黑岱溝露天礦煤層斜坡道修筑工藝優(yōu)化

賈學(xué)軍，魯文岐，岳建軍，曹勝武，劉小杰

（國能準(zhǔn)能集團(tuán)黑岱溝露天煤礦，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010300）

生產(chǎn)過程中各煤層連接、材料輸送、灑水降塵、人員輸送等主要靠斜坡道運輸實現(xiàn)[1]，因此，斜坡道運輸效率是直接影響能否實現(xiàn)礦山穩(wěn)定生產(chǎn)的必要因素之一。而要想實現(xiàn)安全保供任務(wù)[2]，煤層斜坡道運輸方面必須滿足能及時將生產(chǎn)過程中開采的煤炭及時運出煤溝，排棄卸載到煤巖回收分選和破碎站處[3]，才可確保整個生產(chǎn)環(huán)節(jié)持續(xù)連貫運行，如若運輸效率跟不上，直接影響整個生產(chǎn)工藝接續(xù)進(jìn)行。煤溝作業(yè)環(huán)境空間狹小、道路修筑難度大，加之道路運輸過程中，存在頻繁變道、廢修道路問題，部分露天礦山生產(chǎn)任務(wù)重、作業(yè)設(shè)備數(shù)量少、工作能力低難以滿足生產(chǎn)需求，部分設(shè)備容易出現(xiàn)高負(fù)荷、乃至于超負(fù)荷運行狀態(tài)[4]，且所采用的工藝存在一定不足，對保供形勢下礦山安全生產(chǎn)平穩(wěn)過渡和道路修筑帶來極大考驗，直接影響礦山安全生產(chǎn)效率。亟需探索研究新型煤層斜坡道道路修筑方法來適應(yīng)當(dāng)前生產(chǎn)運輸任務(wù)需求。為此，以黑岱溝露天礦山煤溝道路修筑為典型[5]，通過深入分析研究當(dāng)下露天礦山煤層斜坡道修筑所采取的工藝技術(shù)，以該礦煤層斜坡道修筑工藝技術(shù)為參照，針對性提出優(yōu)化改進(jìn)原始煤層斜坡道修筑的工藝方法，為提高生產(chǎn)效率和保障職工在斜坡道修筑過程中安全系數(shù)提供參考價值，提高作業(yè)安全系數(shù)和設(shè)備有效利用率，進(jìn)而確保露天煤礦完成生產(chǎn)任務(wù)的同時，實現(xiàn)降本增效、安全高效生產(chǎn)。

