撫順東露天礦南幫西區(qū)剝離方案對(duì)比

閆 崠，趙英拓

（撫順礦業(yè)集團(tuán)有限公司 東露天礦，遼寧 撫順 113001）

撫順東露天礦開(kāi)采礦產(chǎn)資源為煤炭和油頁(yè)巖，其中油頁(yè)巖全區(qū)開(kāi)采，煤炭分區(qū)開(kāi)采。南幫西區(qū)受老虎臺(tái)礦工業(yè)廣場(chǎng)影響暫時(shí)不能采掘到界，隨著采礦水平降深，在E6600～E4600（煤炭二采區(qū)）區(qū)間南幫上部留存1 層油頁(yè)巖礦石，且自上而下逐漸變厚。該部分壓制的油頁(yè)巖富礦影響北幫采出富礦量，導(dǎo)致剝采比失衡。2019 年末，組織實(shí)施采掘壓制的油頁(yè)巖富礦，以緩解北幫富礦采區(qū)接續(xù)困難現(xiàn)狀。

1 生產(chǎn)現(xiàn)狀

露天礦生產(chǎn)若能盡快實(shí)現(xiàn)露天煤礦的內(nèi)排，對(duì)縮短排土運(yùn)距，降低生產(chǎn)成本具有積極的作用[1－2]。東露天礦因有益礦產(chǎn)傾斜賦存，初期不具備內(nèi)排條件，大量的剝離物采用電鐵運(yùn)輸方式排棄至排土場(chǎng)，隨著開(kāi)采時(shí)間的推移，采掘重心逐漸下移，剝離體積和運(yùn)輸距離都會(huì)逐漸增大?，F(xiàn)有6 個(gè)富礦采區(qū)，其中主力富礦采區(qū)僅有4 個(gè)。目前，電鐵開(kāi)拓系統(tǒng)按著7 m/a 的速度逐年降深，受東、西端幫影響，坑底富礦采區(qū)有效工作線逐漸縮短；2019 年設(shè)計(jì)剝離量為1 880 萬(wàn)m3，2020 年隨著富礦供應(yīng)量增加，剝離量預(yù)計(jì)可達(dá)到2 050 萬(wàn)m3，2020 年剝離產(chǎn)量較上年增加170 萬(wàn)m3，并有以后逐年增長(zhǎng)勢(shì)頭。剝離產(chǎn)量的增加給采掘運(yùn)輸設(shè)備作業(yè)能力帶來(lái)壓力。露天礦和排土場(chǎng)空間參數(shù)的增大，促使運(yùn)輸工作量逐年增加[3]，上述因素均影響油頁(yè)巖富礦露出進(jìn)度，進(jìn)而導(dǎo)致富礦采區(qū)接續(xù)困難。

1.1 采區(qū)劃分

東露天礦東西走向長(zhǎng)6 km，降段延深方式是沿貧礦底板走向拉開(kāi)段溝，向南、北兩幫推進(jìn)[4]。油頁(yè)巖富礦在北幫E4800～E10000 之間全區(qū)開(kāi)采，煤炭生產(chǎn)受老虎臺(tái)礦工業(yè)廣場(chǎng)影響實(shí)行分期分區(qū)開(kāi)采，南幫E6600～E9800 區(qū)間為煤炭首采區(qū)，E4600～E6600 區(qū)間為煤炭二采區(qū)。初步設(shè)計(jì)規(guī)劃老虎臺(tái)礦結(jié)束開(kāi)采后，東露天礦煤炭逐步由首采區(qū)過(guò)渡到全區(qū)開(kāi)采。具體采區(qū)劃分如圖1。

圖1 采區(qū)劃分示意圖

1.2 存在問(wèn)題

東露天礦地質(zhì)斷面顯示，北幫由上到下巖種依次為沖積層、綠色泥巖、油頁(yè)巖富礦和油頁(yè)巖貧礦；南幫由上到下巖種依次為玄武巖、凝灰?guī)r、煤炭。東露天礦東區(qū)E6600 以東地質(zhì)斷面如圖2。

