平朔東露天礦采區(qū)過渡期生產(chǎn)接續(xù)研究

劉 果，許 昌，孫 寬，董淑斌，馬海淵，傅新華

（中煤平朔集團(tuán)有限責(zé)任公司 東露天礦，山西 朔州 036006）

采用綜合工藝開采，剝離采用單斗卡車工藝，采煤采用端幫半固定式破碎站半連續(xù)工藝，即分別在4#煤底板和9#煤底板設(shè)置端幫半固定式破碎站，原煤經(jīng)一次破碎后經(jīng)端幫帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)載，經(jīng)運(yùn)輸大巷帶式輸送機(jī)輸送至選煤廠。由于采區(qū)過渡涉及均衡剝采比、原煤運(yùn)輸系統(tǒng)改造、土場空間、運(yùn)輸系統(tǒng)布置、產(chǎn)量接續(xù)等新課題，需要提前對(duì)采取過渡方案進(jìn)行研究[1]。

1 采區(qū)過渡研究必要性

采區(qū)過渡方式的選擇，直接影響物料排棄運(yùn)距的遠(yuǎn)近、產(chǎn)量的接續(xù)，嚴(yán)重影響露天礦的總體經(jīng)濟(jì)效益[2]。露天煤礦轉(zhuǎn)向過渡期間的開拓運(yùn)輸系統(tǒng)也較為復(fù)雜，如果組織管理不當(dāng)，將會(huì)使運(yùn)距增大、運(yùn)輸系統(tǒng)混亂，影響露天礦的正常生產(chǎn)[3]。借鑒行業(yè)內(nèi)其他露天礦采區(qū)轉(zhuǎn)向經(jīng)驗(yàn)，從原采區(qū)實(shí)現(xiàn)完全轉(zhuǎn)至新采區(qū)具有時(shí)間長、運(yùn)輸系統(tǒng)布置需要重新優(yōu)化、排土空間緊張等新情況，需要提前進(jìn)行可行性研究[4]。按照初步規(guī)劃，東露天礦首采區(qū)向西靠界后，向北轉(zhuǎn)向進(jìn)入二采區(qū)，未來6 年內(nèi)將是采區(qū)過渡期，需要提前進(jìn)行中期生產(chǎn)組織規(guī)劃?？紤]南端幫半固定式運(yùn)煤系統(tǒng)掘進(jìn)要避開北嶺礦界，4#煤破碎口端幫巷剩余移設(shè)空間僅為1 190 m，為防止下部9#煤破碎口影響內(nèi)排空間釋放，過渡期內(nèi)需要完成將運(yùn)煤系統(tǒng)按計(jì)劃改造至地面，對(duì)日后轉(zhuǎn)向工作存在的難題進(jìn)行預(yù)判，實(shí)現(xiàn)原煤入口接續(xù)平穩(wěn)[5]。首采區(qū)出入溝系統(tǒng)由南幫1380 干道，經(jīng)1380 坡道～1320 坡道至工作幫1320 平盤工作面，此外，由南幫1380 坡道～1350 坡道，經(jīng)內(nèi)排土場1350 坡道～1320 坡道～1290 坡道～4#煤底板移動(dòng)聯(lián)絡(luò)道路至礦坑北部，需要考慮二采區(qū)工作面如何與現(xiàn)有出入溝銜接問題，故開展東露天礦采區(qū)過渡期間生產(chǎn)接續(xù)研究具有必要性、緊迫性[6]。

2 均衡生產(chǎn)剝采比確定

2.1 首采區(qū)剩余工程量

采用3Dmine 軟件對(duì)首采區(qū)進(jìn)行開采后建模，利用地質(zhì)模型報(bào)告首采區(qū)剩余工程量，保證了計(jì)算準(zhǔn)確性。北端幫地表高程1 430 m，分別在1420、1400、1380 平盤預(yù)留30 m 寬道路供外包小車行駛，下部1350、1320、1290、4#煤底板平盤預(yù)留40 m 道路寬度供自營卡車行駛，下部4下1至11#煤底板5 個(gè)平盤并段開采。南端幫地表高程1 370 m，在1350 平盤預(yù)留30 m 寬道路供外包小車行駛，下部1320、1290、1260、1230 平盤和4#煤底板平盤預(yù)留40 m 道路寬度供自營卡車行駛，下部4下1至1#1 煤底板5個(gè)平盤并段開采。西端幫地表高程1 340 m，11#煤底板高程1 120 m，在1320、1290、1260、1230 平盤和4 煤底板平盤預(yù)留40 m 道路寬度供自營卡車行駛，下部4下1至11#煤底板5 個(gè)平盤并段開采。

