抛掷爆破侧压三角煤开采方案的研究

马婧佳

（中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司，辽宁沈阳110015）

抛掷爆破侧压三角煤开采方案的研究

马婧佳

（中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司，辽宁沈阳110015）

抛掷爆破将造成煤层顶板水平以下侧压三角煤形成爆堆,整个三角煤开采方案由爆堆剥离与对应的三角煤回收共同制约。由于剥离作业空间狭窄，采剥时空关系紧张,需要研究爆堆合理开采方法,并分析影响因素，确定三角煤最优回收方案。

露天矿；抛掷爆破；爆堆；三角煤

0 引言

哈尔乌素露天煤矿北邻已建成的黑岱沟露天煤矿，生产规模为35.0 Mt/a,现剥离开采工艺为松动爆破-单斗-卡车工艺，但该工艺的运营成本受运距和提升高度等影响较大[1]。根据与哈尔乌素露天矿毗邻的黑岱沟露天煤矿高台阶抛掷爆破技术的应用经验，抛掷爆破技术可将约35%左右的剥离物直接抛至采空区，大大减少了整个露天煤矿岩石剥离工程量，降低了剥离费用。

哈尔乌素露天矿煤层赋存条件相似，煤层上部剥离物平均厚度约为150 m，具备实施高台阶抛掷爆破的条件。2010年哈尔乌素露天矿在解决工作面过小煤窑采空区问题时层应用过抛掷爆破技术，实践证明该技术在哈尔乌素露天矿具备应用的条件。

抛掷爆破技术的实施要与该矿单斗-卡车工艺结合，分析抛掷爆破后剥离作业空间与采剥时空关系，探讨三角煤与对应爆堆的开采方案。

1 开采条件概述

哈尔乌素采区主要可采煤层为6#煤层，目前正在开采一条区南部采区，在空间上与黑岱沟采区（一条区北部采区）相邻，具有相同的地质构造情况，煤层平均厚度为30 m，煤层倾角小于10°平均开采深度170 m。煤层上部岩层厚度60～130 m，平均厚度100 m，根据此赋存条件，可在煤层顶板一定高度范围的岩石台阶采用抛掷爆破技术。

2 抛掷爆破+单斗-卡车工艺开采程序

哈尔乌素露天矿采用抛掷爆破将部分抛掷爆破量直接抛至采空区，将有效减少露天矿剥离工程量，提高剥离作业的效率。其中，采用合理的开采程序是此工艺得以实现关键因素。

在完成抛掷爆破后，煤层顶板以上爆堆经电铲刷帮后，爆堆形态较为稳定，考虑哈尔乌素采区现有设备规格，分上下两层剥离，每层布置1台电铲，台阶分层高度为15 m。而侧压三角煤部分爆堆的剥离作业空间狭窄，需进一步进行研究。

3 煤层顶板水平以下侧压三角煤爆堆开采方案

煤层顶板水平以下侧压三角煤爆堆同煤层一样，分2层剥离，下分层采用电铲进行剥离作业时，由于电铲难以实现下挖，只能在底部作业，需要留有足够的工作面宽度。根据哈尔乌素采区现有设备规格，确定最小工作面宽度为60～65 m，但这样会使得有效抛掷率降低，单斗-卡车工艺开采的投资与运营成本高，因此以降低有效抛掷率来置换卡车作业空间的方案不可行，并未达到抛掷爆破的效果。电铲开采下部剥离台阶剖面图如图1。

图1 电铲开采下部剥离台阶剖面示意图

因此，如何充分考虑三角爆堆尤其是下层三角爆堆的作业空间与设备作业空间的匹配关系，合理确定侧压三角煤爆堆的开采方法是关键问题。

4 侧压三角煤爆堆合理开采方法的研究

侧压三角煤爆堆的剥离作业空间狭窄，采剥时空关系紧张，为了解决高效剥离的问题，结合现场实际情况，提出有效的侧压三角煤爆堆剥离方案。

4.1 技术分析

技术方案特点：利用矿山已有设备，侧压三角煤爆堆台阶下分层剥离由两种规格的液压铲完成。

煤顶板水平以下侧压三角煤爆堆分三层剥离，下部台阶和中部台阶可以充分利用矿山现有EX1900-2型液压挖掘机以减少投资。其中EX1900-2型液压挖掘机最大下挖深度为9.2 m，上部台阶高度取15 m，采用电铲剥离。中部台阶高度取9 m，最下部台阶高度取6 m，需购置1台斗容8 m3以上且下挖深度大于6 m3的液压反铲。两种液压反铲开采下部剥离台阶剖面图如图2。

