伊敏露天矿连续系统初期布置方式优化

刘金强，刘清勋，张 波，潘 博

（华能伊敏煤电有限责任公司伊敏露天矿，内蒙古呼伦贝尔 021134）

伊敏露天矿正处在由二采区向三采区转向过渡时期。由于此区域地质赋存条件变化（煤层变薄，同时有剥蚀区存在），在露天矿剥采工作面转向推进的过程中，剥采比增大，剥离运距增大[1-3]，增加了单斗-卡车工艺燃油、轮胎成本。结合伊敏煤电公司“煤电联营”的优势，根据伊敏露天矿赋存条件、气候条件，对剥离工系统进行改造，通过使用自动化程度高的连续工艺代替部分单斗-卡车工艺[4-5]，以保障伊敏露天矿的可持续发展。

1 地质赋存条件

伊敏露天矿地层分布为第四系、新近系和伊敏组，剥离物自上而下依次为：①第四系：主要由黑褐色腐殖土，黄色砂质黏土、黏土、黄褐色粉细砂组成，与下伏第三系呈不整合接触；②第三系：主要由灰白-灰褐色砾岩，含砾粗砂岩、灰黄色泥岩夹灰白色砂砾岩、细砂岩，黄、灰、灰褐、红褐色泥岩（含白色砾石）组成，岩石多为泥质胶结，较松散。

根据伊敏露天矿最新岩土物理力学性质实验研究，第四系粉细砂密度1.93 t/m3，抗压强度为0.147～0.539 MPa（1.5～5.5 kg/cm2），硬度较软。伊敏露天矿的剥离物赋存条件可应用连续系统。

2 连续系统初步设计布置方式

2.1 连续系统初步设计方案

连续系统用于剥离生产，工作面带式输送机布置于654 m 水平，主要开采第四系表土及下部部分泥岩，由于采区转向，系统布置分为2 个阶段。

1）第1 阶段：连续系统初期，亦即扇形转向初期。系统初期通过西北帮将剥离物排至露天矿内排土场（采煤602 带式输送机北部），加高内排土场，由于排弃位置距离剥离工作面2 km，采用轮斗-转载机-工作面带式输送机-端帮带式输送机-排土工作面带式输送机-排土机的布置方式[6]，其排土场最终排弃标高为725 m，此套系统与采煤系统西端帮带式输送机交叉，轮斗连续系统带式输送机需要跨越采煤带式输送机（采用栈桥方式跨越）。剥离物通过轮斗挖掘机挖掘，经转载机给入采掘工作面654 m水平的L1移动式带式输送机，经654～670 m 水平端帮L2半固定式带式输送和跨越601、701 带式输送机的L3带式输送机输送，转载给布置在内排土场710 m 水平排土工作面的L4移动式带式输送机，经卸料车转载，由排土机排弃，连续系统初期布置图如图1。

图1 连续系统初期布置图

2）第2 阶段。待二采区排土场排满后，连续系统需搬迁至三采区，采用平行推进的作业方式，排土机布置于710 m 水平，选择上、下排相结合的作业方式。连续由3 条带式输送机组成，即采掘工作面L1移动式带式输送机，沿北侧地表境界布置的L2半固定式带式输送机，以及追踪内排土场排土工作面的L4移动式带式输送机，系统搬迁后布置图如图2。

图2 系统搬迁后布置图

2.2 连续系统初步设计方案

2.2.1 初步设计方案与实际生产的关系

1）采区推进关系。根据初步设计，L1带式输送机布置于2017 年采剥计划区域内，设计作业位置已滞后于2017 年年末地表采剥位置，按照项目进度安排连续系统于2019 年试运行，实际位置与设计位置的时空关系发生变化，需进行位置调整，调整后三采区工作线长度约1 500 m（原设计L1长度1 890 m），工作线较短。系统初期作业2 年后，L1带式输送机将掘进到L3带式输送机西侧，L2带式输送机将缩减到最短，L1与L2带式输送机搭接较为困难，同时在每次移设时需增加L1与L2带式输送机搭接位置的辅助工程量，连续系统需要进行大搬迁。

2）排土关系。初步设计中，连续系统初期为扇形转向作业，排土场布置于二采区；而实际生产中在2017 年内排土场已经延伸至三采区，在2018 年排土场追踪至三采区。同时，初步设计排土布置于内排土场710 m 水平进行扇形转向推土作业，现内排土场受1#破碎站位置影响，内排土场边坡角度为12°，现内排土场位置为最终帮，L4带式输送机将无法持续扇形转向作业。现阶段内土排场710 m 水平已进行排土，连续系统排土机下排已无空间，仅可上排15～725 m 水平，排土容量约1 100 万m3，连续系统初期运行可排土1.5 年左右，届时需对连续系统进行改造（即大搬迁）。