2.2 均衡剝采比

為了掌握二采區(qū)需要超前剝離的工程量，計(jì)劃按照北端幫原4#煤靠界位置，按照1320 平盤及以下平盤寬度90 m，1335 平盤及上部平盤寬度60 m進(jìn)行緩幫工程量計(jì)算，即二采區(qū)過渡至4#煤頂板位置。通過上述工程位置建模，采用3Dmine 軟件中“塊體”-“塊體報(bào)告”功能，計(jì)算不同工程位置情況下對(duì)應(yīng)的工程量。通過建模計(jì)算可知，從目前礦坑要過渡至二采區(qū)11#煤底板，需要?jiǎng)冸x工程量73 412 萬m3及采煤量13 323 萬t，其中首采區(qū)剩余剝離工程量51 104 萬m3，采煤量13 548 萬t；首采區(qū)完全靠界至二采區(qū)過渡4#煤頂板位置需要增加剝離工程量11 438 萬m3；二采區(qū)過渡至4#煤頂板位置至完全轉(zhuǎn)向需要增加剝離工程量10 870 萬m3，可采出原煤452 萬t。由此可知，均衡剝采比為5.51 m3/t。

2.3 排定中長期計(jì)劃

按照年計(jì)劃2 000 萬t，分別對(duì)2020 年下半年和2021—2025 年編制中長期計(jì)劃，平朔東露天礦2020—2026 年生產(chǎn)計(jì)劃見表1，可知二采區(qū)開始剝離作業(yè)時(shí)間為2022 年，二采區(qū)采煤作業(yè)時(shí)間為2024 年。

表1 平朔東露天礦2020—2026 年生產(chǎn)計(jì)劃

2.4 內(nèi)排空間

根據(jù)平朔東露天礦采區(qū)轉(zhuǎn)向方案，排土場整體按最高1 450 m 水平排棄，通過首采區(qū)與二采區(qū)底部11#煤全留溝模型計(jì)算可知，2020 年6 月底至采區(qū)過渡至11#煤底板位置，內(nèi)排土場整體幫坡角小于19°情況下，土場空間剩余容量為8.1 億m3（沉降系數(shù)為1.2），滿足采區(qū)過渡期間排土場空間需求，故推薦在11 煤底板留溝方式進(jìn)行排土過渡[7]，其中最下面1 個(gè)臺(tái)階采用高段排土，縮短卡車運(yùn)距[8]。全留溝情況下首采區(qū)剩余土場空間見表2。

表2 全留溝情況下首采區(qū)剩余土場空間

考慮到最小工程量完成轉(zhuǎn)向，建議按照均衡剝采比確定年度采剝工程量，當(dāng)首采區(qū)推進(jìn)至西幫時(shí)，每完成1 個(gè)平盤靠界，二采區(qū)就完成該平盤及地表以上平盤恢復(fù)至正常平盤寬度-“雙坑布置+直角轉(zhuǎn)向”方式，減少超前剝離工程量。

3 原煤運(yùn)輸系統(tǒng)布置

3.1 原煤運(yùn)輸系統(tǒng)行走路徑

按照規(guī)劃，原煤運(yùn)輸系統(tǒng)提升至地面后在地表設(shè)置半固定式破碎站，原煤經(jīng)帶式輸送機(jī)走廊運(yùn)輸至選煤廠。為了減少地表破碎站占?jí)好禾抠Y源，將破碎站選址在首采區(qū)和二采區(qū)90°夾角位置，沿北幫1400 干道至首采區(qū)東北部復(fù)墾區(qū)，經(jīng)內(nèi)排土場1450平盤至首采區(qū)東南部1400 平盤設(shè)備停放場地，然后接現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)機(jī)房。該方案具有轉(zhuǎn)載點(diǎn)少、利用土場空間施工速度快、方便與選煤廠已有系統(tǒng)銜接等特點(diǎn)。原煤地面運(yùn)輸系統(tǒng)行走路徑如圖1。

圖1 原煤地面運(yùn)輸系統(tǒng)行走路徑

3.2 原煤運(yùn)輸系統(tǒng)投用

根據(jù)巷道二期掘進(jìn)工程和地質(zhì)條件，4#煤因背斜構(gòu)造先上山掘進(jìn)，過背斜頂后下山掘進(jìn)，合理選擇上山掘進(jìn)位置，為此，確定2020 年10 月下旬投用的4#煤8#端幫巷移設(shè)步距480 m（提前50 m 上山掘進(jìn)），由于需要避開北嶺礦采空區(qū)20 m 距離，原煤運(yùn)輸系統(tǒng)4#煤主運(yùn)大巷剩余740 m，預(yù)留30 m 設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)巷，初步計(jì)劃分355、355 m 2 次移至次端幫破碎口，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)4 煤破碎口1 年移設(shè)1 次，預(yù)計(jì)4#煤10#破碎口2022 年10 月底移設(shè)（距離首采區(qū)西部最終4#煤境界1 210 m），按照9#煤破碎口滯后3 個(gè)月時(shí)間移設(shè)，即2023 年1 月底投用最后1個(gè)9#煤破碎口（距離首采區(qū)西部最終11#煤境界1 330 m），移設(shè)后釋放空間5 個(gè)月使用完畢，預(yù)計(jì)破碎口可服務(wù)至2023 年上半年，此時(shí)南部內(nèi)排土場處于正常排棄狀態(tài)。

