平朔安太堡露天矿沿煤层顶板拉沟反坡采煤技术

赵天佑，刘长源

（中煤平朔集团有限公司 技术工程管理部，山西 朔州 036006）

平朔安太堡露天矿沿煤层顶板拉沟反坡采煤技术

赵天佑，刘长源

（中煤平朔集团有限公司 技术工程管理部，山西 朔州 036006）

为了解决安太堡露天矿过背斜向下延深采煤设备效率低、延深进度慢、煤炭回收率低等问题，经现场勘查和技术方案对比分析，决定采用沿煤层顶板拉沟反坡采煤技术，可有效提高设备利用率和采煤工效，最大限度回收煤炭资源，为露天矿快速向下延深提供了技术支撑。

露天矿；过背斜；顶板拉沟；反坡采煤

1 概 况

平朔安太堡露天矿是中美合资建设的我国第一个年产超千万吨的露天煤矿，设计规模15.33 Mt/a，1985年7月1日破土动工，1987年9月10日建成投产。井田位于宁武煤田北端，地跨朔州市平鲁、朔城两区，行政隶属朔州市平鲁区管辖。矿田为不规则多边形，东西长2.03～8.12 km，南北宽2.70～6.30 km，面积40.23 km2。主要开采4#、9#、11#煤层，为近水平煤层，煤层总平均厚度约26 m，矿坑采深至11#煤底板平均达200 m左右。剥离采用单斗-卡车间断工艺，主要剥离物为黄沙土、红黏土、灰岩、砂岩等。采煤采用单斗挖掘机-卡车-它移式破碎站-上仓胶带机-选煤厂的半连续工艺。剥离以及采煤使用P&H2800电铲和P&H4100XPC电铲，配套200t级及300 t级自卸卡车。

目前，安太堡露天矿由西向东推进过程中遇到的控制性地质构造为芦子沟背斜，背斜走向基本与工作面推进方向垂直，与采剥工作面平行，2015年通过芦子沟背斜轴部向东开始向下延深，芦子沟背斜影响区域煤层倾角急剧增大，煤层平均倾角达到11°（19%），局部最大倾角22°，煤层落差超过270 m，地表和基岩面下降50～100 m。倾角变大地区平均长1 431 m，平均宽度1 003 m，向下延深影响范围1.44 km2，安太堡露天矿过背斜向下延深影响范围如图1所示。

图1 安太堡露天矿过背斜向下延深影响范围

2 问题提出

安太堡露天矿一直为近水平煤层水平开采推进，向东推进的过程中遇到芦子沟背斜，背斜轴部东翼煤层倾角增大，由水平推进过渡到向下延深的倾斜开采方式，大型设备采煤工作面倾斜回采，设备效率低，回采宽度受限，向下延伸进度慢，矿坑延深成为发展的重点与难点，原有的开采方法、开采程序、开拓运输系统均不满足芦子沟背斜东翼煤层大倾角的开采需要。如按原来的开采程序主要存在问题：

1）安太堡露天矿向东推进开采的过程中遇到芦子沟背斜，在背斜的东翼煤层倾角急剧增大（平均达8°～12°，局部最大22°），煤层最大落差达270 m，在芦子沟背斜东翼露天生产将由水平推进过渡到向下延深与水平推进相协调的开采方式，露天矿的延深成为矿山发展的重点与难点。因改造和正常生产相互干扰，原有的开采方法、开采程序、开拓运输系统均不满足芦子沟背斜东翼煤层大倾角的开采需要。

2）因为芦子沟背斜东翼煤层倾角平均达8°～12°无法实现正常内排，需要将剥离物大量外排或者运往背斜轴以西的内排土场排弃，造成露天矿剥离运距和提升高度急剧加大，致使目前的运输系统无法满足正常生产需要。