1 煤層斜坡道修筑現(xiàn)狀及存在問題

1.1 修筑現(xiàn)狀

黑岱溝露天煤礦年原煤產(chǎn)量3 400 萬t，采煤工作線橫向布置，以平行推進(jìn)方式進(jìn)行開采，當(dāng)前所開采二采區(qū)煤層平均厚度28.8 m[6]。根據(jù)黑岱溝露天煤礦地質(zhì)條件和設(shè)備狀況，現(xiàn)階段生產(chǎn)作業(yè)過程6＃煤層厚度34 m，開采中將6＃煤層分六上、六中、六下3 層開采，煤層平均厚度依次為12、7、15 m。開采過程中縱向逐層開采，橫向以150 m 為單元依次往工作線走向推進(jìn)，開始時，在煤層坡面掘出1 個小缺口，然后往工作線平行方向逐步推進(jìn)，如此左右往返開采。運輸中巖石層采用單向行車不調(diào)頭平行采掘，卡車沿工作面直接駛到裝車位置，裝滿后沿同一方向駛離工作面。煤層只有1 條出入溝，采用雙向行車折返調(diào)車平行采掘，空載運輸車從電鏟尾部接近電鏟，在電鏟附近停車掉頭，倒退到裝車位置，裝載后汽車沿原路線駛離工作面，這種供車方式只需在工作平盤一端設(shè)有出入溝，但是需要雙車道。因此，在煤溝作業(yè)就需要進(jìn)行頻繁廢道修道，尤其在開切口后，開采靠近高臺階根部六上、六中煤層時，因生產(chǎn)需求，在其側(cè)面修有1 條從六中煤層底板到六中煤層頂板的斜坡運輸?shù)溃_采完靠近高臺階根部的六上、六中煤層計劃煤量時，需要重新修筑道路，并將原來六中煤層斜坡運輸?shù)缽U棄開采，將原來的開采區(qū)變?yōu)樾碌缆贰Ｒ罁?jù)生產(chǎn)計劃和現(xiàn)場實際需求，年平均移設(shè)48 次。當(dāng)前黑岱溝露天煤礦共有30 臺履帶推土機(jī)，其中20 臺D11T 推土機(jī)，4 臺D475 推土機(jī)，2 臺D10N 推土機(jī)，6 臺SD90－5 推土機(jī)。其中采用D11T 和D10N推土機(jī)主要進(jìn)行排土場排土工程，路面上運輸?shù)缆泛兔簻铣鰷下沸枰渌吞柾仆翙C(jī)施工，采掘、運輸、排棄等環(huán)節(jié)作業(yè)過程中對履帶推土機(jī)也有需求，僅1 條煤溝斜坡道道路修筑過程中就需要2～3 臺履帶推土機(jī)共同施工，由于道路修筑數(shù)目多、工程量大、設(shè)備數(shù)量少，就會出現(xiàn)設(shè)備供給不足狀況。

1.2 存在的問題

當(dāng)前從六中煤層底板到六中煤層頂板斜坡道變道修筑主要通過電鏟－推土機(jī)聯(lián)合作業(yè)[7]，即電鏟采裝形成缺口后履帶推土機(jī)采用下推槽法從六中煤層頂部將上面的煤筑擋墻推送到六中煤層底板，且需要2～3 臺推土機(jī)進(jìn)行來回循環(huán)往返散推，進(jìn)而形成新道路。此種作業(yè)方式存在一定缺陷：①從降本增效方面考慮，在此作業(yè)過程中，作業(yè)場地凹凸起伏、煤塊數(shù)量多，對履帶推土機(jī)履帶磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致需要頻繁對履帶進(jìn)行維修更換，極大地縮短履帶使用壽命，徒增生產(chǎn)成本；②從設(shè)備數(shù)量和最大利用率方面考慮，煤溝道路頻繁修筑過程中占用多臺履帶推土機(jī)資源，使得其它作業(yè)環(huán)節(jié)道路修筑過程中調(diào)用設(shè)備短缺，導(dǎo)致未能及時完成道路修筑任務(wù)狀況，影響修筑效率，進(jìn)而降礦山整體生產(chǎn)作業(yè)效率；③從安全角度考慮，推土機(jī)從六中煤層上部往下推的過程中，作業(yè)高度約7 m，駕駛員在駕駛室內(nèi)存在視線盲區(qū)，無法及時有效觀察到六中煤層底部狀況、無法有效判斷與六中煤層坡頂線有效距離，可能出現(xiàn)掉落風(fēng)險，對人員和設(shè)備安全造成一定影響。因此，亟需探索新型道路修筑方式解決所存在問題，消除危險源、提高作業(yè)效率。

