特大型露天煤矿半连续开采综合工艺应用新模式

高永胜，赵红泽，周立林

（1.中国重型机械有限公司，北京100036；2.中国矿业大学（北京）资源与安全工程学院，北京100083）

采矿工程

特大型露天煤矿半连续开采综合工艺应用新模式

高永胜1，赵红泽2，周立林2

（1.中国重型机械有限公司，北京100036；2.中国矿业大学（北京）资源与安全工程学院，北京100083）

对矿群开发中存在的原有单斗-卡车工艺下以工业广场为中心的开采程序传统设计理念的不足进行了剖析，提出了长条式分区开采设计理念，并以此为基础，进而提出了特大型露天矿采用单斗-自移式破碎机-双工作面胶带输送机的剥离开采工艺结合单斗-卡车-可移式简约破碎站-端帮带式输送机的原煤运输工艺系统，并在平朔东露天矿进行了实践应用。

露天煤矿；开采程序；半连续开采工艺；自移式破碎机；矿群

0 引言

随着我国经济发展对煤炭需求的增长，大型露天矿田的开发日益增多，平朔、准格尔、白音华、胜利、准东、沙尔湖等特大型露天矿田的设计和开发，给我国露天开采带来了一个新的发展期。随着采矿科学实践的发展，也产生了新的问题，如现有的露天矿开发建设的理论与模式适应于单个露天矿，对于特大规模的煤田的开发，会造成矿群内资源的浪费并降低开发的总体效益。目前国内对此也有少量相关研究[1-6]，但针对矿群模式下矿田划分和工艺应用方面还少有公开相关研究成果。

工艺发展决定了开采程序的变化，我国从建国后开始使用铁道工艺到改革开放后引入单斗-卡车工艺，再到目前大量使用胶带半连续工艺，采区划分也从单斗-铁道工艺下的长采区全区开采到单斗-卡车工艺的短采区分区开采，转到目前为止胶带半连续工艺更适合采用长采区的矿田划分模式。大型露天矿田开采范围大，采区划分可调节性大，因此更适合长采区下分区开采的模式。

1 长采区开采程序划分

1.1 优劣势分析

传统的境界划分的影响因素主要有露天矿的运输方式、外排、物料运输距离以及成本等因素。大型露天矿的境界大，单一采区开采导致工作线过长，同时受到基建量、剥采比、经济效益等因素影响，往往围绕工业广场采用分区开采，以合理工作线长度划分采区。露天矿传统采区划分方式如图1所示。随着胶带运输、内排为主的开采模式等要素的变化，针对传统集中区块式采区划分的不足，应将开采境界和采区划分方式普遍采用长条式部署，其主要特点在于：

图1 露天矿传统采区划分方式

1）长采区采区划分能够保证露天开采持续向前推进，减少转向次数，能够有效避免压帮、运输距离大、以及露天矿排土空间不足等问题。

2）由于没有转向带来的限制因素，长采区开采方式可以根据对产量的要求灵活进行扩帮，工作线长度在大范围内可以调整。

3）长采区开采方式开拓运输系统向前延伸到下一个工程位置，工程量小。物料的流向不用变化，流量可以保持稳定、设备的移动少、且物料与物料间的相互干扰变小。

4）当长采区排土方式选择全部内排，或者以内排为主时，露天矿运输系统将不受运输距离制约，采区宽度可以根据工作线优化结果来定，采区长度以自然地质构造来划定，减少采区转向。

1.2 设计参数

1.2.1 剥离物内排运距

露天矿长采区开采时，剥离运距比较稳定，计算公式一般为：

式中：Dj为第j个台阶到内排的运距，m；▽Hj为第j个台阶重心与排土台阶重心的高差，m；i为道路限制坡度，一般取8%～10%；Cq为道路展线系数；Lj为第j个台阶的工作线长度，m；Lj′为第j个台阶对应的排土台阶工作线长度，m；K为系数，双环取4，单环取2；Hj为台阶重心距坑底高差，m；β为工作帮帮坡角，（°）；φ为排土场边坡角，（°）；S为采场最下部台阶与排土场最下部台阶之间的安全距离，m。其中

式中：α为端帮边帮角，（°）；LD为坑底工作线长度，m。

则矿坑剥离物综合运距的计算公式：

式中：Tj为第j台阶量，m3。

1.2.2 排土场容量计算

当露天矿采用长采区开采时，内排土场空间的余量计算公式为：

式中：V缺为内排欠量，m3；η为剥离物松散系数；Ps为原煤产量，t；ns为生产剥采比，m3/t；γ为煤层容重，t/m3。

2 长采区模式下露天矿半连续工艺典型应用分析

由于单斗-卡车工艺具有机动性好，能够适用于地质条件复杂的露天矿的开采运输，在达产后，能够实现全部内排，运距范围始终保持在3 km以内。在我国，大多数已经达产及新建的露天煤矿的岩石剥离系统多采用单斗-卡车间断工艺和单斗-自移式破碎站-胶带运输机半连续工艺，采煤系统由于运距较远，而且需要破碎后才能洗选，因此，采煤多选用单斗-卡车-可移式/半固定破碎站-带式输送机半连续工艺系统[7-13]。