4.2 开采程序

1）上分层台阶高度为15 m，由电铲刷帮剥离，卡车配合作业。

图2 2种液压反铲开采三角台阶爆堆示意图

2）中部台阶高度取9 m，采用EX1900-2反铲剥离，推土机配合作业。此时推土机沿着该台阶需刷帮的爆堆坡底线修一条通往端帮道路的运输通道。使中部爆堆顺利通过端帮道路排弃至内排土场。

3）下部台阶高度取6 m，采用反铲剥离，卡车经下部煤台阶顶板及临时斜坡道进行调车与运输剥离物至内排土场。此时需购置1台下挖深度大于6 m，斗容大于8 m3的液压反铲，预计设备投资800万元。

为了保证时空关系的有效衔接,预留卡车作业空间，现场实践中，要关注在侧压三角煤堆分层剥离时，每层的运输设备运输路径的不同。

在具体开采程序上，要爆堆剥离在煤层之前留有稳定的超前距离。上下分层的爆堆剥离也要超前预留空间，同时重点关注侧压三角煤下分层剥离物的运输方式。可以通过各个煤台阶坡顶面及煤台阶之间建立的临时斜坡道，或者在采空区修建临时道路，最终排弃至内排土场。

5 侧压三角煤的压煤回收的研究

侧压三角煤是否开采，开采多少三角煤量要结合经济指标，主要取决于煤的售价、成本，其中煤的运距与成本直接相关，因此要结合当下现有市场条件，企业煤炭经营情况研究侧压三角煤回收方案。

5.1 方案的前提条件

由于采用抛掷爆破，采煤上部台阶对应的刷煤帮部分的三角剥离量很少，且与爆破效果密切相关，故不在本次论述范围内，方案比选的前提是在采煤的下部台阶15 m范围内的丢煤方案。结合现有作业条件，提出2种回收方案。

5.2 技术比选

1）方案1：采煤下部台阶三角煤全面回收，下挖采深30 m。此方案须另购置原有服务6 m煤厚的小型液压铲，考虑采煤利润与剥离成本的关系，兼顾资源利用的最大化，此时工程已采近煤层底板时，剥离属于抛掷爆破二次剥离部分，运距及提升高度变化少，生产剥采比低，剥离成本低，三角煤对应的位置关系如图3。

图3 方案1：下部15 m台阶三角煤全部回收示意图

2）方案2：采煤下部台阶由液压铲部分回收下部三角煤，丢煤厚为6 m。该方案在开采程序上较为简单，液压铲直接服务于原有下部台阶的煤层顶板上，只采煤厚9 m的作业空间，余下的6 m煤厚作为丢煤方案，不回收。如图4。

图4 方案2丢6 m煤台阶中的三角煤示意图

方案2相比方案1因为舍弃部分三角煤，在组织生产的难易程度上更容易实现。方案1的煤全部回收对应的剥离量需要另外购置下挖深度6 m的反铲配合已有设备EX1900-2反铲作业。2个方案在技术上均可实现，需要落实到经济的分析比较。

5.3 经济比选

根据图4—图5所示，粉色区域为三角煤对应的侧切面积。起到决定作用的参数为下分层台阶的下挖深度，根据不同下挖深度，在全工作线开采条件下，得到三角煤回收与剥离量的对应关系，2个方案对应煤量与剥离量见表1。

依据现有矿山的单位采装、提升、运输成本得出2个方案对应的采煤成本与剥离成本，分别见表2—表3。

依据现有市场经营情况，煤售价暂按140元/t计算，得出原煤总售价，进而分析得出采煤利润。丢煤方案的可行与否取决于丢弃的三角煤损失的利润与少剥离节省的成本之间的比较。即采煤利润与剥离成本的差值为正，说明对应方案的经济效益最好。2个三角煤回收方案经济比选见表4。

