吉郎德煤礦傾斜煤層縱采轉(zhuǎn)橫采扇形轉(zhuǎn)向技術(shù)優(yōu)化

馬風(fēng)虎

（哈密市和翔工貿(mào)有限責(zé)任公司，新疆 哈密 839200）

吉郎德煤礦位于新疆哈密巴里坤縣城北西140 km，煤礦探明資源儲(chǔ)量2.3 億t，其中露天可采儲(chǔ)量1.48 億t，設(shè)計(jì)規(guī)模2.0 Mt/a，服務(wù)年限63 年。自2011 年11 月1 日開(kāi)工建設(shè)，于2013 年7 月完成基建并轉(zhuǎn)入正常生產(chǎn)。目前土巖剝離采用單斗-卡車工藝，原煤開(kāi)采采用單斗挖掘機(jī)-卡車-地面破碎站工藝。露天礦生產(chǎn)組織方式為采煤自營(yíng)，剝離全部外委。原核準(zhǔn)生產(chǎn)能力為200 萬(wàn)t/a，生產(chǎn)剝采比為9.71 m3/t。2020 年7 月國(guó)家能源局核增產(chǎn)能至300萬(wàn)t/a，正在辦理核增手續(xù)。為了盡快實(shí)現(xiàn)300 萬(wàn)t/a生產(chǎn)能力，須對(duì)原開(kāi)采方案進(jìn)行優(yōu)化。

1 矸露天煤礦概況

1.1 煤 層

區(qū)內(nèi)可采煤層10 層，分別為B1～B6、B71、B72、B8 下、B8。其中B8、B8 下、B5 煤層為全區(qū)可采煤層，B2、B3 煤層為大部可采煤層，B1、B4、B72 煤層為局部可采煤層，B6 煤層為小部可采煤層，B71 煤層可采面積僅為6%。

B8 煤層目前為主采煤層，可采指數(shù)為100%，煤層厚度為1.73～39.79 m，平均厚度23.21 m，變異系數(shù)為29.60%，為全區(qū)可采巨厚煤層，煤層傾角10°～19°，東部及西部煤層埋藏較深。

1.2 開(kāi)采現(xiàn)狀

2019 年末吉郎德露天煤礦地表東西長(zhǎng)2 km、南北寬1.2 km，坑底最低標(biāo)高為+1 260 m，形成17 個(gè)剝離臺(tái)階，1 個(gè)采煤臺(tái)階，采區(qū)臺(tái)階高度為12 m、臺(tái)階坡面角為70°，最小平盤寬度50 m。最大開(kāi)采深度204 m。其中：東幫為到界端幫；南幫深部為B8 煤層底板，1 382 m 水平以上為臨時(shí)到界臺(tái)階；西幫為臨時(shí)到界幫，幫坡角35°；北幫為正常工作幫，工作幫坡角17°。初步設(shè)計(jì)將礦區(qū)劃分首采區(qū)和二采區(qū)2個(gè)采區(qū)，工作線“L”型布置，向北部、西部同時(shí)推進(jìn)。現(xiàn)階段北部西部還未到達(dá)設(shè)計(jì)首采區(qū)分區(qū)境界。其中：南幫僅開(kāi)采B8 煤層，下部B8 下及B5 煤層未按照設(shè)計(jì)開(kāi)采；北幫距離設(shè)計(jì)確定的首采區(qū)地表界約150 m；西幫距離設(shè)計(jì)確定的首采區(qū)地表界平均約600 m。按照首采區(qū)煤層北傾的覆存條件，南側(cè)剝采比較小，越往北剝采比越大，且隨運(yùn)距和提升高度的增加，運(yùn)輸成本增加。

1）首采區(qū)南幫未到界區(qū)域?，F(xiàn)狀采掘場(chǎng)南幫已開(kāi)采結(jié)束的煤層區(qū)域，主要包含煤層為B8 下煤層和B5 煤層。經(jīng)計(jì)算，首采區(qū)南幫未到界區(qū)域可采資源量583.4 萬(wàn)t，剝離量2 666.75 萬(wàn)m3，平均剝采比4.57 m3/t，按照生產(chǎn)規(guī)模300 萬(wàn)t/a 計(jì)算，服務(wù)年限為1.9 年。

2）首采區(qū)西幫未到界區(qū)域。以首采區(qū)西幫東西向?yàn)榻绲奈鱾?cè)；以首采區(qū)北幫南北向?yàn)榻绲哪蟼?cè)，主要開(kāi)采為B8、B8 下和B5 煤層。經(jīng)計(jì)算，首采區(qū)西幫未到界區(qū)域可采資源量為1 678.6 萬(wàn)t，剝離量為10 122.9 萬(wàn)m3，平均剝采比6.03 m3/t，按照生產(chǎn)規(guī)模300 萬(wàn)t/a 計(jì)算，服務(wù)年限為5.6 年。

