露天礦內(nèi)排期間下部開拓運輸系統(tǒng)范文

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《金屬礦山雜志》2014年第七期

1采區(qū)剝離物內(nèi)排建模

1.1梯形剝離物模型中間橋服務(wù)的對象為礦山下部的剝離臺階，根據(jù)剝離物的賦存狀態(tài)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(nèi)建立中間橋，則重心左右剝離物質(zhì)量分為等量2部分。橋面所在臺階的水平標(biāo)高為k，則搭橋高度及以下的臺階或者可實現(xiàn)同標(biāo)高運輸?shù)乃絠均可通過橋體，將剝離物運至排土幫。中間橋兩側(cè)的剝離物可以走端幫或走中間橋，則將各部分再依據(jù)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(guān)系中間橋服務(wù)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(tǒng)最優(yōu)，充分考慮到剝離和橋體搭建的滯后性，將依據(jù)剝離臺階的重心所在位置設(shè)計中間橋的走形，即中間橋所服務(wù)臺階的剝離量決定了“煤鼻子”留設(shè)位置。

2實例研究

2.1哈爾烏素露天礦現(xiàn)狀準(zhǔn)格爾煤田位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾旗東部，哈爾烏素露天礦位于薛家灣鎮(zhèn)。哈爾烏素露天區(qū)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(shè)計服務(wù)年限79a，目前首采區(qū)服務(wù)年限32a。目前，首采區(qū)設(shè)計服務(wù)年限已達(dá)27a，平均剝采比3.96m3/t，基建工程量86Mm3。哈爾烏素露天區(qū)共含煤12層。其中6#煤層為主要可采層，屬較穩(wěn)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(chǎn)量達(dá)3000萬t/a，推進速度為400m/a，首采區(qū)采取沿走向布置工作線，全區(qū)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(chǎn)生“梯形”剝離體，如圖5所示。

2.2中間邁步式搭橋內(nèi)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(huán)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(dá)60m，坑底坡度達(dá)3%。在北端幫所鋪設(shè)的運輸水平自下向上有+1085、+1100、+1130m水平。在南段幫所鋪設(shè)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(jù)橋體所服務(wù)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(yù)留“煤鼻子”作為引橋，垂直于排土工作線，跨采空區(qū)搭橋。隨著工作線的推進，再次根據(jù)重心位置確定橋體向前推移位置。橋面寬度設(shè)計為50m，搭在6#煤頂板上，橋面水平標(biāo)高為+1010m。可服務(wù)剝離臺階標(biāo)高有+985、+1000、+1015、+1030m。將數(shù)據(jù)代入梯形模型，其中工作線長度2000m，中間橋所能服務(wù)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(jīng)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(fù)剝離主要發(fā)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(jīng)計算，接觸部位的重復(fù)量為8.2萬m3/(次•橋)。按重復(fù)剝離單位成本3.0m3/元，橋體每年移設(shè)3次，需增加的露煤重復(fù)剝離成本為73.8萬元/a。(4)中間搭橋方式與端幫雙環(huán)內(nèi)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(yè)的效益損失按每年的重復(fù)剝離量為24.6萬m3考慮，則要損失0.26月/臺的設(shè)備生產(chǎn)能力。將此生產(chǎn)能力按生產(chǎn)剝采比3.96m3/t進行折算，則每年要少生產(chǎn)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(jīng)濟損失為446.52萬元/a。(5)橋體最佳移設(shè)步距。在實現(xiàn)完全內(nèi)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(shè)步距基本穩(wěn)定。

2.3哈礦橋體滯后現(xiàn)象哈爾烏素露天礦已將這種方法應(yīng)用在生產(chǎn)實踐中。隨著工作線的推進和中間橋的移設(shè)，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(jīng)濟效益分析(1)根據(jù)邊坡穩(wěn)定性系數(shù)的計算分析，可得:南北端幫均可實現(xiàn)下部水平靠幫開采，可采出更多的煤炭資源，增大經(jīng)濟效益。下部水平開拓運輸系統(tǒng)由端幫雙環(huán)搭配中間橋運輸剝離物料。端幫雙環(huán)內(nèi)排、端幫雙環(huán)配合中心中間橋和端幫雙環(huán)配合重心中間橋各項參數(shù)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(nèi)排，減少工作線中間部分內(nèi)排運輸功29Mm3•km，與原設(shè)計端幫環(huán)線相比每年可節(jié)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(nèi)排，整體經(jīng)濟效益為8252.2萬元/a。

3結(jié)論

(1)近水平露天礦中，傳統(tǒng)運輸方法為端幫雙環(huán)內(nèi)排運輸工藝。但隨著大型露天礦的涌現(xiàn)，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(chǎn)生“梯形”剝離體。為了實現(xiàn)更多的剝離物經(jīng)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(nèi)排時期端幫運輸通路壓煤的難題，增加幫坡角，降低生產(chǎn)剝離比，減少汽車運輸功，增加企業(yè)的經(jīng)濟效益。(2)以哈爾烏素露天礦為實例，采用端幫雙環(huán)搭配“重心”中間搭內(nèi)排的運輸工藝，在6煤頂板搭橋，可減少工作線中間部分內(nèi)排運輸功29Mm3•km，同時可以實現(xiàn)靠幫開采，每年多采出煤炭44.8萬t，整體經(jīng)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(jīng)濟效益。隨著走向交角的改變，中間橋的位置也發(fā)生變換，能在最大程度上節(jié)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(yè)大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院煤炭資源與安全開采國家重點實驗室