薛萬海

（中煤平朔集團有限公司 安太堡露天礦，山西 朔州 036006）

大型露天礦山運輸系統(tǒng)是連接采場、內(nèi)外排土場、卸載站和工業(yè)廣場的紐帶，而運輸能力又是礦山生產(chǎn)能力的重要決定因素，運輸系統(tǒng)合理與否直接關系到生產(chǎn)環(huán)節(jié)的設備效率和經(jīng)濟效益[1-4]。露天礦山運輸費用在生產(chǎn)成本中比例較高，國內(nèi)很多專家學者分別對露天礦開拓運輸系統(tǒng)進行了深入研究，董淑斌[5]對安家?guī)X南幫運輸系統(tǒng)進行優(yōu)化，即設置立交橋，在保證運輸安全的前提下，建立了雙環(huán)運輸，降低了外包運距;高軍[6]等運用傳統(tǒng)采礦優(yōu)化技術對大峰露天煤礦運輸系統(tǒng)進行優(yōu)化，通過在采區(qū)南北端幫重新修筑運輸主干線，構(gòu)成端幫環(huán)形運輸?shù)缆?，降低運輸成本，擴大內(nèi)排容量和設備作業(yè)空間，降低生產(chǎn)安全隱患;侯占山[7]等對哈爾烏素露天礦運煤系統(tǒng)進行優(yōu)化，有效釋放了排土空間;賀昌斌[8]等結(jié)合煤層底板傾角、開采進度等情況對安太堡露天礦北幫上部各干道進行優(yōu)化改造，實現(xiàn)內(nèi)排空間的創(chuàng)造，有效降低了提升高度和運距。

隨著時間推移，安太堡露天礦三采區(qū)過背斜進入了末期，按照最新開采規(guī)劃，又同時處于向北轉(zhuǎn)向過渡期，運輸系統(tǒng)非常復雜。存在原煤運距遠、折返交叉路口多、礦坑下部的采剝平盤物料運輸困難等問題，有必要對運輸系統(tǒng)進行優(yōu)化。

1 內(nèi)排原出入溝和運輸系統(tǒng)

安太堡礦剝離采用單斗-卡車間斷工藝，采煤采用單斗-卡車-內(nèi)排1420 平盤半移動破碎站-帶式輸送機-選煤廠半連續(xù)工藝。該礦三采區(qū)進入蘆子溝背斜區(qū)以來，主要采用多出入溝和內(nèi)排折返方式實現(xiàn)煤巖運輸和礦坑與工業(yè)廣場及外土場的聯(lián)絡。礦坑原主出入溝從南部入坑大道1 號路、2 號路進入南端幫1180 干道和1150 干道、內(nèi)排和北幫。運煤路從4＃煤、9＃煤、11＃煤3 層煤底板聯(lián)絡道經(jīng)內(nèi)排5次折返，從坑底1 120～1 150 m 水平聯(lián)絡道到內(nèi)排1420 破碎口，交叉路口較多，安全風險大，且原煤運距較遠。

在三采區(qū)過背斜末期，由于自營電鏟需進一步向工作幫下部平盤布置，同時工作幫南部需要提高推進強度，以加快新水平開拓準備速度，礦坑1 120 m水平以下延深準備速度將會大大加快。剝離重心下移后，導致現(xiàn)存南北端幫及11＃煤底板運輸難以與新水平延深底部平盤搭接，物料運輸愈發(fā)困難，隨著南部縮界區(qū)排土平盤的逐步跟進，礦坑總出入溝較為不明晰，南部運輸系統(tǒng)東段布置復雜，難以滿足下部物料去往上部土場排土的需要。

轉(zhuǎn)向期間北部緩幫區(qū)的黃土在南寺溝外排土場、內(nèi)排1420 平盤和內(nèi)排冒煙區(qū)域排棄，巖石需通過東西兩端幫繼續(xù)進入內(nèi)排運煤道上部排土平盤向東或向南推進，原來正常向東推進的礦坑剝離物進入內(nèi)排運煤道下部平盤。原內(nèi)排出入溝和折返運煤路占用約40 %的排土線，影響了內(nèi)排的正常跟進，背斜區(qū)內(nèi)排空間無法釋放[9]，需進一步向東移設。

在南部超前剝離區(qū)實現(xiàn)內(nèi)排前這一段時期內(nèi)，南部運輸系統(tǒng)盡可能地少占南部縮界區(qū)及內(nèi)排空間，對北部運輸系統(tǒng)與內(nèi)排土場進行優(yōu)化以增加排土空間，滿足礦山過背斜期間對排土容量的要求。

2 運輸系統(tǒng)優(yōu)化

2.1 優(yōu)化總體要求

結(jié)合礦坑實際，優(yōu)化方案將原來內(nèi)排以折返式為主的運輸系統(tǒng)改為直進式為主，減少交通運輸安全風險，縮短采剝物料運距和高差，進一步提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。為了減少對其它各環(huán)節(jié)的影響，方案分為2 個階段，以安太堡礦現(xiàn)狀為底圖，巖石排棄物料自然安息角均為35°來計算排土容量。第1 階段優(yōu)化南部出入溝系統(tǒng)，局部半固定坑線坡道坡度放寬至不大于9 %，寬度設置為50 m；第2 階段優(yōu)化原煤運輸系統(tǒng)，均為固定坑線坡道，整體坡度控制在8%以內(nèi)[10]，1 135～1 300 m 水平干線坡道需供自營卡車和外委單位卡車同時使用，為避免交叉，寬度設置為60 m，其中外包路寬20 m，自營路寬40 m。

