平朔东露天矿采区转向方法研究

崔宏伟，陈再明，王利明，李 涛

（中煤平朔集团 生产技术管理中心，山西 朔州 036006）

大型露天矿煤田由于受到产量规模、开采强度、设备规格、经济情况等因素影响一般采用分区开采，即将煤田划分若干个采区进行采掘。分区开采转向方式一般有直角转向、扇形转向、重新拉沟等形式[1-3]。转向过渡期间，开采程序及转向方式等对露天矿生产成本有很大影响，有时会遇到原煤接续紧张、运距高差增加、内排空间紧张、复垦条件困难等问题。因此露天矿在采区转向时，应提前对转向方式进行论证与研究。

1 矿山概况

中煤平朔集团有限公司是中国中煤能源集团有限公司的核心企业，是我国重要的出口动力煤生产基地，也是全国14 个亿t 级煤炭大基地之一。中煤平朔集团有限公司东露天矿于2009 年1 月份开始现场施工，目前东露天矿土岩剥离采用单斗挖掘机-卡车工艺，原煤采用单斗挖掘机-破碎站-带式输送机开采工艺，是全机械化生产的特大型露天煤矿，主采煤层从上至下分别为4#、9#、11#煤，目前生产能力为2 000 万t/a。

目前东露天矿首采区东部地表距离首采区东边界仅为1 km，为了稳定东露天矿首采区向二采区转向过程中的原煤产量，需要对二采区宽度及转向方式进行及早确定，由于东露天矿采深达200 m 以上，重新拉沟转向方式基建工程量大，不适用，因此研究选择扇形转向和直角转向2 种转向方式进行对比分析，以确定哪个更适合东露天矿的转向方式。

2 东露天矿二采区宽度的研究

二采区宽度主要影响后期露天矿产量，以及加高内排量（或增加外排量）。二采区工作线过短，则转向完成后，在同样推进强度下，产量较小，若工作线过长，则内排土场停止跟进位置较早，导致加高内排量（或增加外排量）过大。东露天矿首采区北部采区地表宽度约5.5 km，底部宽度约4.7 km，适宜划分3个或2 个采区，若再多划分采区导致采煤工作线过短，因此主要对比划分3 个或者2 个采区情况。

2.1 首采区北部划分2 个采区情况

首采区北部划分2 个采区示意图如图1，首采区上部剥离台阶刚到地表界时转向开始，此阶段产生的剥离总量为686.53 Mm3（实方），松方量为789.51 Mm3（松散系数取1.15），该时排土台阶标高为1 480 m，由模型计算排土空间为639.15 Mm3，差额为150.35 Mm3，因此，内排土场排弃空间不足。

图1 首采区北部划分2 个采区示意图

首采区4#煤工作线上部剥离台阶靠帮后（转向过渡），此阶段产生的剥离总量为946.66 Mm3（实方），松方量为1 088.66 Mm3（松散系数取1.15），此时排土台阶标高为1 480 m，排土空间统计为718.58 Mm3，差额为370.08 Mm3，内排土场跟进受限，内排空间不足。

首采区向二采区转向，二采区11#煤工作线形成阶段（转向完成），此阶段产生的剥离总量为1 262.72 Mm3（实方），松方量为1 452.13 Mm3（松散系数取1.15），此时排土台阶标高为1 480 m，排土空间统计为848.89 Mm3，差额为603.23 Mm3，内排土场空间严重受限。

2.2 首采区北部划分3 个采区情况

首采区北部划分3 个采区示意图如图2。首采区上部剥离台阶刚到地表界时（转向开始），此阶段产生的剥离总量为686.53 Mm3（实方），松方量为789.51 Mm3（松散系数取1.15），煤量114.88 Mt，若考虑到转向期间的扩帮量，采用平均剥采比计算，需进行超前剥离，所需完成的剥离量为701.48 Mm3，需排土空间为806.70 Mm3（松散系数取1.15）。此时排土台阶标高为1 480 m，由模型计算排土空间为816.92 Mm3，内排土场排弃略富余。

图2 首采区北部划分3 个采区示意图

首采区4#煤工作线上部剥离台阶靠帮后（转向过渡），此阶段产生的剥离总量为888.75 Mm3（实方），松方量为1 022.06 Mm3（松散系数取1.15），煤量155.11 Mt，若考虑到转向期间的扩帮量，采用平均剥采比计算，需进行超前剥离，所需完成的剥离量为947.10 Mm3，需排土空间为1 089.17 Mm3（松散系数取1.15）。此时排土台阶标高为1 480 m，由模型计算排土空间为1 096.59 Mm3，内排土场排弃略富余。

