安太堡露天矿局部并帮缩界内排优化方案探讨

薛万海

（中煤平朔集团 安太堡露天矿，山西 朔州 036006）

安太堡露天矿局部并帮缩界内排优化方案探讨

薛万海

（中煤平朔集团 安太堡露天矿，山西 朔州 036006）

安太堡露天矿在背斜区开采期间，自然剥采比增加，煤层推进度变小，产量下降幅度较大，剥离物料存在运距远、高差大的特点。结合实际实时优化开采程序或开采工艺，最大限度地减小背斜区开采期间的运距和高差。

工作线；缩界；内排；运距；高差

1 矿山概况

安太堡露天矿是我国“七五”期间煤炭行业引进资金、设备、技术和管理的重点建设项目，经过3 a准备，2 a建设，于1987年9月10日建成投产，1988年7月1日转入生产阶段。外方于1991年因调整经营策略撤走后，安太堡矿技术人员通过科学论证，修改了中外合作时的分区开采程序[1]，将原来的6个坑简化为3个坑，减少了转向次数和转向时遇到的剥离洪峰。建矿以来已采完了一、二采区，即完成了2次转向，自2003年以来三采区向东开采至今，2017年6月份上部平盘已接近马关河。

目前安太堡矿剥离全部采用单斗-卡车开采工艺；采煤为单斗-卡车-它移式破碎站-带式输送机-选煤厂半连续开采工艺[2]。采矿设备以及管理方法全部从国外引进，直到目前仍然与国际同行保持同步水平；采矿作业采用斗容为25～58 m3的电铲；运输采用154～290 t的大型矿用卡车；穿孔采用孔径150～270 mm的牙轮钻机；爆破采用非电导爆管雷管逐孔微差台阶深孔爆破工艺。排土及道路工程使用大功率推土机及平路机等。

主要可采煤层为4#煤、9#煤和11#煤。其中4#煤层全矿区发育，为本区主要稳定可采煤层。一般在8～10 m，结构复杂。在矿区四周边缘及芦子沟背斜一带、羊圈断层附近、安太堡区中部和西部，煤层距地表较浅，局部或全部被风化。9#煤层为矿区下组煤主要可采煤层，层位稳定，发育普遍。一般为10～15 m。11#煤层位于太原组底部之主要可采煤层，煤层稳定，发育普遍，除井坪区西部、北部局部尖灭外，一般为3～4 m，结构较为简单，一般1～3个自然分层。

主要地质构造有芦子沟背斜、宁武向斜等。

1）芦子沟背斜。位于范围的西南部，轴向NWSE，东北翼地层倾角7°～10°，西南翼倾角2°左右。在计划剥采区范围内延伸长度1.7 km。该构造形成时，由于受地应力影响造成两边地层的起伏、破碎、断裂。煤层赋存受影响较大。

2）宁武向斜。位于范围东部，轴向大致呈NWSE向，从北至南通过杨井沟村向东南延伸至区外，东北翼较陡，倾角7°～13°，西南翼平缓，倾角1°～ 10°，该向斜为区域性构造。

受背斜区影响，矿坑由近水平煤层变为倾斜煤层，煤层平均倾角12°，局部最大倾角为22°，背斜区地表和基岩下降50～100 m，煤层下降更加剧烈，最深下降超270 m3。

2 问题的提出

自2011年剥离区首先进入芦子沟大背斜区以来，煤层急剧倾斜，最下部的煤层推进度大幅减小，加上内排受边坡稳定性影响，不能及时近距离跟进，剥离物不得不逐年绕远和加高排弃[3]，矿坑南北端帮运输干道为连续大坡道，各种设备在2 km以上的坡道上运行，交通运输安全风险和隐患显著增加[4]，导致安太堡矿运输成本逐年升高,原煤完全成本居高不下。其中2014—2016年自营加权运距分别为2.74、3.62、4.05 km，2014—2016年高差分别为110、163、189 m。2017年运距和高差预计5.45 km和181 m。而安太堡矿从开始进入芦子沟背斜到全部过完约需6～7 a时间，再加上煤炭市场持续低迷，因此企业应千方百计降低开采成本，才能在市场中立于不败之地。现在安太堡矿剥离工作线沿平行于背斜轴的方向布置，沿背斜轴方向坑底工作线长约2 300 m。能否打破常规，优化采运排程序，设法在背斜区排土，从而降低剥离物运距和高差，成为摆在安太堡矿面前的难题。

