段仁希，孫志鳴，梅斌，陳龍，任龍

（中煤平朔集團(tuán)有限公司安家?guī)X露天礦，山西朔州036006）

采礦工程

安家?guī)X露天礦過背斜生產(chǎn)接續(xù)方案優(yōu)化

段仁希，孫志鳴，梅斌，陳龍，任龍

（中煤平朔集團(tuán)有限公司安家?guī)X露天礦，山西朔州036006）

地質(zhì)構(gòu)造是影響露天礦開采的主要因素之一，目前安家?guī)X露天礦開采范圍內(nèi)主要地質(zhì)構(gòu)造為蘆子溝背斜以及安家?guī)X逆斷層。在詳細(xì)分析蘆子溝背斜帶來的不利影響的基礎(chǔ)上，提出了過背斜期間的不同生產(chǎn)接續(xù)方案，并通過比較得到了最優(yōu)方案。

露天礦；背斜；方案對比

1 安家?guī)X露天礦開采現(xiàn)狀

目前，安家?guī)X礦處于首采區(qū)開采，2016年4月礦坑工作幫坡角為4.3°左右，有效工作線總長度為12.6 km，其中剝離工作線長度為6.5 km，采煤工作線長度為6.1 km。

受逆斷層影響，礦坑內(nèi)同時存在上盤、中間盤、下盤煤。下盤9#煤已采掘完畢，11#煤即將采掘至下盤靠界位置，礦坑共開采6層煤。各煤層工作線長度分別為：中間盤9#煤1 220 m；上盤4#煤890 m、上盤9#煤1 360 m，采煤工作線總長度3.47 km。

生產(chǎn)恢復(fù)工作正按計劃有序開展，白西溝村區(qū)域已并段平盤正從上至下逐步恢復(fù)，已恢復(fù)至4下2平盤，目前仍只能布置9臺電鏟。受蘆子溝背斜影響，基巖面下降較快，上部剝離臺階隨著推進(jìn)不斷消失，北部1330及以上平盤已經(jīng)消失，剝離臺階為4#煤上部2~3個剝離平盤和4下1、4下2，自營剝離作業(yè)空間較緊張，有1臺剝離電鏟無法滿負(fù)荷作業(yè)。

2 背斜造成的不利影響

目前，開采范圍內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造主要有蘆子溝背斜、安家?guī)X逆斷層、北部斷層組和陷落柱，其中蘆子溝背斜為礦田控制性地質(zhì)構(gòu)造。

蘆子溝背斜為一區(qū)域性褶曲，西北端自平凡城區(qū)起，以南東40°方向向南延伸，轉(zhuǎn)為N30°E經(jīng)B2205孔進(jìn)入本區(qū)，該背斜為弧型褶曲，弧頂指向南東。兩翼產(chǎn)狀不一致，北西翼傾角3°~5°，南東翼傾角6°~9°，在區(qū)內(nèi)背斜軸長度約6 km，蘆子溝背斜分布如圖1所示。

在背斜影響區(qū)域內(nèi)（東西長約2 000 m），地表緩慢下降、平均下降170 m，煤層急劇下降、平均下降230 m，開采深度增大、平均采深約240 m，背斜影響區(qū)域內(nèi)煤量約1.01億t，剝離量約6.6億m3，平均剝采比6.53 m3/t，蘆子溝背斜影響示意圖如圖2所示。

安家?guī)X礦上部地表、上盤4#煤分別于2012年底、2014年6月推進(jìn)至背斜影響區(qū)域，截止目前已完成背斜影響區(qū)域剝離量約14 590萬m3，預(yù)計礦坑完全過渡背斜約需7年。如繼續(xù)采用直推直接過背斜的開采方案，勢必會帶來以下問題：

圖1 蘆子溝背斜分布

圖2 蘆子溝背斜影響示意圖

1）露煤困難、原煤產(chǎn)量下降。背斜影響區(qū)域煤層傾角平均10°~12°（坡度18%~22%），需不斷向下延深露煤（出露160 m煤，需向下延深2~3個剝離臺階），煤層上部巖石臺階按最大推進(jìn)速度（660 m/ a）推進(jìn)，只能出露250 m寬的煤層，平均每年能出煤1 500萬t。此外，受背斜影響煤層急劇下降，隨著礦坑推進(jìn)，自然剝采比逐步增大，在全礦采剝總能力不變的情況下，在過背斜期間原煤產(chǎn)量逐年下降。

2）剝離工作面接續(xù)緊張。受背斜影響，基巖面下降較快，隨著臺階的推進(jìn)，上部剝離臺階將不斷消失。在過背斜期間，需不斷向下延深形成新的剝離平盤，才能保住電鏟接續(xù)，但4#煤頂板以上剝離臺階最多保證6臺電鏟作業(yè)，部分電鏟可能因上部臺階已消失而下部剝離臺階尚未形成導(dǎo)致其無法正常接續(xù)，無法滿負(fù)荷作業(yè)。

