馬婧佳

（中煤科工集團(tuán)沈陽設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧沈陽110015）

拋擲爆破側(cè)壓三角煤開采方案的研究

馬婧佳

（中煤科工集團(tuán)沈陽設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧沈陽110015）

拋擲爆破將造成煤層頂板水平以下側(cè)壓三角煤形成爆堆,整個三角煤開采方案由爆堆剝離與對應(yīng)的三角煤回收共同制約。由于剝離作業(yè)空間狹窄，采剝時空關(guān)系緊張,需要研究爆堆合理開采方法,并分析影響因素，確定三角煤最優(yōu)回收方案。

露天礦；拋擲爆破；爆堆；三角煤

0 引言

哈爾烏素露天煤礦北鄰已建成的黑岱溝露天煤礦，生產(chǎn)規(guī)模為35.0 Mt/a,現(xiàn)剝離開采工藝為松動爆破-單斗-卡車工藝，但該工藝的運(yùn)營成本受運(yùn)距和提升高度等影響較大[1]。根據(jù)與哈爾烏素露天礦毗鄰的黑岱溝露天煤礦高臺階拋擲爆破技術(shù)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，拋擲爆破技術(shù)可將約35%左右的剝離物直接拋至采空區(qū)，大大減少了整個露天煤礦巖石剝離工程量，降低了剝離費(fèi)用。

哈爾烏素露天礦煤層賦存條件相似，煤層上部剝離物平均厚度約為150 m，具備實(shí)施高臺階拋擲爆破的條件。2010年哈爾烏素露天礦在解決工作面過小煤窯采空區(qū)問題時層應(yīng)用過拋擲爆破技術(shù)，實(shí)踐證明該技術(shù)在哈爾烏素露天礦具備應(yīng)用的條件。

拋擲爆破技術(shù)的實(shí)施要與該礦單斗-卡車工藝結(jié)合，分析拋擲爆破后剝離作業(yè)空間與采剝時空關(guān)系，探討三角煤與對應(yīng)爆堆的開采方案。

1 開采條件概述

哈爾烏素采區(qū)主要可采煤層為6#煤層，目前正在開采一條區(qū)南部采區(qū)，在空間上與黑岱溝采區(qū)（一條區(qū)北部采區(qū)）相鄰，具有相同的地質(zhì)構(gòu)造情況，煤層平均厚度為30 m，煤層傾角小于10°平均開采深度170 m。煤層上部巖層厚度60～130 m，平均厚度100 m，根據(jù)此賦存條件，可在煤層頂板一定高度范圍的巖石臺階采用拋擲爆破技術(shù)。

2 拋擲爆破+單斗-卡車工藝開采程序

哈爾烏素露天礦采用拋擲爆破將部分拋擲爆破量直接拋至采空區(qū)，將有效減少露天礦剝離工程量，提高剝離作業(yè)的效率。其中，采用合理的開采程序是此工藝得以實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵因素。

在完成拋擲爆破后，煤層頂板以上爆堆經(jīng)電鏟刷幫后，爆堆形態(tài)較為穩(wěn)定，考慮哈爾烏素采區(qū)現(xiàn)有設(shè)備規(guī)格，分上下兩層剝離，每層布置1臺電鏟，臺階分層高度為15 m。而側(cè)壓三角煤部分爆堆的剝離作業(yè)空間狹窄，需進(jìn)一步進(jìn)行研究。

3 煤層頂板水平以下側(cè)壓三角煤爆堆開采方案

煤層頂板水平以下側(cè)壓三角煤爆堆同煤層一樣，分2層剝離，下分層采用電鏟進(jìn)行剝離作業(yè)時，由于電鏟難以實(shí)現(xiàn)下挖，只能在底部作業(yè)，需要留有足夠的工作面寬度。根據(jù)哈爾烏素采區(qū)現(xiàn)有設(shè)備規(guī)格，確定最小工作面寬度為60～65 m，但這樣會使得有效拋擲率降低，單斗-卡車工藝開采的投資與運(yùn)營成本高，因此以降低有效拋擲率來置換卡車作業(yè)空間的方案不可行，并未達(dá)到拋擲爆破的效果。電鏟開采下部剝離臺階剖面圖如圖1。

圖1 電鏟開采下部剝離臺階剖面示意圖

因此，如何充分考慮三角爆堆尤其是下層三角爆堆的作業(yè)空間與設(shè)備作業(yè)空間的匹配關(guān)系，合理確定側(cè)壓三角煤爆堆的開采方法是關(guān)鍵問題。

