露天矿内排期间下部开拓运输系统范文

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《金属矿山杂志》2014年第七期

1采区剥离物内排建模

1.1梯形剥离物模型中间桥服务的对象为矿山下部的剥离台阶，根据剥离物的赋存状态和开采工艺，建立简单的梯形剥离物模型见图2，分析中间桥和底部端帮所能运送的剥离总量。

1.2运输运距模型重心处在采场内建立中间桥，则重心左右剥离物质量分为等量2部分。桥面所在台阶的水平标高为k，则搭桥高度及以下的台阶或者可实现同标高运输的水平i均可通过桥体，将剥离物运至排土帮。中间桥两侧的剥离物可以走端帮或走中间桥，则将各部分再依据其几何中点，进行二次划分，划分简图如图3所示。

1.3剥离物与桥体的关系中间桥服务对象为下部水平的剥离台阶，即下部水平台阶上的剥离量决定了桥的位置所在。中间搭桥示意图如图4所示。为了使运输系统最优，充分考虑到剥离和桥体搭建的滞后性，将依据剥离台阶的重心所在位置设计中间桥的走形，即中间桥所服务台阶的剥离量决定了“煤鼻子”留设位置。

2实例研究

2.1哈尔乌素露天矿现状准格尔煤田位于内蒙古自治区鄂尔多斯市准格尔旗东部，哈尔乌素露天矿位于薛家湾镇。哈尔乌素露天区煤田为30m左右黄土所覆盖。矿田可采原煤储量17.3亿t，煤层平均厚度为21.01m，全矿平均剥采比为6.626m3/t，设计服务年限79a，目前首采区服务年限32a。目前，首采区设计服务年限已达27a，平均剥采比3.96m3/t，基建工程量86Mm3。哈尔乌素露天区共含煤12层。其中6#煤层为主要可采层，属较稳定煤层，其自然厚度0.40～39.54m，平均为21.01m，6#煤层储量占露天矿全部可采储量的80%。哈尔乌素露天矿是大型露天煤矿，产量达3000万t/a，推进速度为400m/a，首采区采取沿走向布置工作线，全区自西向东纵采。工作线长度L为2000m。上部剥离台阶采取水平分层，多排孔微差爆破。由于煤层在走向方向上与水平面有走向交角的存在，随着采掘深度的增加，势必会造成南北端帮较大落差，在煤层上方产生“梯形”剥离体，如图5所示。

2.2中间迈步式搭桥内排方案(1)开采方法研究。在采掘过程中，将南北端帮6#煤层顶板附近所有台阶都实行靠帮开采。下部水平通过端帮双环搭配中间桥运送剥离物。露天矿覆盖层北端帮薄，南端帮厚，坑底南北高差达60m，坑底坡度达3%。在北端帮所铺设的运输水平自下向上有+1085、+1100、+1130m水平。在南段帮所铺设的运输水平自下向上有+1010、+1060、+1100m水平。(2)桥的位置和形状。根据桥体所服务的剥离台阶建立梯形模型如图6所示。以其重心为起点，6#煤预留“煤鼻子”作为引桥，垂直于排土工作线，跨采空区搭桥。随着工作线的推进，再次根据重心位置确定桥体向前推移位置。桥面宽度设计为50m，搭在6#煤顶板上，桥面水平标高为+1010m。可服务剥离台阶标高有+985、+1000、+1015、+1030m。将数据代入梯形模型，其中工作线长度2000m，中间桥所能服务北端帮高度40m，南端帮高度100m，走向交角ψ=1.72°，正切值为0.03。经计算可得，d=1143m，l2+l3=1000m，该梯形的面积SZ=14000m2，阴影面积为中间桥所运送面积SY=72145.5m2。综合公式(1)～(11)，得中间桥1a的运量W=29Mm3，占下部剥离量的51.5%(＞50%)。若按几何中心搭桥，则走中间桥运送面积S''''=7000m2，仅占下部剥离量的50%。(3)中间搭桥重复剥离主要发生在煤岩接触面部位。为了将“煤鼻子”的残余煤量进行回收，必须断桥采掘。首先露煤，再完全沿着煤面进行采掘残煤。经计算，接触部位的重复量为8.2万m3/(次•桥)。按重复剥离单位成本3.0m3/元，桥体每年移设3次，需增加的露煤重复剥离成本为73.8万元/a。(4)中间搭桥方式与端帮双环内排相比，可减少靠近工作线中部剥离量平面运距1000m，运距锐减。影响WK55电铲作业的效益损失按每年的重复剥离量为24.6万m3考虑，则要损失0.26月/台的设备生产能力。将此生产能力按生产剥采比3.96m3/t进行折算，则每年要少生产6.212万t煤。按每吨煤60元收益考虑，每年的效益损失为372.72万元。合计经济损失为446.52万元/a。(5)桥体最佳移设步距。在实现完全内排的露天矿中，排土工作帮底部工作线和采掘工作帮底部工作线基本平行，移设步距基本稳定。

2.3哈矿桥体滞后现象哈尔乌素露天矿已将这种方法应用在生产实践中。随着工作线的推进和中间桥的移设，桥体整体向东移动。由于重心对桥起始位置的决定影响，重心偏移，使得桥体向南移动。两桥近似平行，中间差距为70m左右(如图7所示)，进一步减少了汽车的运输功，减少了运输成本。

2.4整体经济效益分析(1)根据边坡稳定性系数的计算分析，可得:南北端帮均可实现下部水平靠帮开采，可采出更多的煤炭资源，增大经济效益。下部水平开拓运输系统由端帮双环搭配中间桥运输剥离物料。端帮双环内排、端帮双环配合中心中间桥和端帮双环配合重心中间桥各项参数比较如表1所示。(2)由于在采场中部采用重心处迈步式搭桥内排，减少工作线中间部分内排运输功29Mm3•km，与原设计端帮环线相比每年可节约5800万元运费。(3)露天煤矿端帮实行靠帮开采，采场中部采用重心处迈步式搭桥内排，整体经济效益为8252.2万元/a。

3结论

(1)近水平露天矿中，传统运输方法为端帮双环内排运输工艺。但随着大型露天矿的涌现，工作线长，造成了绕端帮运输运距长，运输成本大。本研究中，由于倾角和走向交角的存在，势必会在煤岩接触面处附近剥离台阶产生“梯形”剥离体。为了实现更多的剥离物经中间桥运输，减少运输成本，建立了“梯形剥离台阶”模型，计算出剥离量的重心所在位置，并搭建以重心为起点的中间桥。由此，可以克服内排时期端帮运输通路压煤的难题，增加帮坡角，降低生产剥离比，减少汽车运输功，增加企业的经济效益。(2)以哈尔乌素露天矿为实例，采用端帮双环搭配“重心”中间搭内排的运输工艺，在6煤顶板搭桥，可减少工作线中间部分内排运输功29Mm3•km，同时可以实现靠帮开采，每年多采出煤炭44.8万t，整体经济效益每年增加8252.2万元。(3)在大型近水平露天矿中，走向交角的存在易造成剥离重心的偏移。在剥离重心处搭建中间桥，对矿山具有重大经济效益。随着走向交角的改变，中间桥的位置也发生变换，能在最大程度上节省汽车运距，减少运输成本。

作者：钮景付杨飞周伟张绪杰单位：哈尔乌素露天煤矿中国矿业大学矿业工程学院煤炭资源与安全开采国家重点实验室