2 煤層斜坡道修筑工藝優(yōu)化

2.1 斜坡道修筑優(yōu)化方案

六中煤層臺階道路修筑優(yōu)化方案如圖1。

圖1 六中臺階道路修筑優(yōu)化方案截面圖

利用液壓正鏟或1350 前裝機(jī)在六中煤層底板坡底位置先開挖六中煤層頂板部分煤量堆疊在六中煤層底部配合履帶推土機(jī)修筑道路。六中煤層高度7 m，液壓正鏟和1350 前裝機(jī)有效作業(yè)高度均能達(dá)到7 m 以上，高度上完全滿足該工藝要求。因此，作業(yè)中先調(diào)用液壓正鏟或1350 前裝機(jī)在六中煤層底板將六中煤層頂部或坡頂線修筑的擋墻開挖一部分倒在六中煤層底部，使其在下方堆疊高度達(dá)到3 m 左右，接著再采用1 臺履帶推土機(jī)從六中煤層頂部往下推剩余量，修筑坡度為6°左右的斜坡道。從而降低履帶推土機(jī)修筑道路過程中六中煤層頂板到六中煤層底板的高度差，同時也減少履帶推土機(jī)駕駛員對下方觀察視線盲區(qū)，實現(xiàn)有效預(yù)防、降低道路修筑過程中高處墜落可能對人員、設(shè)備造成的傷害及損失，從而達(dá)到降低、甚至杜絕高處墜落風(fēng)險的效果。采用此種工藝，可從根本上減少煤溝斜坡道道路修筑過程中對履帶推土機(jī)設(shè)備占用數(shù)量，使推土機(jī)在最需要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)中及時發(fā)揮作用，同時減少履帶推土機(jī)在煤溝修筑道路作業(yè)量，從而避免煤溝煤塊、路面對多臺履帶推土機(jī)造成磨損，節(jié)省生產(chǎn)維修時間和成本，達(dá)到降本增效目的，提高礦山整體生產(chǎn)效率。

2.2 方案優(yōu)化理論檢驗

將優(yōu)化工藝?yán)碚撆c實踐相結(jié)合，通過查閱相關(guān)資料，對比其他露天煤礦煤層斜坡道修筑所采取工藝，研究優(yōu)化改進(jìn)措施現(xiàn)實可行性，結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場實際，取長補短，不斷改進(jìn)完善。同時采用作業(yè)條件危險性分析法[8]對優(yōu)化工藝后高處風(fēng)險進(jìn)行分析，依據(jù)現(xiàn)場實際評估高處墜落發(fā)生的可能性L、事故的嚴(yán)重程度C 和暴露于危險環(huán)境的頻率E，計算改進(jìn)工藝后作業(yè)條件危險性D：

結(jié)合現(xiàn)場煤溝斜坡道修筑實際情況，評估高處作業(yè)過程中作業(yè)條件，恰當(dāng)選取L、E、C 值，分別計算工藝優(yōu)化改進(jìn)之前與改進(jìn)之后高處墜落風(fēng)險程度。事故發(fā)生的可能性見表1，暴露于危險環(huán)境的頻率見表2，事故的嚴(yán)重程度見表3，作業(yè)條件危險性見表4。

表1 事故發(fā)生的可能性

表2 暴露于危險環(huán)境的頻率

表3 事故的嚴(yán)重程度

表4 作業(yè)條件危險性

工藝優(yōu)化改進(jìn)之后事故發(fā)生可能性分值由原來6 降為0.2；暴露在危險環(huán)境中的頻率沒有發(fā)生變化依舊為10；發(fā)生事故可能造成后果由原來3 降為1。得出風(fēng)險性分值由原來180 降為2，經(jīng)驗算，作業(yè)條件危險性從高度危險需要立即整改降為稍有危險或許可以接受，危險性明顯降低。同時對工藝改進(jìn)后是否會帶來新風(fēng)險、新隱患進(jìn)行辨識，主要考慮開挖過程中在六中煤層坡頂線是否會出現(xiàn)傘檐：液壓正鏟或1350 前裝機(jī)有效作業(yè)高度大于7 m，在6中煤層坡頂線并不會出現(xiàn)“傘檐”，不會產(chǎn)生物體打擊、埋壓設(shè)備狀況，不會帶來新風(fēng)險。采用風(fēng)險矩陣法對工藝改進(jìn)前后風(fēng)險程度進(jìn)行評估，表明風(fēng)險程度由中等風(fēng)險降為低風(fēng)險。同時，結(jié)合現(xiàn)場作業(yè)實際，制定相應(yīng)安全管控措施：要求推土機(jī)清理臺階坡頂物料必須設(shè)專人指揮，負(fù)責(zé)加強監(jiān)護(hù)推土機(jī)的安全距離；推送物料時，鏟刀距坡頂線的安全距離不得小于2 m；推土機(jī)推送物料到位后，先掛倒擋后提鏟刀；推土機(jī)推送物料和修筑斜坡道時，任何車輛和設(shè)備必須保持一定安全距離。最后，組織相關(guān)部門、業(yè)務(wù)人員制定實踐測試計劃，依據(jù)計劃進(jìn)行優(yōu)化措施現(xiàn)場效果測試檢驗，驗證可行性，并與之前道路修筑方式安全性、工作效率進(jìn)行對比。