圖2 E6600 以東地質(zhì)斷面圖

初步設(shè)計(jì)要求，東露天礦南幫原則上以本層煤底板作為南幫境界，并且以最終幫坡角30°加以修正，對(duì)于特殊區(qū)段，根據(jù)含煤系數(shù)和地面建筑物限制條件等因素進(jìn)行局部調(diào)整。目前，E4600～E6600 區(qū)間南幫以30°幫坡角進(jìn)行留設(shè)，隨著采礦的逐漸降深，南幫西區(qū)富礦壓制量越來(lái)越多，造成北幫剝采比失衡。北幫西區(qū)相比東區(qū)剝離相同的剝離量，但露出富礦卻減少了約1/5，該種現(xiàn)象嚴(yán)重制約了采出富礦量，影響礦山生產(chǎn)任務(wù)完成，為了達(dá)到更好的經(jīng)濟(jì)效益，控制剝采比就顯得越發(fā)的重要[5]。目前，E4600～E6600 區(qū)間坑底降深至－5 m 水平，與南幫上部地表相差近100 m。東露天礦西區(qū)（E6600 以西）地質(zhì)斷面如圖3。

圖3 E6600 以西地質(zhì)斷面圖

圖2 中油頁(yè)巖貧礦和富礦巖種均在北幫采區(qū)，隨著北幫的推進(jìn)，富礦資源可全部露出采出；而圖3中陰影部分表示壓制富礦，隨著采礦的逐漸降深，邊坡壓制富礦資源越來(lái)越多。

2 采掘壓制富礦

2019 年末，東露天礦結(jié)合油頁(yè)巖富礦供求需要，設(shè)計(jì)對(duì)南幫E5300～E6600 區(qū)間邊坡壓制富礦進(jìn)行開(kāi)采。東露天礦南幫西區(qū)上部是撫順礦業(yè)集團(tuán)老虎臺(tái)礦工業(yè)廣場(chǎng)，兩礦開(kāi)采同一煤層，老虎臺(tái)礦開(kāi)采原生煤層，東露天礦采用露天方式進(jìn)行煤炭復(fù)采。采掘該部分富礦首先需要進(jìn)行剝離作業(yè)，剝離前期需要對(duì)采區(qū)境界內(nèi)老虎臺(tái)礦局部建筑物進(jìn)行搬遷。東露天礦礦區(qū)和老虎臺(tái)礦區(qū)相鄰關(guān)系如圖4。

圖4 老虎臺(tái)礦與東露天礦采區(qū)相鄰關(guān)系

E5300～E6600 區(qū)間設(shè)計(jì)露富礦工程量（剝離量）170 萬(wàn)m3，采掘標(biāo)高+105～+69 m，露富礦工程量采掘完成后，可露出E5300～E6600 區(qū)間+69～15 m 水平油頁(yè)巖富礦370 萬(wàn)t，剝采比0.46 m3／t，經(jīng)濟(jì)上較為劃算。

3 制定開(kāi)采方案

考慮E5300～E6600 區(qū)間露富礦采區(qū)位于南幫坡頂位置，與坑底降深水平存在近100 m 高差，生產(chǎn)工藝與運(yùn)輸方式是影響方案制定的主要因素。結(jié)合現(xiàn)狀，技術(shù)人員擬定3 個(gè)開(kāi)采方案。

1）方案1：挖溝機(jī)撥巖甩貨。作業(yè)方式較為簡(jiǎn)單，利用現(xiàn)有工程機(jī)械，采用挖掘機(jī)和推土機(jī)聯(lián)合剝離作業(yè)。推土機(jī)推送剝離物至坡頂邊緣，挖掘機(jī)撥甩該部分剝離物至坑底富礦平盤，然后采用電鏟采裝，鐵路運(yùn)輸方式排棄該部分剝離物。目前，E5300～E6600 區(qū)間上部露富礦區(qū)域標(biāo)高平均為+100 m，下部坑底平盤為+11 站配出的11W4 富礦采區(qū)，采區(qū)標(biāo)高平均為－5 m，平盤寬平均為50 m，撥甩高差近100 m，作業(yè)期間為防止剝離滾塊翻滾造成傷害，需要在11W4 平盤遠(yuǎn)離南幫坡底位置修筑安全擋墻。

