100036,China;2.Faculty of Resources&Safety Engineering,China University of Mining and Technology(Beijing),Beijing 100083,China)

This article analyzes the traditional design concept of mining procedure with the industrial square as the center under the original shovel-truck technology in the development of mine group,and presents the strip and partition mining design concept.Based on it,the author presents the mining technology of self-propel crusher+double face belt of the rock transportation and fastmobile crusher station+lane under end slope of the coal transportation in large open-pit mines.And this new theory are practiced and applied in Pingshuo East Open-pit Mine.

open-pit coal mine;mining sequence;semi-continuous mining technology;self-propel crusher;mine group

TD216

B

1671－9816（2017）08－0001－04

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.08.001

高永勝，趙紅澤，周立林.特大型露天煤礦半連續(xù)開采綜合工藝應(yīng)用新模式［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（8）：1-4.

2017-05-05

高永勝（1974—），男，山西朔州人，碩士，1994年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)露天開采專業(yè)，2003年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)（北京），現(xiàn)在中國重型機(jī)械有限公司北京海麥克海外工程管理有限公司任總工程師，從事礦山、電力設(shè)備成套、工程承包等專業(yè)服務(wù)。