3）首采區(qū)北幫未到界區(qū)域。以首采區(qū)北幫南北向?yàn)榻绲谋眰?cè)，主要開(kāi)采為B8、B8 下和B5 煤層。經(jīng)計(jì)算，首采區(qū)北幫未到界區(qū)域可采資源量2 340.2萬(wàn)t，剝離量11 582.4 萬(wàn)m3，平均剝采比4.95 m3/t，按照生產(chǎn)規(guī)模300 萬(wàn)t/a 計(jì)算，服務(wù)年限為7.8 年。

1.3 初步設(shè)計(jì)開(kāi)采方案

北幫未到界區(qū)域按照首采區(qū)到界位置擴(kuò)幫，西幫、南幫未到界區(qū)域同時(shí)開(kāi)采，工作幫北、南、西3 個(gè)方向同時(shí)開(kāi)采，其中西幫為主要開(kāi)采區(qū)域，北幫、南幫搭配開(kāi)采。經(jīng)計(jì)算，首采區(qū)剩余范圍內(nèi)資源量為4 602.2 萬(wàn)t，剝離量為24 372.05 萬(wàn)m3，平均剝采比5.3 m3/t。按照生產(chǎn)規(guī)模300 萬(wàn)t/a 計(jì)算，服務(wù)年限為15.3 年。在現(xiàn)狀采掘場(chǎng)基礎(chǔ)上，完成65.75 萬(wàn)m3剝離量后，一期按照9.2 m3/t 剝采比生產(chǎn)3 年，二期按照6.9 m3/t 剝采比生產(chǎn)6 年，三期按照2.2 m3/t 剝采比生產(chǎn)6 年，首采區(qū)開(kāi)采結(jié)束。西幫年推進(jìn)度為130 m，北幫年推進(jìn)度為100 m，南幫年推進(jìn)度為50 m。因煤層均為北傾，在往北推進(jìn)過(guò)程中剝離量較大，露煤周期慢，難以滿足正常生產(chǎn)接續(xù)。西幫為臨時(shí)到界端幫，在往西推進(jìn)形成工作幫時(shí)，造成大量的緩幫量。南幫為順傾邊坡，前期開(kāi)采未按照初步設(shè)計(jì)開(kāi)采，南幫上部已形成排土場(chǎng)，形成高陡復(fù)合性邊坡，且局部出現(xiàn)片幫，在開(kāi)采過(guò)程中可能存在邊坡失穩(wěn)的情況。

2 縱采轉(zhuǎn)橫采扇形轉(zhuǎn)向技術(shù)

露天煤礦中縱采即工作線沿露天礦走向（縱向）布置，傾向推進(jìn)，簡(jiǎn)稱縱采。橫采即工作線沿露天礦傾向（橫向）布置，走向推進(jìn)，簡(jiǎn)稱橫采[1-3]。所謂“扇形”擴(kuò)幫方法，即工作線以某一回轉(zhuǎn)中心沿逆時(shí)針或順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)推進(jìn)，推進(jìn)方式類似展扇過(guò)程，因此稱為“扇形”擴(kuò)幫[4-6]。扇形擴(kuò)幫方法具有如下特點(diǎn)：①由于工作線為扇形發(fā)展，自由面大，爆破效果好；②剝離工作線長(zhǎng)，投入設(shè)備多；③運(yùn)輸系統(tǒng)可布置在扇端，占用作業(yè)面少，便于維護(hù)；④緩幫速度快，露煤量大。

2.1 橫采及扇形轉(zhuǎn)向技術(shù)優(yōu)化

為進(jìn)一步摸清南幫地質(zhì)條件及邊坡穩(wěn)定性情況，暫緩南幫B5、B8 下煤層開(kāi)采。對(duì)北幫進(jìn)行靠幫作業(yè)，西幫轉(zhuǎn)工作幫加速緩幫作業(yè)。其中，北幫上部臺(tái)階靠幫后為保證清掃平盤正常使用，1 428～1 368 m 水平平盤北擴(kuò)21 m，上部1 428～1 404 m 水平、1 404～1 380 m 水平、1 380～1 356 m 水平形成300 m長(zhǎng)的運(yùn)輸坡道，下部靠幫至1 308 m 水平臺(tái)階，靠幫后不再布置運(yùn)輸系統(tǒng)。下部臺(tái)階剝離、采煤依靠西幫運(yùn)輸系統(tǒng)，年末降深至1236 m 水平，平均推進(jìn)71 m。

西幫北部向西平均推進(jìn)65 m，西幫南部1452平盤至1380 平盤，縱采轉(zhuǎn)橫采向西平均推進(jìn)288 m，西幫南部1380 平盤至1308 平盤扇形轉(zhuǎn)角18°，向西平均推進(jìn)146 m，轉(zhuǎn)角至1 308 m 水平。西幫北部1404 坡 道～1392 坡 道、1380 坡 道～1368 坡 道、1356 坡道～1344 坡道優(yōu)化為運(yùn)煤專線，西幫運(yùn)輸系統(tǒng)形成至1 296 m 水平。

