鑫新煤礦開采方案優(yōu)化研究

趙 鑫

(內(nèi)蒙古蒙泰新鑫煤業(yè)有限責(zé)任公司,內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000)

近年來，隨著我國煤炭勘探技術(shù)的不斷發(fā)展，露天煤礦以其開采規(guī)模大、現(xiàn)代化程度高及資源回采率高等優(yōu)勢，成為了我國煤炭開采的主要發(fā)展趨勢[1-4]。然而，其設(shè)計(jì)、施工及環(huán)境保護(hù)等方面，往往存在一些問題[5]。為此，本文以鑫新煤礦露天開采為工程背景，對(duì)其開采方案進(jìn)行了優(yōu)化研究，可為類似條件的露天煤礦開采提供借鑒。

1 礦區(qū)概況

鑫新煤礦礦區(qū)位于東勝煤田淺部，構(gòu)造為南西傾斜的單斜構(gòu)造，地層傾角1～3°，褶曲與斷層均不發(fā)育，具有寬緩的波狀起伏，無巖漿活動(dòng)，屬簡單類型。主要含可采煤層2層，即6-1號(hào)與6-2號(hào)煤層，埋深0～77 m，采厚2.8～4.4 m，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為120萬t/a。

2 原開采存在問題

1) 由于礦田內(nèi)中部烽火臺(tái)的阻隔，導(dǎo)致工作線由東向西推進(jìn)時(shí)需要繞避烽火臺(tái)，造成工作線布置困難，極大影響工作線推進(jìn)速度，降低生產(chǎn)能力。

2) 由于榆烏公路東西橫穿采區(qū)北部區(qū)域，受公路位置的影響，導(dǎo)致工作線縮短、不能按原設(shè)計(jì)推進(jìn)，需對(duì)露天礦工作線推進(jìn)方向進(jìn)行調(diào)整。

3) 原計(jì)劃分首采區(qū)和二采區(qū)，兩個(gè)采區(qū)相距甚遠(yuǎn)，目前只有首采區(qū)內(nèi)設(shè)有排土場，如果把二采區(qū)的剝離物移運(yùn)到首采區(qū)排土場內(nèi)，運(yùn)距太遠(yuǎn)，運(yùn)輸成本較高，為此需要兼顧兩個(gè)采礦排巖需求，重新規(guī)劃設(shè)置排巖場地。

4) 目前，二采區(qū)下部存在采空區(qū)，對(duì)該采區(qū)后續(xù)的露天開采造成嚴(yán)重威脅，必須采取相應(yīng)的安全防治措施。

3 開采方案優(yōu)化

3.1 采區(qū)工作線推進(jìn)方式優(yōu)化

首采區(qū)在東部近南北向布置工作線，由東向西推進(jìn)，采區(qū)寬度0.79 km，地表長度1 200 m，推進(jìn)強(qiáng)度約260 m/a，首采區(qū)原工作線推進(jìn)方式見圖1。

工作線推進(jìn)速度是確定采區(qū)寬度的一項(xiàng)主要技術(shù)指標(biāo)，根據(jù)國內(nèi)外生產(chǎn)、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，用單斗-卡車開采工藝，工作線推進(jìn)強(qiáng)度在400 m/a之內(nèi)滿足規(guī)范要求。推進(jìn)強(qiáng)度計(jì)算公式如下：

(1)

式中：V為推進(jìn)強(qiáng)度，m/a；Q為設(shè)計(jì)規(guī)模，Mt/a；ρ為視密度，t/m3；H為煤層厚度，m；L為工作線長度，m。

鑫新煤礦煤層厚度6.39 m，視密度1.28 t/m3，工作線初始長度460 m，后續(xù)開采過程中，工作線長度通過去除烽火臺(tái)影響范圍的長度進(jìn)行確定。根據(jù)公式(1)計(jì)算的推進(jìn)強(qiáng)度為319 m/a，推進(jìn)強(qiáng)度符合規(guī)定，研究提出將推進(jìn)方向改為由南向北推進(jìn)，工作線東西向“一”字型布置，采掘工程位于首采區(qū)中部，原工作面停采界限及優(yōu)化后工作線推進(jìn)長度與方向見圖2。

3.2 開拓運(yùn)輸系統(tǒng)布置方法

鑫新煤礦工作線推進(jìn)方向優(yōu)化后，需對(duì)現(xiàn)用開拓運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行重新布置。首采區(qū)開采距離烽火臺(tái)最近距離為215 m。露天礦爆破產(chǎn)生的振動(dòng)將對(duì)烽火臺(tái)產(chǎn)生影響，爆破地震安全距離，計(jì)算過程如下：

(2)

式中：R為爆破地震安全距離，m；Q為藥量(齊發(fā)爆破取總量，延期爆破取最大一段藥量)，kg；v為安全質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度，cm/s；m為藥量指數(shù)；k、a為與爆破地點(diǎn)地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)。

圖2 優(yōu)化后工作線長度及推進(jìn)方向示意

對(duì)于松動(dòng)爆破：R=216 m、v=3 cm/s、m=1/3、k=150、a=1.5；根據(jù)公式(2)計(jì)算所需藥量為4 031.07 kg，而設(shè)計(jì)最大起爆藥量為204.8 kg，符合安全要求。

當(dāng)出露煤量滿足兩個(gè)月正常生產(chǎn)備采煤量時(shí)達(dá)到設(shè)計(jì)能力，共形成6個(gè)剝離臺(tái)階，見圖2。剝離臺(tái)階的剝離物在工作面由液壓挖掘機(jī)裝載自卸卡車后，各開采水平的卡車沿工作幫移動(dòng)坑線至煤層底板進(jìn)入首采區(qū)采場內(nèi)排土場道路，將剝離物運(yùn)至內(nèi)排土場排棄。工作線推進(jìn)方向變更后，在推進(jìn)的過程中，工作幫頂部臺(tái)階邊界距離原榆烏公路200 m時(shí)，對(duì)原公路進(jìn)行改道，將榆烏公路改移到烽火臺(tái)南側(cè)，改道完成后，再進(jìn)行推進(jìn)開采。

