露天礦內排期間下部開拓運輸系統范文

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《金屬礦山雜志》2014年第七期

1采區剝離物內排建模

1.1梯形剝離物模型中間橋服務的對象為礦山下部的剝離臺階，根據剝離物的賦存狀態和開采工藝，建立簡單的梯形剝離物模型見圖2，分析中間橋和底部端幫所能運送的剝離總量。

1.2運輸運距模型重心處在采場內建立中間橋，則重心左右剝離物質量分為等量2部分。橋面所在臺階的水平標高為k，則搭橋高度及以下的臺階或者可實現同標高運輸的水平i均可通過橋體，將剝離物運至排土幫。中間橋兩側的剝離物可以走端幫或走中間橋，則將各部分再依據其幾何中點，進行二次劃分，劃分簡圖如圖3所示。

1.3剝離物與橋體的關系中間橋服務對象為下部水平的剝離臺階，即下部水平臺階上的剝離量決定了橋的位置所在。中間搭橋示意圖如圖4所示。為了使運輸系統最優，充分考慮到剝離和橋體搭建的滯后性，將依據剝離臺階的重心所在位置設計中間橋的走形，即中間橋所服務臺階的剝離量決定了“煤鼻子”留設位置。

2實例研究

2.1哈爾烏素露天礦現狀準格爾煤田位于內蒙古自治區鄂爾多斯市準格爾旗東部，哈爾烏素露天礦位于薛家灣鎮。哈爾烏素露天區煤田為30m左右黃土所覆蓋。礦田可采原煤儲量17.3億t，煤層平均厚度為21.01m，全礦平均剝采比為6.626m3/t，設計服務年限79a，目前首采區服務年限32a。目前，首采區設計服務年限已達27a，平均剝采比3.96m3/t，基建工程量86Mm3。哈爾烏素露天區共含煤12層。其中6#煤層為主要可采層，屬較穩定煤層，其自然厚度0.40～39.54m，平均為21.01m，6#煤層儲量占露天礦全部可采儲量的80%。哈爾烏素露天礦是大型露天煤礦，產量達3000萬t/a，推進速度為400m/a，首采區采取沿走向布置工作線，全區自西向東縱采。工作線長度L為2000m。上部剝離臺階采取水平分層，多排孔微差爆破。由于煤層在走向方向上與水平面有走向交角的存在，隨著采掘深度的增加，勢必會造成南北端幫較大落差，在煤層上方產生“梯形”剝離體，如圖5所示。

2.2中間邁步式搭橋內排方案(1)開采方法研究。在采掘過程中，將南北端幫6#煤層頂板附近所有臺階都實行靠幫開采。下部水平通過端幫雙環搭配中間橋運送剝離物。露天礦覆蓋層北端幫薄，南端幫厚，坑底南北高差達60m，坑底坡度達3%。在北端幫所鋪設的運輸水平自下向上有+1085、+1100、+1130m水平。在南段幫所鋪設的運輸水平自下向上有+1010、+1060、+1100m水平。(2)橋的位置和形狀。根據橋體所服務的剝離臺階建立梯形模型如圖6所示。以其重心為起點，6#煤預留“煤鼻子”作為引橋，垂直于排土工作線，跨采空區搭橋。隨著工作線的推進，再次根據重心位置確定橋體向前推移位置。橋面寬度設計為50m，搭在6#煤頂板上，橋面水平標高為+1010m。可服務剝離臺階標高有+985、+1000、+1015、+1030m。將數據代入梯形模型，其中工作線長度2000m，中間橋所能服務北端幫高度40m，南端幫高度100m，走向交角ψ=1.72°，正切值為0.03。經計算可得，d=1143m，l2+l3=1000m，該梯形的面積SZ=14000m2，陰影面積為中間橋所運送面積SY=72145.5m2。綜合公式(1)～(11)，得中間橋1a的運量W=29Mm3，占下部剝離量的51.5%(＞50%)。若按幾何中心搭橋，則走中間橋運送面積S''''=7000m2，僅占下部剝離量的50%。(3)中間搭橋重復剝離主要發生在煤巖接觸面部位。為了將“煤鼻子”的殘余煤量進行回收，必須斷橋采掘。首先露煤，再完全沿著煤面進行采掘殘煤。經計算，接觸部位的重復量為8.2萬m3/(次•橋)。按重復剝離單位成本3.0m3/元，橋體每年移設3次，需增加的露煤重復剝離成本為73.8萬元/a。(4)中間搭橋方式與端幫雙環內排相比，可減少靠近工作線中部剝離量平面運距1000m，運距銳減。影響WK55電鏟作業的效益損失按每年的重復剝離量為24.6萬m3考慮，則要損失0.26月/臺的設備生產能力。將此生產能力按生產剝采比3.96m3/t進行折算，則每年要少生產6.212萬t煤。按每噸煤60元收益考慮，每年的效益損失為372.72萬元。合計經濟損失為446.52萬元/a。(5)橋體最佳移設步距。在實現完全內排的露天礦中，排土工作幫底部工作線和采掘工作幫底部工作線基本平行，移設步距基本穩定。

