劉金強，劉清勛，張 波，潘 博

（華能伊敏煤電有限責(zé)任公司伊敏露天礦，內(nèi)蒙古呼倫貝爾 021134）

伊敏露天礦正處在由二采區(qū)向三采區(qū)轉(zhuǎn)向過渡時期。由于此區(qū)域地質(zhì)賦存條件變化（煤層變薄，同時有剝蝕區(qū)存在），在露天礦剝采工作面轉(zhuǎn)向推進(jìn)的過程中，剝采比增大，剝離運距增大[1-3]，增加了單斗-卡車工藝燃油、輪胎成本。結(jié)合伊敏煤電公司“煤電聯(lián)營”的優(yōu)勢，根據(jù)伊敏露天礦賦存條件、氣候條件，對剝離工系統(tǒng)進(jìn)行改造，通過使用自動化程度高的連續(xù)工藝代替部分單斗-卡車工藝[4-5]，以保障伊敏露天礦的可持續(xù)發(fā)展。

1 地質(zhì)賦存條件

伊敏露天礦地層分布為第四系、新近系和伊敏組，剝離物自上而下依次為：①第四系：主要由黑褐色腐殖土，黃色砂質(zhì)黏土、黏土、黃褐色粉細(xì)砂組成，與下伏第三系呈不整合接觸；②第三系：主要由灰白-灰褐色礫巖，含礫粗砂巖、灰黃色泥巖夾灰白色砂礫巖、細(xì)砂巖，黃、灰、灰褐、紅褐色泥巖（含白色礫石）組成，巖石多為泥質(zhì)膠結(jié)，較松散。

根據(jù)伊敏露天礦最新巖土物理力學(xué)性質(zhì)實驗研究，第四系粉細(xì)砂密度1.93 t/m3，抗壓強度為0.147～0.539 MPa（1.5～5.5 kg/cm2），硬度較軟。伊敏露天礦的剝離物賦存條件可應(yīng)用連續(xù)系統(tǒng)。

2 連續(xù)系統(tǒng)初步設(shè)計布置方式

2.1 連續(xù)系統(tǒng)初步設(shè)計方案

連續(xù)系統(tǒng)用于剝離生產(chǎn)，工作面帶式輸送機布置于654 m 水平，主要開采第四系表土及下部部分泥巖，由于采區(qū)轉(zhuǎn)向，系統(tǒng)布置分為2 個階段。

1）第1 階段：連續(xù)系統(tǒng)初期，亦即扇形轉(zhuǎn)向初期。系統(tǒng)初期通過西北幫將剝離物排至露天礦內(nèi)排土場（采煤602 帶式輸送機北部），加高內(nèi)排土場，由于排棄位置距離剝離工作面2 km，采用輪斗-轉(zhuǎn)載機-工作面帶式輸送機-端幫帶式輸送機-排土工作面帶式輸送機-排土機的布置方式[6]，其排土場最終排棄標(biāo)高為725 m，此套系統(tǒng)與采煤系統(tǒng)西端幫帶式輸送機交叉，輪斗連續(xù)系統(tǒng)帶式輸送機需要跨越采煤帶式輸送機（采用棧橋方式跨越）。剝離物通過輪斗挖掘機挖掘，經(jīng)轉(zhuǎn)載機給入采掘工作面654 m水平的L1移動式帶式輸送機，經(jīng)654～670 m 水平端幫L2半固定式帶式輸送和跨越601、701 帶式輸送機的L3帶式輸送機輸送，轉(zhuǎn)載給布置在內(nèi)排土場710 m 水平排土工作面的L4移動式帶式輸送機，經(jīng)卸料車轉(zhuǎn)載，由排土機排棄，連續(xù)系統(tǒng)初期布置圖如圖1。

圖1 連續(xù)系統(tǒng)初期布置圖

2）第2 階段。待二采區(qū)排土場排滿后，連續(xù)系統(tǒng)需搬遷至三采區(qū)，采用平行推進(jìn)的作業(yè)方式，排土機布置于710 m 水平，選擇上、下排相結(jié)合的作業(yè)方式。連續(xù)由3 條帶式輸送機組成，即采掘工作面L1移動式帶式輸送機，沿北側(cè)地表境界布置的L2半固定式帶式輸送機，以及追蹤內(nèi)排土場排土工作面的L4移動式帶式輸送機，系統(tǒng)搬遷后布置圖如圖2。

