繆占偉，祁利民

（扎魯特旗扎哈淖爾煤業(yè)公司，內蒙古 霍林郭勒 029100）

扎魯特旗扎哈淖爾煤業(yè)有限公司扎哈淖爾露天煤礦（簡稱“扎礦”）屬于霍林河煤田二號露天采區(qū)，距霍林河煤業(yè)集團有限責任公司所在地霍林郭勒市15 km。煤田整體呈東西走向，東西長13.27 km，南北寬1.15～3.58 km，礦區(qū)面積30.517 7 km2，礦區(qū)位于內蒙古自治區(qū)通遼市西北端，在霍林郭勒市和扎魯特旗境內。南鄰赤峰市的阿魯科爾沁旗，西北與錫林郭勒盟東烏珠穆沁旗相連。煤田東北自包爾呼吉起，西南至沙爾哈達止，長60 km，寬約7～10 km，呈北東-南西條帶狀展布。

結合扎礦實際生產情況，輪斗系統(tǒng)布置在地表以下第1個臺階進行表土的剝離，系統(tǒng)設計能力為5.0 Mm3/a，由于北推上部臺階逐漸靠幫輪斗系統(tǒng)工作面帶式輸送機已推進至北幫地表境界線位置，亟需對系統(tǒng)移設后的布置方案進行研究，為輪斗系統(tǒng)的移設做好準備。

針對輪斗系統(tǒng)平面布置進行多方案對比，同時考慮輪斗系統(tǒng)布置方案對輪斗系統(tǒng)運行及對下部剝離臺階推進的影響、工期要求及投資等因素，通過技術和經(jīng)濟2方面對比給出輪斗系統(tǒng)移設的推薦方案，保證輪斗系統(tǒng)穩(wěn)定運行及推進方向的平穩(wěn)過渡。

1 設計原則及工作方式

1.1 設計原則

設計原則為：①本次輪斗連續(xù)系統(tǒng)移設改造工程要求盡量工期短、投資小，避免重復建設[1-2]；②移設后的作業(yè)方式與工況條件應有利于輪斗連續(xù)系統(tǒng)效率提升[3-5]；③輪斗連續(xù)系統(tǒng)移設改造后既應避免超前剝離，又要避免對下部單斗-卡車作業(yè)位置產生影響[6-7]；④輪斗連續(xù)系統(tǒng)移設改造后的服務年限長，與下部采場推進強度協(xié)調統(tǒng)一，避免頻繁移設[8-9]。

1.2 工作方式

輪斗挖掘機采用傾斜分層完成這部分表土采掘量，根據(jù)設備作業(yè)規(guī)格，臺階高度確定為27 m，采掘帶寬度為50 m，臺階坡面角50°。輪斗挖掘機最小作業(yè)平盤寬度為140 m。輪斗挖掘機采用端工作面方式采掘，采用單一主臺階，為減少帶式輸送機移動次數(shù)，可利用連接橋形成2采1移。每年1—3月份輪斗系統(tǒng)停止作業(yè)。現(xiàn)有輪斗系統(tǒng)布置在＋920 m水平上，＋920 m水平上部剝離物由輪斗采裝，剩余剝離工程量由單斗-卡車間斷工藝輔助完成。輪斗挖掘機作業(yè)平盤寬度組成要素如圖1。

圖1 輪斗挖掘機作業(yè)平盤寬度組成要素

現(xiàn)有輪斗系統(tǒng)布置在工作幫最上部，開采上部部分松散層剝離物，開采臺階高度27 m，采用單一主采臺階形式，剩余部分松散層剝離物由單斗-卡車間斷工藝完成?？紤]到轉向過后松散層剝離量增大，需增加設備工藝系統(tǒng)的要求，避免與新增工藝系統(tǒng)產生交叉現(xiàn)象，既有輪斗系統(tǒng)還應服務于最上部水平，新增工藝和設備布置于其下方，即完成地表以下27 m范圍內工程量，根據(jù)轉向完成后最上部剝離臺階位置確定既有輪斗系統(tǒng)布置在＋920 m水平。

2 移設方案

根據(jù)輪斗系統(tǒng)長遠規(guī)劃方案，后期輪斗系統(tǒng)移設后L114工作幫膠帶布置在采礦境界內北側，延采場地表境界向西推進。在保證設備效率發(fā)揮，避免投資浪費的前提下，使輪斗系統(tǒng)工作幫膠帶由現(xiàn)狀平穩(wěn)過渡至后期規(guī)劃位置，對輪斗系統(tǒng)過渡期間作業(yè)方式進行研究。通過方案比選的方式，共制定3種輪斗系統(tǒng)移設方案。

2.1 方案1—扇形移設布置

輪斗系統(tǒng)可移設膠帶L114機頭位置推至地表境界后，系統(tǒng)將無法繼續(xù)進行矩形推進移設，若改成扇形移設需要對L114膠帶與L115膠帶之間轉載站的設備結構進行改造，結合地表境界線的特點，在西側地表境界拐點位置設置移設后轉載站，新建L115膠帶機道，實現(xiàn)L114工作幫膠帶扇形移設的目的。方案1扇形移設布置方案示意圖如圖2。

