薛萬(wàn)海

（中煤平朔集團(tuán)有限公司 安太堡露天礦，山西 朔州 036006）

安太堡露天礦位于山西省寧武煤田的北部，是在平朔礦區(qū)西北部最早建成的露天礦山，于1987年9月建成投產(chǎn)，為節(jié)省初期投資和降低開(kāi)采成本，建礦以來(lái)一直實(shí)行分區(qū)開(kāi)采[1]。采區(qū)轉(zhuǎn)向時(shí)采用直角和扇形轉(zhuǎn)向，已完成2個(gè)采區(qū)的開(kāi)采，自2003年開(kāi)始在三采區(qū)開(kāi)采。剝離采用單斗-卡車間斷工藝，采煤采用單斗-卡車-移動(dòng)式破碎機(jī)-帶式輸送系統(tǒng)-選煤廠的半連續(xù)開(kāi)采工藝[2]。主要可采煤層有4＃煤、9＃煤和11＃煤。

安太堡礦遇到蘆子溝背斜以來(lái)，由于煤層傾角大幅增加，由原來(lái)的3°～10°增加為11°～22°，3層煤層同時(shí)普遍下降270 m左右，黃土及巖石的覆蓋層變厚，自然剝采比相應(yīng)增加，全礦剝離物和原煤的加權(quán)運(yùn)距、高差都大幅上升[3]，采掘和運(yùn)輸設(shè)備的能力下降嚴(yán)重，生產(chǎn)組織非常困難，原煤產(chǎn)量過(guò)背斜期間持續(xù)低迷，導(dǎo)致礦坑剝離欠量情況加劇，礦坑露煤時(shí)常處于即露即采狀態(tài)，采露煤接續(xù)困難。為緩解背斜及剝離欠量帶來(lái)的系列不利影響，有必要對(duì)陡幫開(kāi)采方案進(jìn)行探討。

1 采區(qū)基本情況

目前采區(qū)工作幫坡角8.5°，土場(chǎng)幫坡角13°，北端幫幫坡角21°，南端幫幫坡角20°。受北嶺村購(gòu)地滯后的影響，礦坑剝離工作線長(zhǎng)度為1.3 km，采煤工作線長(zhǎng)度為1.2 km。目前露煤量為130萬(wàn)t，可采量為95萬(wàn)t。共有內(nèi)排土場(chǎng)（1300～1450平盤）、南部縮界土場(chǎng)（1180～1330平盤）、南寺溝土場(chǎng)（1450～1510平盤）3個(gè)排土場(chǎng)。北部物料主要通過(guò)端幫道路（共5條）及土場(chǎng)折返到達(dá)土場(chǎng)，南部年底形成南幫3號(hào)路、南幫1號(hào)路和并幫區(qū)1180干線。原煤經(jīng)坑下及中部土場(chǎng)折返到上部，經(jīng)原煤運(yùn)輸?shù)缆返竭_(dá)破碎口和1420煤堆。本礦剝離欠量情況為：

1）為滿足9＃煤的生產(chǎn)任務(wù)，在9＃煤頂板拉溝，提前將9＃煤采出。4＃煤開(kāi)采水平和9＃煤開(kāi)采為同一個(gè)水平，均為1 135 m水平?；謴?fù)4＃煤和9＃煤之間的2個(gè)臺(tái)階，剝離欠量為3 594萬(wàn)m3。

2）由于北嶺村征地原因，北幫不能及時(shí)擴(kuò)幫靠界，擴(kuò)幫量為2 764萬(wàn)m3。

綜合以上2方面考慮，安太堡礦剝離量欠量為6 358萬(wàn)m3。剝離欠量情況見(jiàn)表1。

表1 剝離欠量情況

由于安太堡礦過(guò)蘆子溝背斜時(shí)只有南寺溝外排土場(chǎng)1450、1480、1510 3個(gè)排土平盤可排棄，再無(wú)合適的位置購(gòu)置新的外排土場(chǎng)，絕大多數(shù)剝離物均需運(yùn)往背斜前的內(nèi)排土場(chǎng)排棄，剝離物運(yùn)距大、提升高度大，因而對(duì)陡幫開(kāi)采方案進(jìn)行探討，以減少過(guò)背斜時(shí)的剝離量，從而達(dá)到優(yōu)化開(kāi)采方案和均衡生產(chǎn)剝采比的目的。