4 側(cè)壓三角煤爆堆合理開采方法的研究

側(cè)壓三角煤爆堆的剝離作業(yè)空間狹窄，采剝時空關(guān)系緊張，為了解決高效剝離的問題，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，提出有效的側(cè)壓三角煤爆堆剝離方案。

4.1 技術(shù)分析

技術(shù)方案特點(diǎn)：利用礦山已有設(shè)備，側(cè)壓三角煤爆堆臺階下分層剝離由兩種規(guī)格的液壓鏟完成。

煤頂板水平以下側(cè)壓三角煤爆堆分三層剝離，下部臺階和中部臺階可以充分利用礦山現(xiàn)有EX1900-2型液壓挖掘機(jī)以減少投資。其中EX1900-2型液壓挖掘機(jī)最大下挖深度為9.2 m，上部臺階高度取15 m，采用電鏟剝離。中部臺階高度取9 m，最下部臺階高度取6 m，需購置1臺斗容8 m3以上且下挖深度大于6 m3的液壓反鏟。兩種液壓反鏟開采下部剝離臺階剖面圖如圖2。

4.2 開采程序

1）上分層臺階高度為15 m，由電鏟刷幫剝離，卡車配合作業(yè)。

圖2 2種液壓反鏟開采三角臺階爆堆示意圖

2）中部臺階高度取9 m，采用EX1900-2反鏟剝離，推土機(jī)配合作業(yè)。此時推土機(jī)沿著該臺階需刷幫的爆堆坡底線修一條通往端幫道路的運(yùn)輸通道。使中部爆堆順利通過端幫道路排棄至內(nèi)排土場。

3）下部臺階高度取6 m，采用反鏟剝離，卡車經(jīng)下部煤臺階頂板及臨時斜坡道進(jìn)行調(diào)車與運(yùn)輸剝離物至內(nèi)排土場。此時需購置1臺下挖深度大于6 m，斗容大于8 m3的液壓反鏟，預(yù)計(jì)設(shè)備投資800萬元。

為了保證時空關(guān)系的有效銜接,預(yù)留卡車作業(yè)空間，現(xiàn)場實(shí)踐中，要關(guān)注在側(cè)壓三角煤堆分層剝離時，每層的運(yùn)輸設(shè)備運(yùn)輸路徑的不同。

在具體開采程序上，要爆堆剝離在煤層之前留有穩(wěn)定的超前距離。上下分層的爆堆剝離也要超前預(yù)留空間，同時重點(diǎn)關(guān)注側(cè)壓三角煤下分層剝離物的運(yùn)輸方式?？梢酝ㄟ^各個煤臺階坡頂面及煤臺階之間建立的臨時斜坡道，或者在采空區(qū)修建臨時道路，最終排棄至內(nèi)排土場。

5 側(cè)壓三角煤的壓煤回收的研究

側(cè)壓三角煤是否開采，開采多少三角煤量要結(jié)合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，主要取決于煤的售價、成本，其中煤的運(yùn)距與成本直接相關(guān)，因此要結(jié)合當(dāng)下現(xiàn)有市場條件，企業(yè)煤炭經(jīng)營情況研究側(cè)壓三角煤回收方案。

5.1 方案的前提條件

由于采用拋擲爆破，采煤上部臺階對應(yīng)的刷煤幫部分的三角剝離量很少，且與爆破效果密切相關(guān)，故不在本次論述范圍內(nèi)，方案比選的前提是在采煤的下部臺階15 m范圍內(nèi)的丟煤方案。結(jié)合現(xiàn)有作業(yè)條件，提出2種回收方案。

5.2 技術(shù)比選

1）方案1：采煤下部臺階三角煤全面回收，下挖采深30 m。此方案須另購置原有服務(wù)6 m煤厚的小型液壓鏟，考慮采煤利潤與剝離成本的關(guān)系，兼顧資源利用的最大化，此時工程已采近煤層底板時，剝離屬于拋擲爆破二次剝離部分，運(yùn)距及提升高度變化少，生產(chǎn)剝采比低，剝離成本低，三角煤對應(yīng)的位置關(guān)系如圖3。

圖3 方案1：下部15 m臺階三角煤全部回收示意圖

2）方案2：采煤下部臺階由液壓鏟部分回收下部三角煤，丟煤厚為6 m。該方案在開采程序上較為簡單，液壓鏟直接服務(wù)于原有下部臺階的煤層頂板上，只采煤厚9 m的作業(yè)空間，余下的6 m煤厚作為丟煤方案，不回收。如圖4。

圖4 方案2丟6 m煤臺階中的三角煤示意圖

方案2相比方案1因?yàn)樯釛壊糠秩敲?，在組織生產(chǎn)的難易程度上更容易實(shí)現(xiàn)。方案1的煤全部回收對應(yīng)的剝離量需要另外購置下挖深度6 m的反鏟配合已有設(shè)備EX1900-2反鏟作業(yè)。2個方案在技術(shù)上均可實(shí)現(xiàn)，需要落實(shí)到經(jīng)濟(jì)的分析比較。