圖2 系統(tǒng)搬遷后布置圖

2.2 連續(xù)系統(tǒng)初步設(shè)計方案

2.2.1 初步設(shè)計方案與實際生產(chǎn)的關(guān)系

1）采區(qū)推進(jìn)關(guān)系。根據(jù)初步設(shè)計，L1帶式輸送機布置于2017 年采剝計劃區(qū)域內(nèi)，設(shè)計作業(yè)位置已滯后于2017 年年末地表采剝位置，按照項目進(jìn)度安排連續(xù)系統(tǒng)于2019 年試運行，實際位置與設(shè)計位置的時空關(guān)系發(fā)生變化，需進(jìn)行位置調(diào)整，調(diào)整后三采區(qū)工作線長度約1 500 m（原設(shè)計L1長度1 890 m），工作線較短。系統(tǒng)初期作業(yè)2 年后，L1帶式輸送機將掘進(jìn)到L3帶式輸送機西側(cè)，L2帶式輸送機將縮減到最短，L1與L2帶式輸送機搭接較為困難，同時在每次移設(shè)時需增加L1與L2帶式輸送機搭接位置的輔助工程量，連續(xù)系統(tǒng)需要進(jìn)行大搬遷。

2）排土關(guān)系。初步設(shè)計中，連續(xù)系統(tǒng)初期為扇形轉(zhuǎn)向作業(yè)，排土場布置于二采區(qū)；而實際生產(chǎn)中在2017 年內(nèi)排土場已經(jīng)延伸至三采區(qū)，在2018 年排土場追蹤至三采區(qū)。同時，初步設(shè)計排土布置于內(nèi)排土場710 m 水平進(jìn)行扇形轉(zhuǎn)向推土作業(yè)，現(xiàn)內(nèi)排土場受1#破碎站位置影響，內(nèi)排土場邊坡角度為12°，現(xiàn)內(nèi)排土場位置為最終幫，L4帶式輸送機將無法持續(xù)扇形轉(zhuǎn)向作業(yè)?，F(xiàn)階段內(nèi)土排場710 m 水平已進(jìn)行排土，連續(xù)系統(tǒng)排土機下排已無空間，僅可上排15～725 m 水平，排土容量約1 100 萬m3，連續(xù)系統(tǒng)初期運行可排土1.5 年左右，屆時需對連續(xù)系統(tǒng)進(jìn)行改造（即大搬遷）。

2.2.2 影響因素

1）影響因素與三采區(qū)生產(chǎn)規(guī)劃的關(guān)系。在進(jìn)入三采區(qū)后，受到采區(qū)地表邊界變化，隨著采區(qū)扇形轉(zhuǎn)向剝離工作線長度逐步縮短，在2019 年達(dá)到最小值1 600 m。針對二、三采區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)變化，剝離、采煤工作線逐漸變短情況，進(jìn)行三采區(qū)生產(chǎn)規(guī)劃設(shè)計。同時針對運煤通道的優(yōu)化方案，將破碎站輸煤帶式輸送機布置于二采區(qū)內(nèi)排土場，與連續(xù)系統(tǒng)初期布置方式相互制約。

2）棧橋工程。根據(jù)初步設(shè)計布置方式，L3帶式輸送機是通過棧橋跨越601、701 帶式輸送機，需修建1 座鋼結(jié)構(gòu)棧橋，同時需對601、701 帶式輸送機兩側(cè)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行治理，來提高棧橋的安全穩(wěn)定性，增加系統(tǒng)初期投資。

3）系統(tǒng)搬遷影響及工程位置準(zhǔn)備。二采區(qū)內(nèi)排土場排滿后及連續(xù)系統(tǒng)掘進(jìn)位置受限，需將連續(xù)系統(tǒng)搬遷至三采區(qū)，其中L1帶式輸送機頭尾互換、L2帶式輸送機布置于三采區(qū)北幫、取消L3帶式輸送機（及棧橋）、L4帶式輸送機調(diào)整至采區(qū)北幫追蹤排土，系統(tǒng)大搬遷預(yù)計3～5 個月，將增加礦山建設(shè)工程、占用生產(chǎn)設(shè)備、影響連續(xù)系統(tǒng)生產(chǎn)、制約露天礦生產(chǎn)效率。L2帶式輸送機布置端幫654～672 m 水平位置，需提前完成西端幫的擴幫，剝離工程量約200萬m3。

4）除灰運輸系統(tǒng)。除灰運輸系統(tǒng)通過跨越602、702 帶機道，將灰渣運至內(nèi)排土場排棄。除灰運輸系統(tǒng)與L4帶式輸送機存在交叉，當(dāng)排土機作業(yè)時將攔截680 m 水平橋涵運輸通道，除灰運輸通道需進(jìn)行改線，增加露天礦建設(shè)工程。

綜合以上因素分析，結(jié)合伊敏露天礦生產(chǎn)現(xiàn)狀，按連續(xù)系統(tǒng)初期布置方案進(jìn)行布置，將影響連續(xù)系統(tǒng)的初期運行，屆時將與生產(chǎn)相互制約，需對連續(xù)系統(tǒng)初期布置方案進(jìn)行優(yōu)化。