2 陡幫開(kāi)采方案

2.1 陡幫開(kāi)采方案組合

使用陡幫開(kāi)采，就是通過(guò)增大工作幫坡角來(lái)減少剝離量，降低開(kāi)采成本，增加露煤量[4-6]。結(jié)合煤礦實(shí)際，陡幫開(kāi)采方案以全長(zhǎng)工作線為例，按工作幫正常布置、每2個(gè)剝離臺(tái)階合并、每3個(gè)剝離臺(tái)階合并、每4個(gè)剝離臺(tái)階合并等4種不同組合臺(tái)階方案進(jìn)行對(duì)比分析。同時(shí)為了更準(zhǔn)確的計(jì)算過(guò)背斜期間剝離物的排棄運(yùn)距及提升高度，將過(guò)背斜實(shí)現(xiàn)全內(nèi)排之前的采掘工作區(qū)域劃分為4個(gè)階段。由于過(guò)背斜期間年下延臺(tái)階數(shù)最大3個(gè)，故劃分階段的標(biāo)準(zhǔn)為每個(gè)階段下延3個(gè)臺(tái)階直到過(guò)背斜實(shí)現(xiàn)全內(nèi)排。由于過(guò)背斜時(shí)可以釋放出較大的內(nèi)排空間，故方案認(rèn)為過(guò)背斜時(shí)即可達(dá)到全內(nèi)排條件。經(jīng)過(guò)模型計(jì)算，當(dāng)采場(chǎng)完全過(guò)背斜時(shí)，按照內(nèi)排標(biāo)高1 270 m、排土工作幫坡角14°計(jì)算，背斜影響區(qū)釋放出的排棄空間有6 751萬(wàn)m3，按照松散系數(shù)1.15計(jì)算，可排棄剝離量5 800萬(wàn)m3。

2.2 方案技術(shù)指標(biāo)

安太堡直接向東推進(jìn)至東露天境界內(nèi)，剝離及采煤最小工作平盤取80 m。不進(jìn)行臺(tái)階合并計(jì)算采掘工作幫坡角約9.9°，合并2臺(tái)階計(jì)算采掘工作幫坡角約13.31°，合并3臺(tái)階計(jì)算采掘工作幫坡角約15.39°，合并4臺(tái)階計(jì)算采掘工作幫坡角約16.39°。背斜上排土工作幫角度按14°計(jì)算，排土終幫角度按22°計(jì)算。過(guò)背斜各方案各階段技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2。

2.3 方案經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

采、運(yùn)、排和征地是露天礦生產(chǎn)成本的主要組成部分，設(shè)計(jì)主要就這4個(gè)方面對(duì)各推薦方案的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行分析。

開(kāi)采成本主要包括穿爆和采裝，根據(jù)安太堡露天礦生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，巖石的穿爆單價(jià)為2.9元/m3，采裝單價(jià)松散層為2.25元/m3，巖石為2.5元/m3。運(yùn)輸成本受運(yùn)輸方式以及運(yùn)距和提升高度的影響，統(tǒng)一按照汽車運(yùn)輸方式計(jì)算。排土成本受排土方式和輔助作業(yè)設(shè)備類型的影響，統(tǒng)一按照汽車排棄、推土機(jī)輔助作業(yè)的方式計(jì)算，安太堡的排土成本約為0.7元/m3。征地成本按照統(tǒng)一價(jià)格150萬(wàn)元/hm2計(jì)算。

方案各組合分階段生產(chǎn)成本計(jì)算見(jiàn)表3。

2.4 陡幫開(kāi)采方案分析

由不同陡幫組合方案的計(jì)算對(duì)比發(fā)現(xiàn)，采取陡幫的技術(shù)手段起到了優(yōu)化的作用。

1）有利影響。減小了剝離物排棄的綜合運(yùn)距，降低了噸煤生產(chǎn)成本。

2）不利影響。不同程度的限制了生產(chǎn)規(guī)模，不能降低剝離物排棄的提升高度。

Aim: to make a comparative assessment of the use of various reconstructive methods in the atherosclerotic lesions of the femoro-tibial segment.