工藝優(yōu)化改進(jìn)后推土機(jī)司機(jī)能夠及時觀察到6中煤層底板情況，高處墜落風(fēng)險極大地降低。采取原始工藝時，履帶推土機(jī)作業(yè)時液壓正鏟或1350 前裝機(jī)處于等待狀態(tài)，優(yōu)化之后液壓正鏟或1350 前裝機(jī)有效工作時間延長，降低等待閑置時長，加之新工藝可以將修筑過程中2～3 臺履帶推土機(jī)縮減至1 臺，減少設(shè)備占用量，為其它作業(yè)環(huán)節(jié)提供更多道路施工設(shè)備，進(jìn)而充分表明優(yōu)化斜坡道道路修筑工藝，明顯提升煤溝斜坡道修筑效率和人員安全作業(yè)系數(shù)。

2.3 培訓(xùn)與監(jiān)督管控

考慮工藝初次實施和煤溝作業(yè)環(huán)境特殊性，制定液壓正鏟（1350 前裝機(jī)）－履帶推土機(jī)聯(lián)合修筑道路作業(yè)相關(guān)內(nèi)容，包括安全、操作、作業(yè)3 方面，并對相關(guān)作業(yè)人員開展理論專項培訓(xùn)和實操培訓(xùn)，培訓(xùn)課時大于24 學(xué)時，嚴(yán)格要求培訓(xùn)質(zhì)量，培訓(xùn)人員要做到對新工藝應(yīng)知應(yīng)會，培訓(xùn)結(jié)束后進(jìn)行考試檢測，合格人員安排上崗作業(yè)，不合格人員重新進(jìn)行培訓(xùn)，加強培訓(xùn)監(jiān)督考察力度，以此確保培訓(xùn)質(zhì)量達(dá)標(biāo)。培訓(xùn)人員上崗后，隊內(nèi)做好后續(xù)跟蹤調(diào)查工作，不能勝任的調(diào)整工作崗位或者加強實操培訓(xùn)，保證操作人員上標(biāo)準(zhǔn)崗、做標(biāo)準(zhǔn)業(yè)，確保工程質(zhì)量。未經(jīng)培訓(xùn)私自上崗者，對直接責(zé)任者或隊內(nèi)領(lǐng)導(dǎo)責(zé)任者作出處罰，杜絕“三違”行為發(fā)生，保障新工藝安全順利實施，推進(jìn)礦山安全生產(chǎn)。

3 結(jié)語

經(jīng)過研究證明，黑岱溝露天礦煤層斜坡道修筑工藝優(yōu)化改進(jìn)具有可實施性和現(xiàn)實價值。

1）降低了設(shè)備修筑道路時高處墜落風(fēng)險，提高了安全作業(yè)系數(shù)，可有效預(yù)防道路修筑過程中可能造成的傷害損失，從根本上提高煤溝道路修筑過程中人員作業(yè)安全性。

2）減少了道路修筑過程中所占用推土機(jī)數(shù)量，使設(shè)備價值在生產(chǎn)中最大化體現(xiàn)，提高履帶推土機(jī)利用率，提高了各環(huán)節(jié)生產(chǎn)效率。

3）避免了多臺履帶推土機(jī)在煤溝往返修筑道路所造成的履帶磨損，同時減少履帶推土機(jī)從六中煤層頂部下推煤炭修筑道路施工工程量，降低維修更換成本，同時提高液壓正鏟或1350 前裝機(jī)有效工作時長。