圖2 方案1扇形移設布置方案示意圖

為滿足工作幫L114膠帶實現(xiàn)扇形移設的要求，需要對輪斗系統(tǒng)進行以下幾方面改造：

1）需在地表境界以外新建L115膠帶機道，新建L115膠帶長度470 m，L115機尾轉載站標高＋920 m水平，L115機頭轉載站標高＋941 m水平，提升高度21米，L115膠帶爬坡角度5.5%，滿足膠帶坡度限制10.8°的要求，工程量預計28萬m3。

2）為滿足L114與L115膠帶布設時轉角要求，對L114膠帶與L115膠帶之間轉載站進行改造，使其可以旋轉，改造后轉載站能夠適應扇形與平行移設2種移設方式，作業(yè)更靈活?？紤]到L116膠帶在現(xiàn)有驅動能力條件下，長度可增加100 m。轉載站改造及新建115機道完成后對系統(tǒng)進行移設，預計移設工程總工期為5個月，工程量總計28萬m3。

2.2 方案2—平行移設境界內布置

保持2018年9月份L114膠帶停止作業(yè)時的位置不變，將原L115機道平行向西移設990 m，新建L115膠帶機道，長度930 m，將L114膠帶與L115膠帶垂直搭接，將搭接點以東的膠帶機移設至西部，保持L114膠帶機1 350 m長度不變。L115膠帶機頭與L116膠帶機尾之間新增1條L116－1膠帶機，長度1 230 m，結合長遠規(guī)劃，為下次移設做準備，方案2平行移設境界內布置方案如圖3。

為滿足輪斗系統(tǒng)平行移設的要求，需進行以下幾方面工作：

1）在西側新建L115機道，長度930 m，工程量預計230萬m3，其中包含北側境界外L115機道中的坡道工程量，預計20萬m3。新建L115機頭轉載站標高＋940 m水平，機尾轉載站標高＋920 m水平，按照L115膠帶10.8°爬坡角度設計，L115膠帶爬坡段長度185 m，水平段長度745 m。

圖3 方案2平行移設境界內布置方案示意圖

2）為保證移設后L114膠帶工作線1 350 m的長度不變，需增加L114膠帶西側機道拉溝長度520 m，工程量預計120萬m3（如果工期緊張，可暫不恢復L114長度）。

3）L115膠帶與L116膠帶之間新增1條L116－1膠帶機，長度1 230 m，新增膠帶機頭（北側）、機尾（南側）轉載站標高均為＋940 m水平，新增膠帶走向設計位置原始地表標高最高＋950 m水平，需對新增膠帶基礎進行處理，保證膠帶基礎滿足運行的條件。

4）為避免輪斗系統(tǒng)L114膠帶制約下部采場發(fā)展，計劃L114膠帶年末位置向北150 m范圍內由外委標段負責剝離，剝離量預計400萬m3，施工工期4個月。受此因素影響，移設后輪斗系統(tǒng)服務年限約為2年。

5）為縮短移設時間，L114、L115機道需提前進行建設，工程量總計約350萬m3?？紤]輪斗系統(tǒng)新增設備的招標、采購、安裝、調試等工作，預計移設工程總工期為9個月。

2.3 方案3—沿端幫平行移設地表布置

輪斗系統(tǒng)L114工作幫膠帶與采場西部地表境界采取垂直布置方式，使L115膠帶平行地表境界線布設，北側與地表境界預留50 m的安全距離。結合2018年采場推進位置，設計新建L114工作膠帶長度1 200 m，預計工程量185萬m3；新建L115機道斜坡段部分185 m，水平段長度350 m，工程量130萬m3。2條機道同時施工，根據(jù)作業(yè)場地條件，可布設鉤機9臺，按照日均能力4.5萬m3計算，考慮施工降效及氣候影響，預計施工工期3個月。方案3沿端幫平行移設地表布置方案如圖4。

為滿足L114膠帶垂直地表境界線且平行移設的要求，需進行以下幾方面工作：

1）新建L115機道北幫與地表境界預留50 m的安全距離，避免因北幫塌方而造成地表超界的現(xiàn)象。

圖4 方案3沿端幫平行移設地表布置方案示意圖

2）設計L115膠帶爬坡段在露天礦地表境界以內，避免機道拉溝位置超出地表境界。新建L115機頭轉載站標高＋940 m水平，機尾轉載站標高＋920 m水平，按照L115膠帶10.8°爬坡角度設計，L115膠帶爬坡段長度185 m。

3）L115膠帶與L116膠帶之間新增1條L116－1膠帶機，長度985 m。新增膠帶機頭（東側）、膠帶機尾（西側）轉載站標高＋940 m水平，新增膠帶基礎局部標高超過＋940 m水平，需對膠帶基礎進行處理，以保證場地滿足膠帶運行的條件。

4）為縮短移設時間，L114、L115機道需提前進行建設，工程量總計約315萬m3?？紤]輪斗系統(tǒng)新增設備的招標、采購、安裝、調試等工作，預計移設工程總工期為8個月。