2.3哈礦橋體滯后現象哈爾烏素露天礦已將這種方法應用在生產實踐中。隨著工作線的推進和中間橋的移設，橋體整體向東移動。由于重心對橋起始位置的決定影響，重心偏移，使得橋體向南移動。兩橋近似平行，中間差距為70m左右(如圖7所示)，進一步減少了汽車的運輸功，減少了運輸成本。

2.4整體經濟效益分析(1)根據邊坡穩定性系數的計算分析，可得:南北端幫均可實現下部水平靠幫開采，可采出更多的煤炭資源，增大經濟效益。下部水平開拓運輸系統由端幫雙環搭配中間橋運輸剝離物料。端幫雙環內排、端幫雙環配合中心中間橋和端幫雙環配合重心中間橋各項參數比較如表1所示。(2)由于在采場中部采用重心處邁步式搭橋內排，減少工作線中間部分內排運輸功29Mm3•km，與原設計端幫環線相比每年可節約5800萬元運費。(3)露天煤礦端幫實行靠幫開采，采場中部采用重心處邁步式搭橋內排，整體經濟效益為8252.2萬元/a。

3結論

(1)近水平露天礦中，傳統運輸方法為端幫雙環內排運輸工藝。但隨著大型露天礦的涌現，工作線長，造成了繞端幫運輸運距長，運輸成本大。本研究中，由于傾角和走向交角的存在，勢必會在煤巖接觸面處附近剝離臺階產生“梯形”剝離體。為了實現更多的剝離物經中間橋運輸，減少運輸成本，建立了“梯形剝離臺階”模型，計算出剝離量的重心所在位置，并搭建以重心為起點的中間橋。由此，可以克服內排時期端幫運輸通路壓煤的難題，增加幫坡角，降低生產剝離比，減少汽車運輸功，增加企業的經濟效益。(2)以哈爾烏素露天礦為實例，采用端幫雙環搭配“重心”中間搭內排的運輸工藝，在6煤頂板搭橋，可減少工作線中間部分內排運輸功29Mm3•km，同時可以實現靠幫開采，每年多采出煤炭44.8萬t，整體經濟效益每年增加8252.2萬元。(3)在大型近水平露天礦中，走向交角的存在易造成剝離重心的偏移。在剝離重心處搭建中間橋，對礦山具有重大經濟效益。隨著走向交角的改變，中間橋的位置也發生變換，能在最大程度上節省汽車運距，減少運輸成本。

作者：鈕景付楊飛周偉張緒杰單位：哈爾烏素露天煤礦中國礦業大學礦業工程學院煤炭資源與安全開采國家重點實驗室