2.2.2 影响因素

1）影响因素与三采区生产规划的关系。在进入三采区后，受到采区地表边界变化，随着采区扇形转向剥离工作线长度逐步缩短，在2019 年达到最小值1 600 m。针对二、三采区地质结构变化，剥离、采煤工作线逐渐变短情况，进行三采区生产规划设计。同时针对运煤通道的优化方案，将破碎站输煤带式输送机布置于二采区内排土场，与连续系统初期布置方式相互制约。

2）栈桥工程。根据初步设计布置方式，L3带式输送机是通过栈桥跨越601、701 带式输送机，需修建1 座钢结构栈桥，同时需对601、701 带式输送机两侧边坡稳定性进行治理，来提高栈桥的安全稳定性，增加系统初期投资。

3）系统搬迁影响及工程位置准备。二采区内排土场排满后及连续系统掘进位置受限，需将连续系统搬迁至三采区，其中L1带式输送机头尾互换、L2带式输送机布置于三采区北帮、取消L3带式输送机（及栈桥）、L4带式输送机调整至采区北帮追踪排土，系统大搬迁预计3～5 个月，将增加矿山建设工程、占用生产设备、影响连续系统生产、制约露天矿生产效率。L2带式输送机布置端帮654～672 m 水平位置，需提前完成西端帮的扩帮，剥离工程量约200万m3。

4）除灰运输系统。除灰运输系统通过跨越602、702 带机道，将灰渣运至内排土场排弃。除灰运输系统与L4带式输送机存在交叉，当排土机作业时将拦截680 m 水平桥涵运输通道，除灰运输通道需进行改线，增加露天矿建设工程。

综合以上因素分析，结合伊敏露天矿生产现状，按连续系统初期布置方案进行布置，将影响连续系统的初期运行，届时将与生产相互制约，需对连续系统初期布置方案进行优化。

3 连续系统初期布置方案优化

3.1 连续系统优化布置方式

结合伊敏露天矿生产现状及发展趋势对连续系统布置方案进行优化，将三采区工作线调整为“倾斜平行推进”的作业方式，采煤工作线由扇形推进逐渐调整为平行推进，半连续工作线采用L 型布置[7-8]，通过延长半连续系统601 带式输送机和2#带式输送机长度，将半连续系统带式输送机逐渐向三采区平行推进工作线过渡，在此基础上需要重新调整轮斗系统布置方案。

将工作面L1带式输送机布置在标高654 m 水平，沿三采区西北帮地表境界672 m 水平的L2带式输送机，通过三采区东帮靠近地表境界位置672～685 m 水平排土工作面的L3带式输送机，以及内排土场北侧标高685 m 水平排土工作面的L4带式输送机及卸料车和排土机。

剥离物经轮斗挖掘机挖掘，经转载机带式输送机给入采掘工作面L1带式输送机、经L2和L3带式输送机输送，进入排土场北部，转载给布置在排土工作面的L4带式输送机，经卸料车转载，由排土机排弃。连续系统初期采用平行推进，排土机直接布置在追踪内排土场的排土台阶，由西南向东北方向扇形排弃（后期平行排弃），排土机布置在685 m 水平，采用上排方式作业，上排20～705 m 水平。

3.2 系统优化后的优势

1）连续系统采用端帮带式输送机的布置方式，三采区工作帮可采用倾斜平行推进的作业方式，保证了剥离和采煤工作线长度，利于生产组织。

2）连续系统将采用平行推进的作业方式，可增加连续系统移设一次的可采量，发挥连续系统的生产效率。

3）将排土工作线布置于三采区排土场685 m 水平，进行扇形排弃，上排20 m，排弃最终标高705 m。布置方式与初步设计中的搬迁后布置方式相一致，排土标高较初步设计上调5 m，释放排土场下部空间。同时，排土位置主要在三采区追踪内排土场东南侧远端位置，减少了部分排土运距。

4）除灰运输系统可采用原运输通道，无需调整除灰运输系统，减少了矿山建设工程。

5）由于剥离已全部进入三采区，采煤台阶在二采区，三采区排土空间紧张，二采区内排土场剩余排土空间较多，需将三采区剥离物运输至二采区内排土场。通过620 m 水平和640 m 水平桥涵进入二采区排土场排卸，但西帮620 m 水平和640 m 水平2条运输通道通过能力有限，可通过在600 m 水平或610 m 水平架设跨越601、701 带式输送机的桥涵，将端帮运输通道增加至3 条，增加采区过渡期间的端帮使用条件，降低二采区自营排土运距，有利于排土分流。

4 结语

通过对连续系统初期布置方案的优化，减少了连续系统初期栈桥、边坡治理、系统搬迁等工程，有效降低了系统的初期投资。同时，解决了伊敏露天矿转向过渡期间采掘工作线长度、排土场排土分流、端帮汽车运输通道、端帮边坡稳定性等关联问题，确保了连续系统的稳定运行，提高连续系统的生产效率。