3）排棄運(yùn)距、提升高度大幅增加。上部采場已進(jìn)入背斜軸東翼煤層急劇下降區(qū)域，需不斷向下延深形成新的剝離平盤，剝離重心逐步降低，剝離物提升高度增加。當(dāng)坑底進(jìn)入背斜下降區(qū)域后，內(nèi)排無法正常排棄，內(nèi)排土場需要加高，排棄重心升高，過背斜期間內(nèi)排剝離運(yùn)距、提升高度將進(jìn)一步增加，預(yù)計運(yùn)距將達(dá)到4.7 km，提升高度170 m。

4）傾斜煤層開采難度較大。上盤煤將全部進(jìn)入背斜軸東翼煤層急劇下降區(qū)域，煤層傾角較大、平均10°~12°，繼續(xù)采用傾斜劃分煤臺階的開采方式，將導(dǎo)致鉆機(jī)、電鏟、卡車因無法適應(yīng)煤層急劇變化而不能正常安全作業(yè)。若采用傾斜煤層水平劃分臺階、分段降深露煤的開采方式，將帶來了以下問題：①穿孔爆破如何避免煤巖混雜，保證煤質(zhì)；②傾斜煤層頂部及底部三角量較大，且采裝、運(yùn)輸作業(yè)困難，如何進(jìn)行選采，降低矸石混入，提高作業(yè)效率，加快露煤速度。

3 過背斜期間生產(chǎn)接續(xù)方案優(yōu)化

結(jié)合安家?guī)X礦生產(chǎn)現(xiàn)狀、現(xiàn)有征地范圍、不能內(nèi)排區(qū)域等因素，提出2個生產(chǎn)接續(xù)方案。

3.1 生產(chǎn)接續(xù)方案的提出

1）南擴(kuò)方案。本方案以不能內(nèi)排開始位置為界，以西區(qū)域?yàn)槭撞蓞^(qū)，以東區(qū)域?yàn)槎蓞^(qū)，然后根據(jù)采區(qū)劃分的基本原則進(jìn)行調(diào)整，最終的采區(qū)劃分如圖3所示。

圖3 南擴(kuò)方案采區(qū)劃分

根據(jù)劃分的采區(qū)，本方案的開采順序?yàn)椋涸诂F(xiàn)狀位置南幫進(jìn)行擴(kuò)幫，與原有推進(jìn)方向形成“L”工作線，直至首采區(qū)開采結(jié)束；在首采區(qū)開采結(jié)束后，首采區(qū)東幫緩幫，同時加速二采區(qū)的北部推進(jìn)速度，使二采區(qū)北部東幫盡快到界，露出坑底，完成首采區(qū)到二采區(qū)的轉(zhuǎn)向過程，然后在二采區(qū)東西向布置工作線向南推進(jìn)至全礦開采結(jié)束。開采順序如圖4所示。

2）“南擴(kuò)+北部超前”方案?！澳蠑U(kuò)+北部超前”方案即礦坑向南擴(kuò)幫與現(xiàn)有推進(jìn)方向形成“L”工作線，向東向南同時推進(jìn)。向東推進(jìn)至不能排土位置，向南地表推進(jìn)至已購地界位置，同時在北部超前區(qū)域進(jìn)行剝采比均衡配剝。

3）“直推+北部超前”方案。“直推+北部超前”方案即礦坑按目前推進(jìn)方向繼續(xù)向東推進(jìn)，為過背斜期間均衡生產(chǎn)剝采比并順利實(shí)現(xiàn)采區(qū)轉(zhuǎn)向，在礦坑北部區(qū)域進(jìn)行拉溝延深、超前采掘，形成東西走向工作線，逐漸將礦坑推進(jìn)方向由自西向東轉(zhuǎn)向?yàn)樽员毕蚰希瑥亩鴮?shí)現(xiàn)首采區(qū)向二采區(qū)轉(zhuǎn)向工作同時保證原煤接續(xù)。轉(zhuǎn)向完成后，二采區(qū)東西向布置工作線向南推進(jìn)直至南部境界，同時向西緩幫形成工作幫，向西推進(jìn)直到全礦開采結(jié)束?！爸蓖?北部超前”方案開采順序如圖5所示

圖5 “直推+北部超前”方案開采順序

3.2 生產(chǎn)接續(xù)方案經(jīng)濟(jì)比較

根據(jù)開采順序及不同時期運(yùn)距、提升高度的變化，南擴(kuò)方案、“南擴(kuò)+北部超前”方案、“直推+北部超前”方案分別把安家?guī)X露天礦分為9個、8個、8個階段，分階段進(jìn)行運(yùn)距的計算及生產(chǎn)成本分析，可以得到全礦所有階段的指標(biāo)參數(shù)和生產(chǎn)成本見表1—表3所示。