線路走向滿足工藝和開采程序要求：①盡量避免小半徑和連續(xù)轉(zhuǎn)彎；②路基物料采用4＃煤以下塊度適中的中硬砂巖，不采用黃土、混有雜煤的煤層頂?shù)装鍘r和風化泥巖；③線型應順直、連續(xù)且與周圍地形起伏相適應；④盡量避免反向運輸和減少空車重車交叉；⑤盡量減少工程量，拱形路面坡度1 %～2 %，有利于排水和維護，物料取自采場剝離平盤，采用卡車與履推、平路機等工程機械相配合修筑，節(jié)省工程造價，保證路基穩(wěn)定；⑥必要轉(zhuǎn)彎時應盡量采用大半徑轉(zhuǎn)彎，并使轉(zhuǎn)角總和最小[11]；⑦盡量少占南部縮界區(qū)近距離的排土空間。

2.2 實施方案及道路參數(shù)

1）南幫1 號路以北。坐標74155 為道路中心線，路寬45 m 進行標準化改造，西端起點1 430 m 水平，東端終點1 300 m 水平，加油站東側(cè)道路向正南方向與南幫1 號路搭接，形成丁字路口。

2）南幫縮界區(qū)。按規(guī)劃位置向西排棄形成東西向1 120～1 150 m 水平坡道，寬度50 m，長度400 m，坡度7.6 %。向南形成1 150～1 210 m 水平坡道并與南幫2 號路搭接，長度712 m，寬度50 m，坡度8.0 %，向北排棄形成1 150～1 200 m 水平坡道并與1 135～1 300 m 水平主干道搭接，長度692 m，寬度50 m，坡度7.6 %。

3）北幫運輸系統(tǒng)4 號路。自1 275 m 水平向南升坡排棄至1 355 m 水平并與1 360 土場搭接；3 號路自1 300 m 水平向南升坡排棄至1 390 m 水平，最終與1 420 土場搭接；2 號路自1 330 m 水平向南升坡排棄至1 420 m 水平并與1420 土場搭接，北部1 420 m 水平排棄至1 430 m 水平。

4）以南幫1 號路為基礎完成運輸系統(tǒng)的最終優(yōu)化。由北向南升坡排棄1 135～1 300 m 水平主運煤干道。從1300 出入溝口沿南部內(nèi)排修筑1 300～1 360～1 390～1 420 m 水平土場破碎站聯(lián)絡道與1 135～1 300 m 水平主運煤干道相接。

2.3 作業(yè)時間順序及工程量確定

由于最終確定的運輸系統(tǒng)方案工程量較大，工期長，為保證礦坑運輸系統(tǒng)正常運行，優(yōu)化方案分兩階段進行。

2.3.1 南幫1 號路標準化改造

1）對南幫1 號路進行標準化改造，以北坐標74 155為道路中心線路寬45 m，自1 430 m 水平至1300 m水平路段按正東方向加寬對齊路面臺階坡頂線，經(jīng)計算需排棄25 萬m3，道路南側(cè)部分排水管線需向南移設。同時為保證南幫2 號路路面寬度，對2 號路局部路段墊高，并在雨季前完成。南幫1 號路改造完成投入使用后，取代南幫2 號路成為工業(yè)廣場與礦坑的主要連絡通道，南幫2 號路可排棄壓埋。

2）將礦坑中南部外包清理頂?shù)装鍐挝患斑\煤單位車輛行車路線均改至礦坑中南部11＃煤及頂板巖出車所用坡道去往煤場、破碎口及排土場，用2 個月時間完成改道。通車后廢棄南部運煤通道。外委單位清理11＃煤頂物料排至EX1425/1375 土場。為避免頂板巖清理物料長時間裸露冒煙，煤層頂?shù)装迮艞壩锪纤郊皩挾染刂圃谧罱K土場內(nèi)部，排棄容量175 萬m3。

3）1 120～1 210 m 水平及1 180～1 300 m 水平升坡坡道平面示意圖如圖1，新南幫1 120 m 水平運輸平盤西部按圖1 位置向西升坡至1 150 m 水平，之后向南升坡至1 210 m 水平并與南幫2 號路搭接。同時，為建立南幫1 號道與礦坑南部各平盤的聯(lián)系，在南幫運輸干道1 180 m 水平縮界轉(zhuǎn)彎處升坡至1 300 m水平，經(jīng)3DMINE 三維軟件建模，1 120～1 210 m 水平升坡坡道需排棄180 萬m3物料，按2 臺PH2800電鏟同時排棄此坡道，需用2 個月時間。1 180～1 300 m水平升坡坡道需排棄210 萬m3物料，按2 臺PH4100 電鏟同時排棄此坡道，需用1 個月時間。在此期間；第2 階段1 135～1 300 m 水平升坡范圍內(nèi)原煤應自北向南優(yōu)先采出，1 150～1 200 m 水平升坡范圍內(nèi)原煤應自南向北優(yōu)先采出，以避免影響第二階段的升坡。