2020 年末各幫幫坡角為：北幫26°、東幫32°、西幫北部17°、西幫南部15°、南幫20°。年末西區(qū)南部增加采煤工作線長(zhǎng)度200 m，增加露煤量15 萬(wàn)t。2020 年開(kāi)采200 萬(wàn)t 原煤時(shí)，需要?jiǎng)冸x量為2 300萬(wàn)m3。年末二量可采量為58 萬(wàn)t，開(kāi)拓量為65 萬(wàn)t。同時(shí)，注意減少提升高度和運(yùn)距，以降低剝離成本。

2.2 3 年接續(xù)計(jì)劃

2021 年北幫北幫將繼續(xù)靠幫至1 248 m 水平，平均推進(jìn)29 m，年末降深至1 230 m 水平，形成1個(gè)采煤臺(tái)階，采煤工作線長(zhǎng)度為427 m。西幫1 380～1 230 m 水平轉(zhuǎn)角為18°。沿轉(zhuǎn)角線平均推進(jìn)103 m，平盤平均寬度由33 m 調(diào)整至37 m。西幫1 404 m 水平以下工作幫坡角由19°調(diào)整至17°，2021 年末形成1 368～1 236 m 水平12 個(gè)采煤半臺(tái)階，采煤工作線長(zhǎng)度789 m?？蓪?shí)現(xiàn)采煤235 萬(wàn)t，剝離1 935萬(wàn)m3，生產(chǎn)剝采比8 m3/t。

2022 年北幫繼續(xù)進(jìn)行靠幫作業(yè)，2022 年末北幫靠幫至1 224 m 水平，降深至1 218 m 水平；西幫西擴(kuò)150 m，西幫平盤平均寬度由37 m 調(diào)整至39 m，西幫幫坡角由17°調(diào)整至16°。2022 年末形成22 個(gè)剝離臺(tái)階，14 個(gè)采煤臺(tái)階，采煤工作線為912 m，2022 年末可實(shí)現(xiàn)采煤260 萬(wàn)t，剝離2 100 萬(wàn)m3，生產(chǎn)剝采比8 m3/t。

2023 年末北幫降深至1 212 m 水平，并靠幫；西幫西擴(kuò)200 m，西幫平盤平均寬度由39 m 調(diào)整至43 m，西幫幫坡角由16°調(diào)整至15°。2023 年末形成22 個(gè)剝離臺(tái)階，14 個(gè)采煤臺(tái)階，采煤工作線長(zhǎng)度為934 m，2023 年末可實(shí)現(xiàn)采煤300 萬(wàn)t/a，剝離2 535萬(wàn)m3。

3 縱采轉(zhuǎn)橫采扇形轉(zhuǎn)向技術(shù)優(yōu)化成果

1）經(jīng)濟(jì)方面。西幫為工作幫緩幫推進(jìn)，縱采轉(zhuǎn)橫采扇形過(guò)渡，使得開(kāi)采工作線長(zhǎng)度增加，設(shè)備作業(yè)空間擴(kuò)大，運(yùn)距和提升高度減小，設(shè)備效率得以充分發(fā)揮。優(yōu)化后，調(diào)整了采剝布局，增加了采煤工作線長(zhǎng)度，且扇形過(guò)渡期間采煤量增加，剝離量減少。故從經(jīng)濟(jì)效益上考慮較為合理。

2）運(yùn)輸方面。在西幫橫采推進(jìn)時(shí)，在南幫中部布置直進(jìn)式坡道，剝離物直接排棄于南排土場(chǎng)，運(yùn)距較近。其次，運(yùn)輸系統(tǒng)布置靈活，均衡全年運(yùn)距，可在西幫、南幫同時(shí)布置運(yùn)輸系統(tǒng)在縮短運(yùn)距的同時(shí)降低了車流密度。

3）生產(chǎn)靈活性方面。縱采轉(zhuǎn)橫采[7-8]推進(jìn)時(shí)，可以根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況調(diào)整推進(jìn)度，最大限度的露煤，保證煤炭接續(xù)。當(dāng)煤炭需求較大時(shí)，可以加速采煤臺(tái)階推進(jìn)，使其與上方剝離臺(tái)階保留很小的平盤寬度或合并為1 個(gè)臺(tái)階，加大出煤量。

4）安全方面。緩采B5、B8 下煤層，給南幫邊坡治理預(yù)留了充分的時(shí)間，降低了邊坡穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)。運(yùn)輸系統(tǒng)、剝離設(shè)備布置靈活，降低了運(yùn)輸及采裝風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

按照優(yōu)化方案，北幫進(jìn)行靠幫、西幫進(jìn)行緩幫作業(yè)，西幫南部以B8 煤層露頭較淺區(qū)域沿煤層走向縱采轉(zhuǎn)橫采拉溝，增加了采煤工作線長(zhǎng)度。西幫北部，以工作線推進(jìn)方向?yàn)檩S，轉(zhuǎn)18°以東向西扇形推進(jìn)，在安全、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)方面是可行的，為煤炭的接續(xù)生產(chǎn)提供了保障，為實(shí)現(xiàn)煤礦300 萬(wàn)t/a 擴(kuò)能打下了良好的基礎(chǔ)。