從土場空間容量來看，按照排土場最高排棄1 450 m 水平計(jì)算，從2020 年6 月底至原煤運(yùn)輸系統(tǒng)提升至地面前土場空間容量為46 328 萬m3，原煤運(yùn)輸系統(tǒng)投用至地面前土場空間見表3。

表3 原煤運(yùn)輸系統(tǒng)投用至地面前土場空間

按照年產(chǎn)原煤2 000 萬t，過渡期均衡生產(chǎn)剝采比5.51 m3/t 計(jì)算，年剝離量為11 020 萬m3，年排棄矸石量275 萬m3，可服務(wù)時(shí)間為4.10 年，即2024 年7 月底。綜合南部破碎口釋放內(nèi)排空間和整體土場容量空間可知，按照地面運(yùn)輸膠帶調(diào)試期6 個(gè)月計(jì)算，再預(yù)留6 個(gè)月土場空間，地面運(yùn)輸膠帶最遲試運(yùn)行時(shí)間為2023 年7 月底左右。

4 出入溝系統(tǒng)選擇

按照從2021 年初開始施工，至2026 年底完成，共計(jì)6 年時(shí)間完成轉(zhuǎn)向，故需要提前考慮工業(yè)廣場至二采區(qū)出入溝道路，防止空間被內(nèi)排土場占?jí)?。出入溝系統(tǒng)有3 種方案：①方案1:按照現(xiàn)有門崗→南幫出入溝道路→南幫1320 干道→首采區(qū)西幫1320平盤干道→二采區(qū)端幫（西幫）聯(lián)絡(luò)道路→至礦坑1290 平盤，出入溝長度7 050 m；②方案2：現(xiàn)有門崗→南幫出入溝道路→南幫1320 干道→內(nèi)排土場1320 工作面→二采區(qū)端幫（東幫）聯(lián)絡(luò)道路→至礦坑1290 平盤，出入溝長度9 300 m；③方案3:采用經(jīng)首采區(qū)內(nèi)排土場方式，即現(xiàn)有門崗→平行地面帶式輸送機(jī)內(nèi)排土場1400～1450 聯(lián)絡(luò)道→1450～1400聯(lián)絡(luò)道→首采區(qū)北幫1400 干道→二采區(qū)端幫（東幫）聯(lián)絡(luò)道路——至礦坑1290 平盤，出入溝長度5 500 m。出入溝3 種方案優(yōu)缺點(diǎn)比較如下：

1）方案1。方案1 優(yōu)點(diǎn)：①利用地表地形（高程1 330 m），利于形成南幫1320 干道和西幫1320 干道，方便與二采區(qū)1290 平盤聯(lián)通；②南幫布置有加油站，方便卡車排土后去加油站加油；③道路拐彎少，利于安全通行。方案1 缺點(diǎn)：西幫預(yù)留1320 干道，寬度40 m，影響內(nèi)排空間。

2）方案2。方案2 優(yōu)點(diǎn)：不需要在二采區(qū)端幫設(shè)置出入溝，通過內(nèi)排土場1320 干道即可至礦坑中部。方案2 缺點(diǎn)：①出入溝距離長，不利于高效通行；②內(nèi)排土場跟進(jìn)速度快，道路服務(wù)時(shí)間短。

3）方案3。方案3 優(yōu)點(diǎn)：①運(yùn)距近，與原煤運(yùn)輸系統(tǒng)平行布置交叉少；②在采區(qū)端幫（東幫）設(shè)置出入溝，利于卡車經(jīng)端幫聯(lián)絡(luò)道至1400 破碎站卸煤。方案3 缺點(diǎn)：與外包卡車去內(nèi)排土場有交叉。

綜合考慮，選取方案3 作為二采區(qū)出入溝系統(tǒng)布置方案，與外包交叉問題可通過修筑棧橋分流車流解決。

5 結(jié)語

1）未來6 年為平朔東露天礦首采區(qū)向二采區(qū)過渡期，過渡期均衡剝采比為5.51 m3/t。

2）研究了原煤運(yùn)輸系統(tǒng)剩余工程量和地面運(yùn)煤系統(tǒng)布置方案，地面原煤運(yùn)輸系統(tǒng)最遲投用日期為2023 年7 月。

3）工業(yè)廣場至二采區(qū)工作幫道路推薦采用經(jīng)首采區(qū)內(nèi)排土場方式，以縮短出入溝長度，提高生產(chǎn)組織效率。