2）方案2：漲道形成公路及汽車工藝開(kāi)采?？傮w思路為采用挖掘機(jī)裝汽車方式剝離作業(yè)，直接搗運(yùn)剝離物至北幫68E2 專用“汽轉(zhuǎn)鐵”場(chǎng)地。汽車運(yùn)輸可以選取現(xiàn)有路線1：采區(qū)→南環(huán)公路（西段）→1 號(hào)公路→東部泵站公路→68E2“汽轉(zhuǎn)鐵”場(chǎng)地。但路線1 運(yùn)距平均為4.6 km，運(yùn)距過(guò)長(zhǎng)且大于汽車經(jīng)濟(jì)合理運(yùn)距（露天礦的汽車運(yùn)距波動(dòng)在1～1.5 km，一般不超過(guò)2.5～3.0 km）[6]；考慮路線1 運(yùn)距過(guò)長(zhǎng)，在經(jīng)濟(jì)上不合理，結(jié)合坑底采區(qū)實(shí)際情況。設(shè)計(jì)路線2，在露富礦采區(qū)東部坑底E6600～E6700 區(qū)間、±0 水平西小坑區(qū)域回填墊貨形成公路系統(tǒng)，然后在坑底貧礦采區(qū)設(shè)立臨時(shí)“汽轉(zhuǎn)鐵”場(chǎng)地?fù)v運(yùn)剝離物。路線2 汽車運(yùn)距平均為2.4 km，相比路線1 可有效減少汽車剝離成本?；靥顗|貨形成公路系統(tǒng)如圖5。

圖5 回填墊貨形成公路系統(tǒng)

3）方案3。挖掘機(jī)裝電鐵方式剝離。東露天礦北幫采用單斗－鐵道生產(chǎn)工藝，該技術(shù)在東露天礦應(yīng)用成熟。采用鐵道運(yùn)輸方式相比汽車工藝生產(chǎn)成本低。E5300～E6600 區(qū)間露富礦采區(qū)如采用挖掘機(jī)－鐵道工藝作業(yè)，符合經(jīng)濟(jì)合理原則，避免汽車二次搗運(yùn)。確定總體思路后，結(jié)合南幫鐵路現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)在南幫清巖信鋪設(shè)1 組道岔，向西延長(zhǎng)2.2 km 采掘線至露富礦采區(qū)，采用挖掘機(jī)裝自翻車，鐵道運(yùn)輸方式剝離作業(yè)。具體采線鋪設(shè)要求如下：采掘線由清巖信開(kāi)始向西鋪設(shè)，E7460～E7400 區(qū)間60 m 長(zhǎng)坡度為0，E7400～E7170 區(qū)間230 m 長(zhǎng)為坡度10‰的下坡，E7170～E6700 區(qū)間為15‰坡降至+95.08 m，E6700～E6650 區(qū)間60 m 線路為平道，E6650 開(kāi)始向西為15‰上坡，E6600～E5300 進(jìn)入露富礦采區(qū)。工程需鋪設(shè)鐵道2.2 km、道岔1 組。采掘線鋪設(shè)前期，首先要清除沿線障礙物，需拆除廢棄圍墻250 m，修整護(hù)坡350 m，下設(shè)引水涵管24 根。E6700 以東局部路基需要挖方1.7 萬(wàn)m3，局部路基需要填方0.5 萬(wàn)m3，采線延伸過(guò)程中，如路基下部為黃泥，則需超深施工，回填硬質(zhì)物料以確保線路穩(wěn)定。采掘線鋪設(shè)方向如圖6。

4 方案比較

圖6 采掘線延伸方向

1）方案1。直接采用挖掘機(jī)撥甩剝離物至坑底平盤，工藝簡(jiǎn)單，露富礦采區(qū)生產(chǎn)組織簡(jiǎn)單。但存在問(wèn)題是：①撥甩高差大，撥貨過(guò)程存在巖塊翻滾現(xiàn)象，對(duì)下部安全生產(chǎn)不利；②坑底需要修建排棄場(chǎng)地，造成坑底采區(qū)生產(chǎn)組織復(fù)雜，影響采區(qū)采裝富礦進(jìn)度。③存在二次剝離，增加剝離成本。