3 方案比選

上述3個方案中，方案1與方案2推進方向一致，各方案之間端幫帶式輸送機布置位置差別較大，對3個方案從投資和成本、服務年限、工程量、工期、改造、系統(tǒng)運行穩(wěn)定性及效率發(fā)揮等方面進行分析和優(yōu)缺點比較。

3.1 方案1優(yōu)缺點

1）方案1優(yōu)點。①機道工程量最小、施工難度低；②L114膠帶機改動量小，不需增加帶式輸送機，系統(tǒng)膠帶機總長度5 900 m，系統(tǒng)運營成本最低；③如轉載站改造方案可行，則該方案工期短、投資小。

2）方案1缺點。①轉載站改造方案存在不確定性，目前尚未形成有效方案，嚴重制約后續(xù)工作發(fā)展，改造后轉載站運行穩(wěn)定性無法保證，生產穩(wěn)定性較差；②扇形移設方式導致系統(tǒng)作業(yè)效率降低，移設頻繁，頭站移設的實施難度較大；③推進方向與下部采掘場推進方向不同，影響下部剝離；④由于輪斗作業(yè)范圍內部分黃土已剝離完，扇形移設輪斗作業(yè)量減少，服務年限約2年。

3.2 方案2優(yōu)缺點

1）方案2優(yōu)點。①L114膠帶機道工程量較小，大部分位置無需拉溝作業(yè)，施工難度小；②新增膠帶在未來規(guī)劃中可繼續(xù)使用；③L114膠帶推進方向與采場工作幫推進方向一致，使采場上、下位置施工組織關系緊密銜接；④L115膠帶機道與超前拉溝位置有交叉，降低拉溝施工難度。

2）方案2缺點。①該方案拉溝工程量大，新增膠帶機長度最長，系統(tǒng)膠帶機總長度達到7 590 m，系統(tǒng)運營成本最大；②L115機道境界外工程量預計20萬m3，機道工程局部位置超出采礦境界；③L115機道一次性建成，投資較大、工期較長；④作業(yè)方式服務年限最短約2年，為降低輪斗L114工作幫膠帶對下部采場推進制約，可將工作幫膠帶長度由1 350 m縮減至1 000 m或更短，由于膠帶長度縮短，導致膠帶移設頻率增加，服務年限不足2年；⑤L116－1帶式輸送機距離北排土場較近，受排土場邊坡穩(wěn)定因素影響，具有一定安全隱患。

3.3 方案3優(yōu)缺點

1）方案3優(yōu)點。①L115機道由爬坡段和水平段機組成，水平段機道滿足輪斗系統(tǒng)1年的移設要求一次修建完成，移設時無機道工程量；②新增膠帶在未來規(guī)劃中可繼續(xù)使用，不存在浪費現(xiàn)象；③L115機道沿采礦地表境界布置，在采場范圍內L115膠帶由920 m水平提升至地表＋940 m水平，避免了在采礦境界以外產生工程量的情況，不存在越界風險，若允許局部越界可考慮利用新增膠帶提升，減少對端幫影響；④該方案2條膠帶溝工程量較小，該方案后期可適時延長L114膠帶機長度，服務年限約4年；⑤L114推進方向與5年規(guī)劃中采場西幫工作線布置方向接近，服務結束后，更有利于進行下一次移設；⑥該方案對采礦規(guī)劃發(fā)展影響最小，且不存在超前剝離現(xiàn)象。工作幫膠帶垂直境界線推進位置示意圖如圖5。

2）方案3缺點。①該方案L114拉溝工程量較大，且施工、排水難度較大，機道縱向被雨水沖刷較大；②L114移設距離較遠，輪斗挖掘機走行距離較長；③L115與L116－1轉載站下部空間占用，對端幫最終臺階的形成有一定影響，系統(tǒng)下一次移設后需對端幫臺階局部進行修整；④此方案是后2個方案的結合，端幫膠帶一部分布置在端幫另一部分布置在地面，L115膠帶布置在端幫會受到輪斗端幫臺階穩(wěn)定性影響，不利于系統(tǒng)穩(wěn)定運行，新增L116－1膠帶布置與地面離北排土場較近，對機道穩(wěn)定性產生不利影響。

圖5 工作幫膠帶垂直境界線推進位置示意圖

輪斗系統(tǒng)平面布置方案對比見表1。

表1 輪斗系統(tǒng)平面布置方案對比

4 結語

1）方案1受轉載站改造不確定性、轉載站移設難度大以及移設頻繁等因素影響不建議采用扇形移設方案。

2）方案2移設后服務年限較短，且對下部剝離產生不利影響、準備工程量大等因素影響不建議采用方案2。

3）從投資和成本來看，方案2投資和工程量均較大，方案3經(jīng)濟效益較好。但方案3L116－1膠帶受露天礦地表境界與北排土場之間的變形區(qū)影響較大，需根據(jù)采掘場及北排土場邊坡穩(wěn)定情況判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。綜合考慮移設后服務年限、投資和機道工程量等方面因素，優(yōu)先選擇方案3沿端幫平行移設地表布置方案。