转向完成时，剥离总量为1 124.17 Mm3（实方），松方量为1 292.80 Mm3（松散系数取1.15）。此时排土台阶标高为1 480 m，排土空间统计为1 316.10 Mm3，内排土场空间略富余。

2.3 二采区宽度的最终确定

东露天矿首采区北部若划分2 个采区，从首采区到二采区转向期间，平均剥采比为6.19 m3/t；内排土场跟进受限，内排空间严重不足，需要另外设置外排土场；东露天矿首采区北部若划分3 个采区，从首采区到二采区转向期间，平均剥采比为6.11 m3/t；内排土场加高至1 480 m 水平时，内排空间基本满足排土需求。

通过剥采比、排土空间、转向后的生产能力等几个角度进行了综合对比，主要对比情况如下：

1）剥采比。划分2 个采区，从现状至转向完成后平均剥采比为6.19 m3/t；划分3 个采区，平均剥采比为6.11m3/t，二者相当。

2）转向排土。划分2 个采区，排弃标高为1 540 m，排土空间差额为603.23 Mm3，内排土场空间严重受限；划分3 个采区，排弃标高为1 480 m，排土空间基本可满足转向期间要求。划分3 个采区在转向排土明显优于划分2 个采区。

3）转向后生产能力。划分2 个采区时，露天矿年推进300 m，产量25.0～30.0 Mt/a；年推进350 m，产量30.0～35.0 Mt/a，露天矿年推进400 m，产量35.0～40.0 Mt/a；划分3 个采区时，露天矿年推进300 m，产量20.0～24.0 Mt/a；年推进350 m，产量23.0～28.0 Mt/a；年推进400 m，产量26.0～32.0 Mt/a。划分3 个采区转向后，同样推进强度下略小。

综上，在转向完成后平均剥采比上，2 种划分方式相当；转向期间的排土空间，划分3 个采区明显优于划分2 个采区，可减少603.23 Mm3向上加高或外排量，同时可为复垦还地创造时空条件；转向后生成能力同样推进强度下划分3 个采区略小，但仍可满足未来扩能的潜力。故认为东露天矿首采区北部划分3 个采区,即二采区坑底宽度为1.6 km 为宜。

3 “L”型扇形转向方案

3.1 直角与扇形转向比较

由于直角转向矿坑北部需要留沟，内排土场需要加高，运输系统双环运输变为单环运输[4-6]，通过技术参数比较后决定进行扇形转向，直角转向期和扇形转向期综合运距对比情况见表1 和表2。

表1 直角转向期间综合运距

表2 扇形转向期间综合运距

3.2 传统扇形转向

扇形转向是指调整工作帮两侧的推进强度，加强工作帮某一侧的推进强度，在推进中改变工作帮的布置方向，达到采场整体转向的目的[7-8]。扇形转向在正常情况下具有内排跟进效果好，转向外排量少，转向运距短等优点。

东露天矿目前的生产规模为20.0 Mt/a，按照该规模对扇形转向的关键技术参数进行分析得出以下结论：

1）转向期间平均剥采比为6.13 m3/t，按照生产规模20.0 Mt/a 计算，每年剥离量约为122.60 Mm3。

2）按照生产规模20.0 Mt/a 计算，转向时间约为10.4 年，转向时间较长。

3）转向最大排弃标高在1 480 m 时。

由于以上原因需要对扇形转向进行进一步优化，提出“L”形扇形转向。

3.3 “L”形扇形转向

由于纯扇形转向在转向过程中有工作线逐渐变长的阶段，为了克服矿坑西南部工作线突变长、降低剥采比、均衡工作线南北转向角度，将南部工作线进行缩回即形成折线型“L”型工作线。

东露天矿目前的生产规模为20.0 Mt/a，按照该规模对扇形转向的关键技术参数进行分析得出以下结论：

1）转向期间平均剥采比为5.92 m3/t，按照生产规模20.0 Mt/a 计算，每年剥离量约为118.40 Mm3。

2）按照生产规模20.0 Mt/a 计算，转向时间约为8.6 年。

3）转向最大排弃标高在1 450 m 时。

4）约69.57 Mm3剥离物综合提升高度降15 m，综合运距减少2.2 km，减少运输成本约3.36 亿元。

4 结语

通过对采区过渡转向期间的剥采比、转向排土、转向后的生产能力进行了比对,研究认为首采区向二采区过渡期间二采区坑底宽度确定为1.6 km；针对传统扇形转向遇到的工作线变长、剥采比变大的问题，又提出了“L”扇形转向方式，降低了转向期间的剥采比、高差运距、降低了内排土场排弃高度，从而优化了排土空间确保了复垦还地，可减少费用约3.36 亿元，经济效益十分显著。