由各方案組合技術(shù)指標(biāo)表可知陡幫方案過(guò)背斜后進(jìn)行緩幫的緩幫量分別為：合并2臺(tái)階方案為5 741萬(wàn)m3，合并3臺(tái)階方案為7 668萬(wàn)m3，合并4臺(tái)階方案8 621萬(wàn)m3。而過(guò)背斜時(shí)背斜影響區(qū)釋放的內(nèi)排空間可排棄剝離量5 870萬(wàn)m3，可知合并2臺(tái)階方案過(guò)背斜后進(jìn)行緩幫時(shí)不存在內(nèi)排空間不夠的問(wèn)題，合并3臺(tái)階、4臺(tái)階方案過(guò)背斜時(shí)直接進(jìn)行緩幫則內(nèi)排空間不足[7]。

表2 各方案過(guò)背斜時(shí)技術(shù)指標(biāo)

表3 各方案過(guò)背斜時(shí)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)表

由于過(guò)背斜期間是礦山生產(chǎn)的困難時(shí)期，可適當(dāng)降低礦山的生產(chǎn)規(guī)模能力，從經(jīng)濟(jì)最優(yōu)的角度出發(fā)，結(jié)合內(nèi)排空間的發(fā)展趨勢(shì)，綜合以上分析，具體陡幫開(kāi)采方案應(yīng)采用合并2臺(tái)階方案。2臺(tái)階方案自然生產(chǎn)剝采比及均衡結(jié)果如圖1。

2.5 開(kāi)采規(guī)模論證

由于本方案繼續(xù)向東推進(jìn)會(huì)立刻遇到蘆子溝背斜，煤層埋深隨開(kāi)采推進(jìn)逐漸變大，開(kāi)采的推進(jìn)速度以及生產(chǎn)能力同時(shí)受到采場(chǎng)向下延伸的速度和礦山設(shè)備的剝挖能力兩方面的限制。煤層急劇下傾，下延速度將嚴(yán)重制約生產(chǎn)規(guī)模，當(dāng)采場(chǎng)延深到蘆子溝背斜以下，繼續(xù)向東推進(jìn)時(shí)采場(chǎng)底板起伏較小，規(guī)模將主要受設(shè)備能力的限制。

就采場(chǎng)下延速度和礦山設(shè)備能力2個(gè)方面對(duì)礦山的規(guī)模進(jìn)行論證。

圖1 自然剝采比及均衡結(jié)果

2.5.1 下延速度對(duì)規(guī)模的限制

采場(chǎng)的下延速度主要由下延掘溝設(shè)備的能力、數(shù)量以及下延工程量決定。根據(jù)安太堡露天礦的實(shí)際生產(chǎn)情況，掘溝設(shè)備為PH2800XP電鏟，臺(tái)年裝載能力5.4 Mm3/（臺(tái)·a）。由于背斜區(qū)域煤層傾角較大，首采區(qū)背斜區(qū)段煤層傾角經(jīng)測(cè)算平均為11.5°，電鏟作業(yè)時(shí)能力必然有所下降。電鏟在背斜段掘溝能力計(jì)算示意圖如2。

圖2 電鏟在背斜區(qū)段掘溝能力計(jì)算示意圖

綜合區(qū)域一、區(qū)域二計(jì)算，電鏟在背斜區(qū)段掘溝時(shí)的實(shí)際能力系數(shù)Q為：

式中：S1為區(qū)域1的面積；S2為區(qū)域2的面積；Q1為區(qū)域1的能力系數(shù)；Q2為區(qū)域2的能力系數(shù)。

經(jīng)計(jì)算Q=85.9%。掘溝設(shè)備的數(shù)量主要由電鏟的最小工作線長(zhǎng)度和實(shí)際掘溝工作線決定。PH2800XP電鏟的年能力為540萬(wàn)m3／a。作業(yè)分區(qū)為采裝、待爆、穿孔3個(gè)區(qū)。采掘帶寬度為40 m，臺(tái)階高度為15 m，每一區(qū)按照挖掘機(jī)10 d爆破量來(lái)確定，則計(jì)算挖掘機(jī)的工作線長(zhǎng)度為1 000 m。

根據(jù)所得的電鏟能力及工作線長(zhǎng)度，再計(jì)算出每下延1個(gè)臺(tái)階的出入溝及開(kāi)段溝工程量，就可計(jì)算出每個(gè)臺(tái)階的下延速度。

此方案每年可以下延的臺(tái)階數(shù)量平均為2.64個(gè)，通過(guò)分析過(guò)背斜期間各個(gè)臺(tái)階的下延速度可知，從1 195 m水平降深到1 075 m水平這8個(gè)臺(tái)階的下延速度受背斜影響最大，該階段每個(gè)臺(tái)階下延需要的時(shí)間都超過(guò)4個(gè)月，年下延臺(tái)階數(shù)小于3個(gè)。故按照工作幫坡角計(jì)算該區(qū)段年降深的出煤量就能確定出下延速度對(duì)開(kāi)采規(guī)模的限制，過(guò)背斜時(shí)按照3個(gè)臺(tái)階的下延速度的下延，每3個(gè)臺(tái)階下延的出煤量見(jiàn)表4，陡幫方案能力及過(guò)背斜時(shí)間計(jì)算見(jiàn)表5。