3 经济工作线长度的确定

依据复杂矿床经济工作线长度确定的优化理论，在完成相同产量的条件下，剥离的主要费用为采掘、排土、运输组成，工作线长度的变化直接影响生产剥采比和剥离的内排运距[5]，按其关系进行优化计算。

经济合理工作线长度应满足下式：

式中：X为经济合理工作线长度，km；H为剥离层厚度，m；β为端帮帮坡角，（°）；θ为煤层倾角，（°）；c1为穿孔爆破、采装、排土费，元/m3；c2为综合运输费，元/m3·km；a为排弃线路系数，取双环时a= 1.0；b为排弃影响距离，取决于端帮运距，km；

式中：ω为工作帮坡角，（°）；α为内排土场帮坡角，（°）；m为坑底安全距离，m；h为煤层厚度，m。

安太堡矿经济合理工作线计算参数见表1。

表1 经济合理工作线计算参数

根据以上参数计算安太堡矿年剥离费用见表2，剥离费用随工作线长度变化的曲线如图1。

表2 安太堡露天矿不同工作线长度时的剥离费用

由图1可以看出，安太堡露天矿合理的工作线长度均为1.0～1.8 km，经济工作线长度均为1.40 km左右。结合安太堡矿的采场和设备布局等实际，确定安太堡矿的经济合理工作线为1.50 km。安太堡矿现有PH2800电铲7台，考虑到工作线需要有穿孔区、待爆区、采装区，电铲的采掘带宽度40 m，台阶高度15 m[6]，PH2800电铲的剥离工作线长需600 m，有PH4100电铲4台，剥离工作线需1 100m，11台新、旧电铲需要的工作线总计8.6 km。矿坑还要有一定的备用工作面，矿坑需要的剥离工作线约12 km。

图1 年剥离费用随工作线长度变化曲线图

如果工作线进一步缩短，腾出的矿坑采空区相对增加，可以大幅增加近距离内排空间，对降低运输成本十分有利。但工作线大幅缩短后，产量规模必将降低。在煤炭市场回暖的情况下，对企业可持续发展不利，且引起设备和人员的大幅波动，将来后续采区的重复剥离量加大。再加上征地搬迁工作严重滞后，北部矿坑没有最终到界，尽管每年延深可增加剥离工作线，一般可延深2～3个台阶，但延深过程相对缓慢，而且实践表明，延深时受地下水和雨季降水的影响很大，倒水和排水也需要占用一定采剥空间。大幅缩短工作线使设备布局十分困难。

4 矿坑的并帮缩界工程

目前，安太堡三采区最上部的1270平盘距离三采区东边界约800 m，再有3 a时间面临向北转向或向东开采进入东露天矿后备区的问题。根据平朔矿区的长远规划，安太堡矿与东露天拟采用换界方案，即安太堡矿突破东界向东开采进入东露天矿后备区，东露天矿继续向西采安太堡矿的扩界区。如果在北部缩界内排，势必在扩界区开采时需剥离大量的重复剥离物。综合安太堡矿和东露天矿的开采进度，预计很快涉及开采重复剥离物的情况，如果沿北帮全压帮排弃的重复剥离量超5 200万m3，2017年由于继续实施倾斜煤层延深与推进的协调开采，煤顶由东向西反向推进的进度有限，一定时期内无法全压帮排弃。

安太堡矿坑南部为安家岭二号井工矿，即南端帮为最终帮，通过缩短矿坑东南部一部分工作线长度，将东南部矿坑各台阶提前并帮靠界800 m，提前采出下部的煤后，腾出的采空区域用于内排，以降低部分物料的运距和高差。东南部缩界方案也涉及到东露天后备区开采重复剥离物的情况，但根据平朔公司长远规划，至少在15 a后，考虑费用的时间价值，明显比北部缩界压帮的方案合理。

安太堡矿从2016年开始在矿坑东南部自上而下并帮缩界，每月安排 2台 PH4100铲和 2台PH2800铲在东南部采掘。2016年完成1 180～1 240 m水平的靠界。预计2017年8月份，缩界区域可延深到1 135 m水平，并同时采出该水平以西的4#、9#、11#煤层，届时便可实施近距离内排。在并帮缩界的同时，东南部移动坑线不断向东移设，逐步靠界，同时与南帮的1405、1375、1360干道建立联系，满足剥离物料到内排的需求，既合理分流，又可减少车流密度。