3 連續(xù)系統(tǒng)初期布置方案優(yōu)化

3.1 連續(xù)系統(tǒng)優(yōu)化布置方式

結(jié)合伊敏露天礦生產(chǎn)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢對連續(xù)系統(tǒng)布置方案進(jìn)行優(yōu)化，將三采區(qū)工作線調(diào)整為“傾斜平行推進(jìn)”的作業(yè)方式，采煤工作線由扇形推進(jìn)逐漸調(diào)整為平行推進(jìn)，半連續(xù)工作線采用L 型布置[7-8]，通過延長半連續(xù)系統(tǒng)601 帶式輸送機和2#帶式輸送機長度，將半連續(xù)系統(tǒng)帶式輸送機逐漸向三采區(qū)平行推進(jìn)工作線過渡，在此基礎(chǔ)上需要重新調(diào)整輪斗系統(tǒng)布置方案。

將工作面L1帶式輸送機布置在標(biāo)高654 m 水平，沿三采區(qū)西北幫地表境界672 m 水平的L2帶式輸送機，通過三采區(qū)東幫靠近地表境界位置672～685 m 水平排土工作面的L3帶式輸送機，以及內(nèi)排土場北側(cè)標(biāo)高685 m 水平排土工作面的L4帶式輸送機及卸料車和排土機。

剝離物經(jīng)輪斗挖掘機挖掘，經(jīng)轉(zhuǎn)載機帶式輸送機給入采掘工作面L1帶式輸送機、經(jīng)L2和L3帶式輸送機輸送，進(jìn)入排土場北部，轉(zhuǎn)載給布置在排土工作面的L4帶式輸送機，經(jīng)卸料車轉(zhuǎn)載，由排土機排棄。連續(xù)系統(tǒng)初期采用平行推進(jìn)，排土機直接布置在追蹤內(nèi)排土場的排土臺階，由西南向東北方向扇形排棄（后期平行排棄），排土機布置在685 m 水平，采用上排方式作業(yè)，上排20～705 m 水平。

3.2 系統(tǒng)優(yōu)化后的優(yōu)勢

1）連續(xù)系統(tǒng)采用端幫帶式輸送機的布置方式，三采區(qū)工作幫可采用傾斜平行推進(jìn)的作業(yè)方式，保證了剝離和采煤工作線長度，利于生產(chǎn)組織。

2）連續(xù)系統(tǒng)將采用平行推進(jìn)的作業(yè)方式，可增加連續(xù)系統(tǒng)移設(shè)一次的可采量，發(fā)揮連續(xù)系統(tǒng)的生產(chǎn)效率。

3）將排土工作線布置于三采區(qū)排土場685 m 水平，進(jìn)行扇形排棄，上排20 m，排棄最終標(biāo)高705 m。布置方式與初步設(shè)計中的搬遷后布置方式相一致，排土標(biāo)高較初步設(shè)計上調(diào)5 m，釋放排土場下部空間。同時，排土位置主要在三采區(qū)追蹤內(nèi)排土場東南側(cè)遠(yuǎn)端位置，減少了部分排土運距。

4）除灰運輸系統(tǒng)可采用原運輸通道，無需調(diào)整除灰運輸系統(tǒng)，減少了礦山建設(shè)工程。

5）由于剝離已全部進(jìn)入三采區(qū)，采煤臺階在二采區(qū)，三采區(qū)排土空間緊張，二采區(qū)內(nèi)排土場剩余排土空間較多，需將三采區(qū)剝離物運輸至二采區(qū)內(nèi)排土場。通過620 m 水平和640 m 水平橋涵進(jìn)入二采區(qū)排土場排卸，但西幫620 m 水平和640 m 水平2條運輸通道通過能力有限，可通過在600 m 水平或610 m 水平架設(shè)跨越601、701 帶式輸送機的橋涵，將端幫運輸通道增加至3 條，增加采區(qū)過渡期間的端幫使用條件，降低二采區(qū)自營排土運距，有利于排土分流。

4 結(jié)語

通過對連續(xù)系統(tǒng)初期布置方案的優(yōu)化，減少了連續(xù)系統(tǒng)初期棧橋、邊坡治理、系統(tǒng)搬遷等工程，有效降低了系統(tǒng)的初期投資。同時，解決了伊敏露天礦轉(zhuǎn)向過渡期間采掘工作線長度、排土場排土分流、端幫汽車運輸通道、端幫邊坡穩(wěn)定性等關(guān)聯(lián)問題，確保了連續(xù)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，提高連續(xù)系統(tǒng)的生產(chǎn)效率。