表1 南擴(kuò)方案各階段指標(biāo)參數(shù)及成本

3個方案各年度內(nèi)排運(yùn)距、提升高程和噸煤成本的對比如圖6—圖8所示。

3.3 生產(chǎn)接續(xù)方案比較結(jié)果

1）“南擴(kuò)+北部超前”方案由于重載橋梁無法實(shí)施，上部剝離物需經(jīng)東外排土場繞排至內(nèi)排土場，不但增加了剝離運(yùn)距和提升高度，同時也給生產(chǎn)組織帶來困難。

2）推遲1年實(shí)施南擴(kuò)，導(dǎo)致南擴(kuò)區(qū)域工作幫無法按原計劃時間形成，存在1年的剝離欠量，為保證礦坑正常生產(chǎn)接續(xù)，必須加大近5年內(nèi)的生產(chǎn)剝采比。

表2 “南擴(kuò)+北部超前”方案各階段指標(biāo)參數(shù)及成本

表3 “直推+北部超前”方案各階段指標(biāo)參數(shù)及成本

圖6 內(nèi)排運(yùn)距對比

圖7 提升高度對比

圖8 噸煤成本對比

3）若實(shí)施南擴(kuò)，3年后地表將推進(jìn)至已購地界。為保證原煤接續(xù)，必須加大北部超前區(qū)域延深速度，并受到背斜下降區(qū)域無法排土影響，北部超前剝離小坑剝離物需運(yùn)輸?shù)絏1330及以上土場，運(yùn)距、提升高度急劇增大，造成生產(chǎn)成本增加。

4）“直推+北部超前”方案，前5年受背斜下降區(qū)域無法排土影響，同時北部超前小坑延深較快，致使提升高度逐年增加。但從第5年開始實(shí)現(xiàn)內(nèi)排后，提升高度明顯下降并趨于平穩(wěn)，可以保證產(chǎn)量及生產(chǎn)成本相對穩(wěn)定。

5）目前白西溝征地已經(jīng)基本得到解決，采用“直推+北部超前”方案，近8年內(nèi)無需再進(jìn)行村莊搬遷工作，只涉及到王高登、西家寨等村的土地征用問題，可以減少近幾年的征地方面的資金投入。

6）“直推+北部超前”方案可以保留目前南幫運(yùn)輸系統(tǒng)，將破碎站向東移設(shè)，縮短近幾年的原煤運(yùn)距。同時當(dāng)北部超前剝離小坑形成后，可將破碎站移至坑底，進(jìn)一步縮短原煤運(yùn)距。

4 結(jié)論

1）背斜是影響露天礦生產(chǎn)的主要地質(zhì)構(gòu)造之一，造成露煤困難，原煤開采難度增大；剝離工作面接續(xù)緊張；排棄運(yùn)距、提升高度大幅增加等不利影響。

2）開采程序的改變一定程度上可緩解控制性構(gòu)造對露天礦生產(chǎn)造成的影響。根據(jù)安家?guī)X礦實(shí)際生產(chǎn)條件以及地質(zhì)構(gòu)造情況，提出了南擴(kuò)方案、“南擴(kuò)+北部超前”方案、“直推+北部超”前3個生產(chǎn)接續(xù)方案。

3）根據(jù)對不同方案各生產(chǎn)指標(biāo)以及經(jīng)濟(jì)情況進(jìn)行對比，最優(yōu)方案為“直推+北部超前”方案，不僅可以平穩(wěn)過渡蘆子溝背斜、保證產(chǎn)量穩(wěn)定，而且為今后生產(chǎn)創(chuàng)造了有利條件。

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【責(zé)任編輯：解連江】

Production continuation scheme optimization of crossing the anticline in Anjialing Open-pit Mine

DUAN Renxi,SUN Zhiming,MEI Bin,CHEN Long,REN Long
(Anjialing Open-pit Mine,China Coal Pingshuo Group Co.,Ltd.,Shuozhou 036006,China)

Geological structure is one of the main factors that affect the mining of open-pit mine.At present,the main geological structures of Anjialing Open-pit Mine are Luzigou anticline and reverse fault.Based on the detailed analysis of the adverse effects brought by the anticline,the article proposes the different production continuation schemes and obtains the optimal scheme through comparison.

open-pit mine;anticline;scheme comparison

TD824

B

1671－9816（2017）02－0001－05

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.02.001

段仁希，孫志鳴，梅斌,等.安家?guī)X露天礦過背斜生產(chǎn)接續(xù)方案優(yōu)化［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（2）：1-4.

2016-08-01

段仁希（1973—），男，漢族，1995年畢業(yè)于天津理工學(xué)院一分院，現(xiàn)任安家?guī)X礦設(shè)備管理部主管。