表1 2个方案对应煤量与剥离量

表2 2个方案对应的采煤成本

表3 2个方案对应的剥离成本

表4 2个方案对应的经济比较 万元

由表4可知，在当下经济条件下，方案1（三角煤全部采出）经济效益最好，煤层全部采出可得到2 784.5万元的经济效益。

经数学模型的分析可知，三角煤是否全部回收主要取决于煤的售价、成本，其中煤的运距与成本直接相关。本次方案考虑煤全部采出去往地面破碎站，如果破碎站移设位置发生变化，仍需再次验证采煤成本。

综上，现有开采条件与市场环境下，6#煤的三角煤全部回收只须另购置原有服务6 m煤厚的小型液压铲,此方案技术可行，经济最优。

6 抛掷爆破煤层的开采方法

根据哈尔乌素采区实际情况，煤层倾斜划分为2个台阶开采，在采用抛掷爆破技术后，尽可能保证较高的有效抛掷率，无法在工作线推进方向划分台阶并布置采煤工作面，只能沿着工作线方向分层，并沿工作线方向推进。每个台阶配备1台单斗挖掘机，实行端工作面开采，两台挖掘机之间实行追踪式开采。

7 结论

抛掷爆破造成的煤层顶板水平以下侧压三角煤爆堆分3层剥离，上分层台阶高度为15 m，由电铲刷帮剥离，中部台阶高度为9 m，采用反铲剥离，下部台阶高度取6 m，另购置反铲剥离,相应的侧压三角煤在当前市场环境下全部回收为技术可行经济效益最优的方案。

［1］马培忠，董宝弟，于正义，等.哈尔乌素露天煤矿初步设计说明书［R］.沈阳：中煤国际工程集团沈阳设计研究院，2006.

［2］骆中洲.露天采矿学［M］.徐州：中国矿业大学出版社，1986.

［3］郭昭华.露天煤矿无运输倒堆开采技术及应用研究［M］.北京：煤炭工业出版社，2012.

［4］杨国华，张殿辉.浅谈影响露天矿抛掷爆破效果的因素［J］.内蒙古煤炭经济，2008（6）：55-57．

［5］潘井澜.抛掷爆破在露天台阶式采矿中应用的探讨［J］.化工矿山技术，1992（6）：1-4．

［6］李克民，张幼蒂，傅洪贤.露天煤矿抛掷爆破参数分析［J］.采矿与安全工程学报，2006（4）：423-426．

［7］闫文彬.哈尔乌素露天煤矿抛掷爆破技术的研究［J］.露天采矿技术，2012（3）：96-98．

［8］乔燕珍，张周爱，马力.露天煤矿抛掷爆破与端帮靠帮开采应用研究［J］.煤炭技术，2017（2）：23-25.

【责任编辑：陈毓】

Research on the mining scheme of the side triangle coal with throwing blasting

MA Jingjia
(China Coal Technology and Engineering Group Shenyang Design&Research Institute,Shenyang 110015,China)

The throwing blasting can result in blasted-pile,formed by side triangle coal which is below the level of coal seam roof, and the whole triangle coal mining scheme will be controlled by blasted-pile strip and corresponding reclaim of triangle coal.Due to the narrow space of stripping operation and the tension between time and space,it is necessary to study the rational mining method of blasted-pile and analyze the influencing factors to determine the optimal reclaim scheme of triangle coal.

open-pit mine;throwing blasting;blasted-pile;triangle coal

TD824

B

1671-9816（2017）05-0012-04

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.05.004

马婧佳.抛掷爆破侧压三角煤开采方案的研究［J］.露天采矿技术，2017，32（5）：12-15.

2017-03-14

马婧佳（(1983—），女，汉族，辽宁葫芦岛人，工程师，本科，2006年毕业于辽宁工程技术大学矿物资源工程专业，现为中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司项目总设计师，主要从事采矿工程设计与科研工作。