从矿山规模的角度来看，我国的大部分露天矿可以分为主要特点是剥离台阶数量多，开采强度大、推进速度快的大规模和主要特点是年剥离量相对较小，剥离台阶少、推进速度小的小规模的露天矿2类：

2.1 剥离自移式破碎机+双工作面带式输送机

自移式破碎机-双工作面带式输送机半连续系统设备及主要生产环节如图2所示，具体物料输送流程如图3所示。

双工作面带式输送机系统多增加一条工作面带式输送机，取代传统系统中的转载机。具有以下优势：①带式输送机移设不影响系统作业；②新系统在台阶高度选择上适应性更高，适应地形起伏的能力更强；③降低了转载设备对中难度。

图2 自移式破碎机-双工作面带式输送机半连续系统主要环节构成

图3 物料输送系统流向图

2.2 采煤端帮井巷+可移式破碎站

采煤可移式破碎站工艺系统主要由简约式破碎站、卡车、带式输送机等设备组成，如图4所示。

快移式破碎站在工作面采用下卧式布置，刮板输送机采用水平布设小倾角提升方式布置。快移式破碎站一般布置在端帮，由自卸式卡车负责运输至端帮可伸缩式刮板输送机，经骑跨在带式输送机上的破碎机破碎后，转到带式输送机运输，其余散料由推土机或前装机推入刮板输送机。

图4 快移式破碎站系统主要环节构成

端帮井巷主要是在矿坑端帮设计运输大巷，将矿坑内经过破碎的煤流通过布设在运输大巷的胶带输送机运送至储煤仓。运输大巷形式有水平大巷、倾斜大巷、溜井或多种方式组合等，露天矿端帮井巷典型布设方式如图5所示。

图5 露天矿端帮井巷典型布设方式

3 平朔东露天煤矿应用案例分析

平朔东露天煤矿地层构造简单，境界内可采煤层共7层，其中4#、9#、11#为主要可采煤层。东露天煤矿的设计规模为20.0 Mt/a，年剥采总量达110 Mm3/a，开采深度160～270 m。

3.1 剥离设计开采参数

自移式破碎机-双工作面输送机半连续开采平盘组成要素如图6。

3.2 原煤系统系统设计

东露天煤矿坑内采煤工作面采用液压挖掘机采掘，由自卸式卡车运至可移式破碎站，然后将煤破碎至300 mm粒度以下，原煤破碎后进入带式输送机输送系统，送往选煤厂。东露天煤矿分别在4#煤南端帮和9#煤南端帮各设置一套生产能力为3 000 t/h的可移式破碎站，处理4#煤和9#、11#煤，煤经带式输送机系统运至地面二破，二破后运到原煤仓储存，然后进行洗选，洗选后外运。

图6 平盘组成要素

东露天矿地下运煤系统采用三通道布置形式，平朔东露天煤矿原煤运输系统布置示意图如图7所示。即4#煤运煤通道、9#煤运煤通道，在4#煤运煤通道南侧布置一条辅助运输通道兼作进风。

图7 平朔东露天煤矿原煤运输系统布置示意图

4 结论

1）随着露天矿生产规模和开采工艺的不断发展，特大型露天矿采用半连续开采工艺成为未来发展的趋势，而长采区分区开采由于在减少转向，提高生产效率和效益方面的优势必将配合开采工艺的变革成为未来开采程序发展的趋势。

2）大规模大推进度的露天矿由于年剥离量大、剥离台阶多、开采强度大，优先采用可移式破碎站+端帮井巷作为原煤运输方式可以避免排土与运煤间的交叉干扰。

3）可移式简约破碎站灵活性好，初期投资小，适用性强，经营费用较低等优点。复杂地质条件下采煤应首选简约式破碎站和其他工艺配合，可以有效提高系统的效率。

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［13］杨荣新.露天采矿学（下册）［M］.中国矿业学院出版社，1986.

【责任编辑：陈毓】

New application mode of semi-continuous mining comprehensive technology in large open-pit coal mine

GAO Yongsheng1,ZHAO Hongze2,ZHOU Lilin2
(1.China Heavy Machinery Co.,Ltd.,Beijing 100036,China;2.Faculty of Resources&Safety Engineering,China University of Mining and Technology(Beijing),Beijing 100083,China)

This article analyzes the traditional design concept of mining procedure with the industrial square as the center under the original shovel-truck technology in the development of mine group,and presents the strip and partition mining design concept.Based on it,the author presents the mining technology of self-propel crusher+double face belt of the rock transportation and fastmobile crusher station+lane under end slope of the coal transportation in large open-pit mines.And this new theory are practiced and applied in Pingshuo East Open-pit Mine.

open-pit coal mine;mining sequence;semi-continuous mining technology;self-propel crusher;mine group

TD216

B

1671－9816（2017）08－0001－04

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.08.001

高永胜，赵红泽，周立林.特大型露天煤矿半连续开采综合工艺应用新模式［J］.露天采矿技术，2017，32（8）：1-4.

2017-05-05

高永胜（1974—），男，山西朔州人，硕士，1994年毕业于中国矿业大学露天开采专业，2003年毕业于中国矿业大学（北京），现在中国重型机械有限公司北京海麦克海外工程管理有限公司任总工程师，从事矿山、电力设备成套、工程承包等专业服务。