3）原设计为露天矿进入芦子沟背斜东翼后，到达露天矿东部境界后向北转向，进入安太堡矿扩界区开采；因背斜东翼煤层倾角较大，设备效率低，剥离物运距远，开采成本高，安太堡露天矿接续方案研究经过多方案比较确定安太堡矿与东露天矿换界开采，即安太堡矿开采至东部境界后继续向东推进，进入东露天矿开采。而换界开采则意味着安太堡矿必须通过地质条件复杂的芦子沟背斜。

4）安太堡露天矿进入芦子沟背斜东翼，因煤层倾角增大，延深困难，导致露天矿剥采比变大，剥离运距及运输提升高度急剧增大，按照目前的煤炭市场行情，安太堡露天矿将面临严重亏损，这将给国家造成重大的经济损失。

5）采煤使用P&H2800电铲和P&H4100XPC电铲作业允许的最大倾斜角度4.6°，最大挖掘深度1.9 m，最大卸载高度10.44 m，最大挖掘高度18.06 m，作业半径29.5 m，电铲最大宽度14.35 m，底盘对地高度0.66 m，设备向下延深不超过2.6°，否则容易造成设备下滑甚至倾翻，对安全生产造成很大的威胁，运煤自卸卡车将无法行走，倾斜开采布置设备困难，开采设备利用效率低，延深进度慢，无法满足安全生产的需要。

6）按原来的开采程序必然造成煤岩工作面交错，煤岩混杂，在保证煤质和多回收煤炭资源间实践操作中难以掌握平衡点，作业困难，工作面设备效率难以发挥，回采工效不高，造成煤炭丢失，资源回收率低。鉴于上述原因，若采用原有的开采程序方式，安全和经济效益都不合算。

3 回采技术方案

就过背斜回采设备布置困难，设备使用效率低，安全生产，煤质和煤炭回收率无法保证等问题，提出沿煤层顶板拉沟延深反坡回采技术方案。该方案沿煤层顶板拉沟水平布置采煤工作面和开拓运输平盘，与煤层倾向相反的方向沿煤层底板进行回采，沿煤层顶板拉沟反坡回采示意如图2。

图2 沿煤层顶板拉沟反坡回采示意

该方案需解决的问题，确定沿煤层顶板向下拉沟的深度，水平布置设备和卡车运输平盘的宽度，煤层最大露煤宽度和工作线长度等。

1）露煤宽度的确定。煤层在水平面上的投影宽度不能大于电铲的最大作业半径，即露煤在水平面上的投影宽度：B=29.5 m。

2）拉沟深度的确定。拉沟深度：

式中：m为煤层厚度，3层煤中最大厚度为13.5 m；β为煤层倾角，拉沟深度随煤层倾角增大而增加[2]，取22°；h为电铲最大挖掘深度为1.9 m。

3）回采设备布置和运输平盘宽度的确定。采煤平盘宽度：

式中：A为采掘宽度为电铲的最大作业半径，29.5m；d为卡车运输道路宽度[3]，23 m；b为爆堆伸出距离，10 m；E为道路内侧与爆堆破底线的安全距离，2 m。

4）工作线长度。背斜东翼向下延深期间因顺滑面内排无法跟进，工作面太长经济上不合算，因此，综合对比600、800、1 000、1 500 m四种工作线长度的各项技术指标，最终背斜东翼开拓延深期间工作线长度取800 m，较原工作线长度缩短46.7%，背斜东翼开拓延深后工作线长度延长至正常工作线长度[1]，矿坑南部缩帮增加了内排空间，降低了剥离排弃的运距和高差，缓解了直接推过背斜开采成本严重后翘的局面。

4 现场实施

安太堡露天矿采用单斗挖掘机-自卸卡车-矿坑边它移式破碎站-胶带输送机半连续工艺，综合考虑电铲能力、安全生产、煤质和高效率出煤等因素，矿坑采煤从11#、9#、4#煤层分上、中、下3个台阶，为了保证煤层连续有效衔接，采煤工作面分别沿煤层顶板拉沟延深，沿矿坑走向平行推进采用水平分层倾斜反坡回采，从煤层顶板向底板采掘推进；为了使电铲安全高效作业，推土机配合处理三角原煤。正常作业时，推土机与电铲作业范围之间，上下作业平盘电铲作业范围之间要留有30 m以上的安全错距，防止设备之间以及斜坡上滚落的岩石掉落砸伤设备和人员。