5 近距离内排规划

当南部延深至1 135 m水平时，且东南角边帮全部到界，具备近距离内排的条件即可实施。同时1 135 m水平以上以西的各煤层抓紧完全采出，在实施近距离内排前，必须现将南部的坑底排水系统向北移设，及时腾出内排空间，东南部近距离排土场排到1 300 m水平可容纳7 562万m3，实方量东南部近距离排土容积见表3。排土时遵循自下而上的原则，先从东帮1180运输干道向西向南排弃，台阶高度45 m，为高段排土台阶，排土过程中需严格遵循相关安全技术措施和规程规定。1180排土台阶的北侧坡底与北部采场坡底线至少保持50 m的安全距离，当1180排土平盘向西南发展到200 m×100 m的空间时，从1195运输道路跟踪排弃1195土场，该土场台阶高15 m。同理，当1210排土平盘向西南发展到200 m×100 m的空间时，从1240运输道路跟踪排弃1240土场。该土场台阶高45 m。1270土场空间发展到一定程度，1300土场可自东向西升坡排

表3 东南部近距离排土容积表

弃，形成整台阶后平排。预计该工程需要约2 a，每年延深2～3个台阶，近距离土场的剥离物料源自采场1060平盘至1255平盘之间南部的剥离物。并帮缩界土场北部到界时，需要同时考虑修筑土场联络道，为今后物料的移运提供运输通道。

6 经济效果分析

2017年8月份以前，矿坑南部4#煤顶以上的剥离物料大都经过南帮 1405、1375道路到内排EX1390、EX1420土场远距离和爬高排弃。这部分剥离物运距在5 km以上，高差在200 m以上。运距远高差大的直接后果是运输成本上升，卡车和电铲的效率降低，卡车轮胎消耗和电阻栅着火故障增加，卡车连续爬坡安全隐患和风险大幅增加[7]。如果实施近距离的内排，卡车的运距和高差则明显降低，油耗大幅下降，卡车台班拉运量大幅上升，电铲的生产效率显著提高，卡车运行环境显著改善，卡车的安全机件故障率必然下降。

实施近距离的内排后，南部的剥离物运距平均可节省4 km，高差可降低200 m。每降低1 km可节省的运输费按1.5元/m3计算，高差每降低100 m可节省的运输费按1.3元/m3计算，近距离土场可节省运输费用65 033万元。

7 结语

安太堡矿建矿以来，在采运排环节和开采工艺上不断优化，使企业取得了较好的经济效果，为地质条件类似的矿山提供了借鉴，连续多年被煤炭行业评为高产高效矿井。露天矿山遇到复杂的地质条件后，面临着生产组织困难、成本上升、生产效率降低等难题，管理技术人员需要勇于创新，打破常规，充分发挥科技第一生产力的作用，进一步优化开采程序和开采工艺，以降低矿山采运排各环节的成本，促进矿山实现安全高效可持续发展。

［1］杨荣新.露天采矿学（下册）［M］．徐州：中国矿业大学出版社，1990.

［2］骆中洲.露天采矿学（上册）［M］.徐州：中国矿业大学出版社，1986.

［3］张瑞新.露天矿复杂地质条件下开拓运输与开采工艺研究［M］.北京：中国矿业大学出版社，2011.

［4］中煤西安设计有限公司.平朔矿区露天矿接续方案研究报告［R］.西安：中煤西安设计有限公司，2015.

【责任编辑：陈 毓】

Discussion on local combined slope shrinkage internal dumping optim ization scheme

XUEWanhai
(Antaibao Open-pit Mine,China Coal Pingshuo Group Co.,Ltd.,Shuozhou 036006,China)

During the mining period of anticline zone,the natural stripping ratio increases,the coal seam propulsive decreases,the coal production scale decreases the magnitude,and the stripping material has the characteristic of the long distance and high elevation difference.Combining with the real-time optimization of mining procedure and the actual mining process,the article minimizes the distance and the elevation difference during anticline zone mining,and discusses the combined slope shrinkage internal dumping optimization scheme.

length of working bench;pit limit shrinkage;internal dumping；transportation distance;elevation difference

TD824

B

1671－9816（2017）09－0056－04

2017-06-20

薛万海（1967—），男，汉族，山西天镇人，高级工程师，1989年毕业于原阜新矿业学院露天开采专业，现在安太堡露天矿930生产班工作。

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.09.014

薛万海.安太堡露天矿局部并帮缩界内排优化方案探讨［J］.露天采矿技术，2017，32（9）：56-58.