3.3 二采區(qū)工作線推進(jìn)及排土場位置確定

1) 二采區(qū)工作線推進(jìn)方向。鑫新煤礦開采程序?yàn)橄乳_采首采區(qū)，后開采二采區(qū)。為保障兩個(gè)采區(qū)順利接續(xù)，需要提前確定二采區(qū)的工作線推進(jìn)方向及位置。二采區(qū)南部地形相對(duì)較低，煤層埋深淺，距離外排土場最近，基建工程量最小，布置開采工作面簡單，以此采取東西向拉溝，拉溝長度240 m，由南向北推進(jìn)工作線。

2) 排土場位置的確定。根據(jù)排土場選擇原則及外排總量要求，外排土場位置選擇在二采區(qū)南部，煤層露頭線外沖溝內(nèi)。由于二采區(qū)是一個(gè)山坡露天礦，開采完成后底板標(biāo)高與周邊地形持平，研究確定在二采區(qū)南、東部沖溝內(nèi)設(shè)置兩個(gè)外排土場，排土場規(guī)劃范圍的大小根據(jù)兩采區(qū)計(jì)劃排巖總量確定。同時(shí)，為了二采區(qū)開采時(shí)保證設(shè)備及人員的安全，需將采區(qū)周邊地形整平，排土場位置見圖3。

為安全開采二采區(qū)，二采區(qū)剝離物不進(jìn)行內(nèi)排而全部用于修筑運(yùn)輸?shù)缆泛驼蕉蓞^(qū)周邊溝壑。兩個(gè)外排土場均為二采區(qū)服務(wù)，二采區(qū)剝離物先回填在首采區(qū)開采結(jié)束時(shí)的遺留采坑，排棄量為4.23 Mm3，待首采區(qū)遺留采坑回填完畢后再排至一外排土場，當(dāng)二采區(qū)工作線推進(jìn)到二號(hào)外排土場位置時(shí)將剝離物就近排棄，可極大降低運(yùn)輸成本。原辦公區(qū)位于一號(hào)外排土場境界內(nèi)，在一號(hào)外排土場排棄前將辦公區(qū)搬遷至首采區(qū)北側(cè)現(xiàn)有生活區(qū)進(jìn)行辦公。

4 二采區(qū)采空區(qū)防治措施

1) 設(shè)立采空區(qū)作業(yè)的專門管理機(jī)構(gòu)，對(duì)采空區(qū)作業(yè)進(jìn)行專門管理，采空區(qū)作業(yè)必須實(shí)行特殊作業(yè)專項(xiàng)負(fù)責(zé)制，確定專項(xiàng)作業(yè)負(fù)責(zé)人。

2) 收集系統(tǒng)、完整的井工煤礦開采資料，形成詳細(xì)的井上下對(duì)照圖。

3) 購置專用的空巷探測設(shè)備，如激光聲納探測儀等先進(jìn)設(shè)備，以便更為準(zhǔn)確地掌握空巷情況。

圖3 二采區(qū)工作線推進(jìn)方向及排土場位置

4) 在日常穿孔、爆破中，應(yīng)參照井上下對(duì)照圖，利用鉆機(jī)打探測孔，及時(shí)探明空巷頂幫厚度。根據(jù)各個(gè)空巷的高度、空巷頂板巖石松散系數(shù)、空巷底板傾斜角度以及選用的采掘設(shè)備等情況計(jì)算出各部分采空區(qū)的最小安全隔離層厚度。對(duì)于小于最小安全隔離層厚度的區(qū)域應(yīng)以安全方式進(jìn)行采空區(qū)穿孔爆破，使采空區(qū)塌落，以塌落物填實(shí)采空區(qū)，保證人員及設(shè)備安全。

5) 管理機(jī)構(gòu)要經(jīng)常對(duì)生產(chǎn)作業(yè)情況進(jìn)行核查，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)處理，制定突發(fā)事故的搶險(xiǎn)救援預(yù)案。

6) 制定具體的采空區(qū)生產(chǎn)作業(yè)規(guī)程，對(duì)具體作業(yè)人員進(jìn)行培訓(xùn)，使作業(yè)人員對(duì)面臨的現(xiàn)實(shí)危險(xiǎn)有足夠的認(rèn)識(shí)，能夠嚴(yán)格按作業(yè)規(guī)程進(jìn)行生產(chǎn)，對(duì)異常情況有思想準(zhǔn)備。

5 結(jié) 語

1) 通過計(jì)算分析工作線推進(jìn)強(qiáng)度，提出將原東西向工作線推進(jìn)方式改為南北向推進(jìn)，有效保障了產(chǎn)能。

2) 通過分析露天爆破對(duì)烽火臺(tái)的影響，提出首采區(qū)工作幫頂部臺(tái)階邊界距離榆烏公路200 m時(shí)，對(duì)原公路進(jìn)行改道，保障了運(yùn)輸?shù)缆返耐〞场?/p>

3) 為保障兩個(gè)采區(qū)產(chǎn)能順利接續(xù)，提出二采區(qū)由南向北推進(jìn)工作線，同時(shí)在二采區(qū)附近增設(shè)兩個(gè)外排巖場供兩采區(qū)排巖，有效解決了礦山排巖問題。

4) 針對(duì)二采區(qū)采空區(qū)威脅，提出了相應(yīng)的空區(qū)防治措施，有效保障了二采區(qū)露天采場作業(yè)的安全。