因工作面倾斜向下延深，内排无法跟进，待工作面落平后才能进行内排。工作面落平前，内排只有在背斜轴部以西可以排弃，内排排土场最大排弃高度为180 m，与采场西帮最终形成360 m的边坡，内排土场设计最终边坡角22°，与采场西帮形成最终边坡角度为14°，经计算，该边坡最危险滑面贯穿排弃物料，其稳定系数为1.266，能够满足稳定安全的要求[1]。为了安全起见，排土场周围修筑了可靠的截水、防洪和排水设施，排土严格按排弃参数作业，总排弃帮坡角小于最终稳定帮坡角，排土工作面向坡顶线方向有3%～5%的反坡，最下层清理基底、排弃中硬以上岩石。

5 结 语

根据煤层赋存情况和影响范围合理确定开采方式，是保障露天矿安全高效回采的充分必要条件。安太堡露天矿如按以前的开采程序，不仅存在重大的安全隐患，而且造成大量煤炭资源损失。因此，根据构造类型和煤层赋存情况研究合理的开采程序和方法对露天矿安全、高效生产具有重大的意义。

［1］ 安太堡露天矿背斜东翼开拓延深技术改造初步设计［R］.西安：中煤西安设计工程有限责任公司，2016．

［2］ 郑友毅，薛应东，曹兰柱．倾斜煤层深凹露天矿深部开采技术研究［J］.采矿与安全工程学报，2009（12）：494-496.

［3］ 谢景立，刘晓军，郭海俊．对霍林河南露天矿工作平盘宽度参数的讨论［J］.露天采矿技术，2002（5）：3-4.

［4］ 刘峰，邓有燃，张小东，等．安家岭露天矿过芦子沟背斜期间开采程序优化［J］.露天采矿技术，2012（S1）：5-8.

［5］ 解廷堃，崔宏伟，安太堡露天矿过芦子沟背斜期间开拓运输系统的确定［J］.露天采矿技术，2013（12）：6-8.

［6］ 刘峰，邓有燃，刘如成，等．安家岭矿过逆断层和背斜期间开拓运输系统优化研究［J］.露天采矿技术，2012（S1）：21-24.

［7］ 刘爱兰，王社林，刘泽民，等．安家岭露天矿合理开采方案确定［J］.煤炭科学技术，2003（7）：47-49.

【责任编辑：陈 毓】

Ditch reverse slope mining technology along coal seam roof in Pingshuo Antaibao Open-pit Mine

ZHAO Tianyou,LIU Changyuan
(Technical Engineering Management Department,China Coal Pingshuo Group Co.,Ltd.,Shuozhou 036006,China)

In order to solve the problems of low efficiency mining equipment,slow extending progress and low coal recovery rate in Antaibao Open-pit Mine,through field survey and technical comparative analysis,the mine decides to adopt along coal seam roof ditch reverse slope mining technology,which can effectively improve the utilization rate of equipment and coal mining efficiency, maximize the recovery of coal resources and provide technical support for rapid downward extension in the open-pit mine.

open-pit mine;anticline;roof ditch;reverse slope mining coal

TD824

B

1671－9816（2017）06－0034－03

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.06.010

赵天佑，刘长源.平朔安太堡露天矿沿煤层顶板拉沟反坡采煤技术［J］.露天采矿技术，2017，32（6）：34-36.

2017-02-08

赵天佑（1976—），男，内蒙古丰镇人，硕士，毕业于河北工程大学采矿工程，现就职于中煤平朔集团有限公司技术工程管理部，从事矿井生产技术工作。