2）方案2。設(shè)計(jì)采用露富礦采區(qū)前期剝離量（回填土）進(jìn)行坑底墊貨，漲道形成公路系統(tǒng)。該方案在運(yùn)距上較為合理，有助于提高卡車有效使用率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗目的[7]。但存在問(wèn)題：①漲道形成公路墊貨量過(guò)大，經(jīng)計(jì)算需要回填土方65.3 萬(wàn)m3，同時(shí)該部分回填量將來(lái)還需要隨露富礦采區(qū)降深同步清理，造成二次剝離；②需要在坑底形成“汽轉(zhuǎn)鐵”場(chǎng)地，存在二次搗運(yùn)，造成剝離成本增加。坑底回填墊貨形成公路量見(jiàn)表1。

表1 形成公路墊貨量

3）方案3。利用南幫現(xiàn)有清巖信鋪設(shè)道岔形成專用電鐵采掘線，利用電鐵運(yùn)輸方式剝離作業(yè)，該種方式作業(yè)剝離量可直接排棄至內(nèi)排土場(chǎng)，相比方案1、方案2，可減少汽車采裝環(huán)節(jié)，不存在二次搗運(yùn)，在經(jīng)濟(jì)上可行；采掘線路鋪設(shè)完成后，采掘線降深縱斷如圖7，采掘線路按15‰坡度最終可降深至E5650、+80 m 水平，在E5650～E5300、+80 m 水平留設(shè)折返線路，而后繼續(xù)在E5650、+80 m 水平向東按15‰坡度降深至E6600、+69 m 水平。結(jié)合斷面圖分析，電鐵系統(tǒng)延伸至E6600、+69 m 水平后結(jié)束，采線以上部分剝離量采用挖掘機(jī)裝自翻車，鐵路運(yùn)輸方式作業(yè)。鐵路拆除后，由汽車采裝鐵路壓制平盤和剩余少量剝離。采用該種方式作業(yè)，可以最大程度節(jié)省剝離成本，避免占用過(guò)多汽車資源。

圖7 清巖信配出采掘線降深縱斷

綜上所述，在以“安全高效生產(chǎn)，電鐵剝離優(yōu)先，減少二次搗運(yùn)”的原則下，根據(jù)東露天礦實(shí)際生產(chǎn)特點(diǎn)，通過(guò)在解決關(guān)鍵環(huán)節(jié)上采取措施和手段[8]，最終選取方案三作為南幫西區(qū)邊坡剝離工程實(shí)施方案。

5 結(jié)語(yǔ)

南幫西區(qū)邊坡完成剝離作業(yè)后，可為東露天礦增加1 個(gè)富礦采區(qū)，且該富礦采區(qū)在降深過(guò)程中受油頁(yè)巖賦存角度影響，具有服務(wù)年限長(zhǎng)、剝采比小等特點(diǎn)。撫順東、西露天礦開(kāi)采油頁(yè)巖富礦均作為原材料供給集團(tuán)公司煉油廠，2019 年西露天礦進(jìn)入采停閉坑狀態(tài)，意味著東露天礦需要獨(dú)自承擔(dān)向煉油廠供應(yīng)富礦重任。按設(shè)計(jì)要求，2020 年?yáng)|露天礦需要供應(yīng)油頁(yè)巖富礦1 300 萬(wàn)t，照比初步設(shè)計(jì)富礦達(dá)產(chǎn)量1 190 萬(wàn)t 增加110 萬(wàn)t。面對(duì)現(xiàn)狀，東露天礦在生產(chǎn)過(guò)程中，科學(xué)安排采礦布局，南幫西區(qū)增加的富礦采區(qū)有效緩解北幫富礦采區(qū)接續(xù)緊張局面，為采礦生產(chǎn)任務(wù)順利完成奠定基礎(chǔ)。