由上表可知合并2臺(tái)階方案的受限最大規(guī)?？蛇_(dá)16.36 Mt／a。

表4 3個(gè)臺(tái)階下延水平速度計(jì)算表

表5 陡幫方案能力及過(guò)背斜時(shí)間計(jì)算

2.5.2 設(shè)備能力對(duì)規(guī)模的限制

根據(jù)安太堡生產(chǎn)現(xiàn)狀，安太堡露天礦穿孔設(shè)備在用14臺(tái)，DMH90鉆機(jī)8臺(tái)，CDM75E電鉆機(jī)1臺(tái)，DML油鉆機(jī)1臺(tái)，D245S鉆機(jī)臺(tái)，外包小鉆4臺(tái)，自營(yíng)采裝設(shè)備在用12臺(tái)，運(yùn)輸設(shè)備在用98臺(tái)，PH2800XP7臺(tái)，994前裝機(jī)1臺(tái)，685E卡車11臺(tái)，730E卡車27臺(tái)，789C卡車9臺(tái)，R190卡車11臺(tái)；PH4100XPC電鏟4臺(tái)，還有與之配套的930E卡車40臺(tái)。

根據(jù)安太堡礦提供的數(shù)據(jù)，根據(jù)安太堡礦提供的數(shù)據(jù)，截止2014年9月份，安太堡自營(yíng)設(shè)備的年穿爆能力約為144.30 m3，年采裝能力約為128.00 Mm3，年運(yùn)輸能力在運(yùn)距2.61 km、提升高度103 m的情況下約為120.26 Mm3。

由于受運(yùn)距及提升高度變化的影響，年運(yùn)輸能力受到影響較大。方案平均運(yùn)距為5.02 km、提升高度229.30 m，故較2014年運(yùn)輸能力平均將下降約50%。故年運(yùn)輸能力平均為6 000萬(wàn)m3。

由于一定程度的運(yùn)輸能力不足可以通過(guò)外包的途徑解決，故設(shè)備對(duì)開(kāi)采規(guī)模的限制優(yōu)先考慮穿爆能力和采裝能力。安太堡的采裝能力小于穿爆能力，故優(yōu)先計(jì)算年采裝能力下的開(kāi)采規(guī)模。

由方案的剝采比均衡結(jié)果圖可知經(jīng)過(guò)均衡后正常生產(chǎn)時(shí)期的最大剝采比為6.91 m3/t。又剝離量中的巖石屬于自營(yíng)剝離，而松散層則外包處理，按照均衡剝采比6.91 m3/t，則有：

式中：Y為最大生產(chǎn)規(guī)模，Mm3/a；Qb為2014年自營(yíng)和外包采裝設(shè)備的年能力，取128 Mm3／a。

計(jì)算得最大生產(chǎn)規(guī)模為Y=16.95 Mm3／a。

由下延速度對(duì)規(guī)模的限制和設(shè)備能力對(duì)規(guī)模的限制2方面進(jìn)行計(jì)算論證，可本方案生產(chǎn)規(guī)模受下延的速度影響超過(guò)受設(shè)備能力的影響，最大規(guī)模為16.95 Mt／a。

安太堡現(xiàn)處于過(guò)背斜區(qū)最困難期間，在此期間補(bǔ)欠量需增加大量礦用自卸卡車及采裝設(shè)備，同時(shí)土場(chǎng)空間將進(jìn)一步緊張，生產(chǎn)成本增加。因此不太現(xiàn)實(shí)，計(jì)劃剝離欠量在4＃煤走平后，在2020年開(kāi)始開(kāi)始均衡前期的剝離欠量[8]。2019年欠剝離1 300萬(wàn)m3；2020年補(bǔ)剝離180萬(wàn)m3；2021年補(bǔ)剝離583萬(wàn)m3；2022年補(bǔ)剝離3 450萬(wàn)m3；2023年補(bǔ)剝離2 145萬(wàn)m3。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)組合臺(tái)階法在安太堡露天礦的應(yīng)用探討，可以看出在覆蓋層剝離量和自然剝采比較大的礦山生產(chǎn)時(shí)期，通過(guò)在礦坑采用陡幫開(kāi)采方式，一定時(shí)期內(nèi)也可以提高礦山的原煤生產(chǎn)能力，確保原煤產(chǎn)量較穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)接續(xù)。采用陡幫開(kāi)采是緩解礦山特殊開(kāi)采時(shí)期成本高、解決內(nèi)排空間不足和降低剝采比的有效措施。