圖1 1 120～1 210 m 水平及1 180～1 300 m 水平升坡坡道平面示意圖

2.3.2 運輸系統(tǒng)的最終優(yōu)化

1）安太堡礦對運煤系統(tǒng)進行優(yōu)化.提前采出北幫端幫區(qū)域9＃煤、11＃煤和夾巖，廢除9＃煤頂臨時坡道，形成北幫1 075～1 135 m 水平坡道，增大了9＃煤工作面作業(yè)的空間，解決坡道壓煤的難題；其次下調(diào)大電鏟，上半年依靠大電鏟加快延深，出露4＃煤和9＃煤，加大南部延深和推進力度，為9＃煤頂板巖和新運煤路快速形成創(chuàng)造了大量短距離內(nèi)排土場，不僅降低了運距，而且高差大幅降低。

2）11＃煤底板1 135-1 300 m 水平主干道位置平面示意圖如圖2。開始升坡排棄11＃煤底板主干道，北幫最底部按圖2 位置向西升坡至1 140 m 水平，之后向南升坡直至搭接南幫1 號路1 300 m 水平，道路長2.16 km，寬度以可以同時走大車雙車道及小車雙車道為準。設定為60 m 寬，整體坡度7.6%，需排棄1 010 萬m3（松散系數(shù)1.15，換算成實方878 萬m3），2 臺PH2800 鏟每月排棄90 萬m3，需10 個月完成。南部1 150～1 120 m 水平向北升坡提前搭接至本干道，實現(xiàn)4 臺鏟分南北兩段排棄此干道，大大加快了升坡工程進度。

圖2 11＃煤底板1 135～1 300 m 水平主干道位置平面示意圖

3）1 135～1 300 m 水平坡道及1 150～1 200 m水平坡道所占用范圍內(nèi)11＃煤底板按規(guī)劃位置優(yōu)先進行爆破，以保證邊坡穩(wěn)定。

4）由于1 135～1 300 m 水平中部路段處于背斜區(qū)域傾角最大的區(qū)域，導致坡道東坡面正射投影寬度較大，高差較高，依次排棄至1 165、1 195、1 225、1 255 m 水平不同水平時，需要平排后再繼續(xù)升坡，最終在坡道東坡面形成階梯狀邊坡，以提高邊坡穩(wěn)定性及護坡效果。

5）做好坡道兩端的道路緩和段，在坡道的兩頭避免突然變坡，避免設備在運行過程中的離心力加大，在轉(zhuǎn)彎的外側(cè)鋪墊超高?，F(xiàn)場施工時彎道超高橫坡在曲線起、終點以外的直線段以5 %幅度遞增，直到進入曲線的要求值。

6）1 135～1 300 m 水平坡道縱坡局部大于7.6 %，按每300 m 長度設置緩和段。緩和段的坡度不大于3 %，長度50 m。當受地形條件限制時，通往設施的次要道路適當縮短，但不小于30 m。

7）南部1 120～1 150 m 水平坡道升坡至1 200 m 水平并于上述11＃煤底板主干道搭接，此段坡道長660 m，坡度7.6%，寬度50 m，需排棄物料265 萬m3。

8）從1300 出入溝口沿內(nèi)排南部1 300～1 360 m水平臺階坡底及1 360～1 420 m 水平排土平盤修筑1 300～1 360～1 390～1 420 m 水平土場破碎站聯(lián)絡道與1 135～1 300 m 水平主運煤干道相接。

2.3.3 經(jīng)濟效益分析

由于安太堡礦處于過背斜末期，運輸系統(tǒng)繁雜，不僅交叉路口多，而且安全風險居高不下。通過南北形成新出入溝，優(yōu)化運輸系統(tǒng)，新南北1 135～1 300～1 360～1 420 m 水平新出入溝運煤路替換了原土場1 420～1 360～1 270 m 水平～11＃煤底板折返路，降低原煤運距600 m，釋放背斜區(qū)近排空間1 150 萬m3。原煤運輸單價每增減100 m 按1.0 元/m3計算，新出入溝運煤路服務期限1 年，至少可運煤量為1 800萬t，折合體積1 500 萬m3，原煤運費可節(jié)省9 000萬元，經(jīng)濟效益十分明顯。

3 結(jié)語

安太堡礦出入溝及運輸系統(tǒng)與采排關系、煤巖賦存條件、開拓方式、各種作業(yè)參數(shù)、開采程序等因素密切相關，因此露天礦應隨著各種因素的變化，適時對出入溝和運輸系統(tǒng)進行優(yōu)化，統(tǒng)籌考慮運煤和剝離物的運費，最大限度地減少采剝運輸成本，提高人員設備作業(yè)安全和效率，確保露天礦持續(xù)在安全經(jīng)濟高效的條件下運行。