5.3 經(jīng)濟(jì)比選

根據(jù)圖4—圖5所示，粉色區(qū)域?yàn)槿敲簩?yīng)的側(cè)切面積。起到?jīng)Q定作用的參數(shù)為下分層臺階的下挖深度，根據(jù)不同下挖深度，在全工作線開采條件下，得到三角煤回收與剝離量的對應(yīng)關(guān)系，2個方案對應(yīng)煤量與剝離量見表1。

依據(jù)現(xiàn)有礦山的單位采裝、提升、運(yùn)輸成本得出2個方案對應(yīng)的采煤成本與剝離成本，分別見表2—表3。

依據(jù)現(xiàn)有市場經(jīng)營情況，煤售價暫按140元/t計(jì)算，得出原煤總售價，進(jìn)而分析得出采煤利潤。丟煤方案的可行與否取決于丟棄的三角煤損失的利潤與少剝離節(jié)省的成本之間的比較。即采煤利潤與剝離成本的差值為正，說明對應(yīng)方案的經(jīng)濟(jì)效益最好。2個三角煤回收方案經(jīng)濟(jì)比選見表4。

表1 2個方案對應(yīng)煤量與剝離量

表2 2個方案對應(yīng)的采煤成本

表3 2個方案對應(yīng)的剝離成本

表4 2個方案對應(yīng)的經(jīng)濟(jì)比較 萬元

由表4可知，在當(dāng)下經(jīng)濟(jì)條件下，方案1（三角煤全部采出）經(jīng)濟(jì)效益最好，煤層全部采出可得到2 784.5萬元的經(jīng)濟(jì)效益。

經(jīng)數(shù)學(xué)模型的分析可知，三角煤是否全部回收主要取決于煤的售價、成本，其中煤的運(yùn)距與成本直接相關(guān)。本次方案考慮煤全部采出去往地面破碎站，如果破碎站移設(shè)位置發(fā)生變化，仍需再次驗(yàn)證采煤成本。

綜上，現(xiàn)有開采條件與市場環(huán)境下，6#煤的三角煤全部回收只須另購置原有服務(wù)6 m煤厚的小型液壓鏟,此方案技術(shù)可行，經(jīng)濟(jì)最優(yōu)。

6 拋擲爆破煤層的開采方法

根據(jù)哈爾烏素采區(qū)實(shí)際情況，煤層傾斜劃分為2個臺階開采，在采用拋擲爆破技術(shù)后，盡可能保證較高的有效拋擲率，無法在工作線推進(jìn)方向劃分臺階并布置采煤工作面，只能沿著工作線方向分層，并沿工作線方向推進(jìn)。每個臺階配備1臺單斗挖掘機(jī)，實(shí)行端工作面開采，兩臺挖掘機(jī)之間實(shí)行追蹤式開采。

7 結(jié)論

拋擲爆破造成的煤層頂板水平以下側(cè)壓三角煤爆堆分3層剝離，上分層臺階高度為15 m，由電鏟刷幫剝離，中部臺階高度為9 m，采用反鏟剝離，下部臺階高度取6 m，另購置反鏟剝離,相應(yīng)的側(cè)壓三角煤在當(dāng)前市場環(huán)境下全部回收為技術(shù)可行經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)的方案。

［1］馬培忠，董寶弟，于正義，等.哈爾烏素露天煤礦初步設(shè)計(jì)說明書［R］.沈陽：中煤國際工程集團(tuán)沈陽設(shè)計(jì)研究院，2006.

［2］駱中洲.露天采礦學(xué)［M］.徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1986.

［3］郭昭華.露天煤礦無運(yùn)輸?shù)苟验_采技術(shù)及應(yīng)用研究［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2012.

［4］楊國華，張殿輝.淺談影響露天礦拋擲爆破效果的因素［J］.內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2008（6）：55-57．

［5］潘井瀾.拋擲爆破在露天臺階式采礦中應(yīng)用的探討［J］.化工礦山技術(shù)，1992（6）：1-4．

［6］李克民，張幼蒂，傅洪賢.露天煤礦拋擲爆破參數(shù)分析［J］.采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2006（4）：423-426．

［7］閆文彬.哈爾烏素露天煤礦拋擲爆破技術(shù)的研究［J］.露天采礦技術(shù)，2012（3）：96-98．

［8］喬燕珍，張周愛，馬力.露天煤礦拋擲爆破與端幫靠幫開采應(yīng)用研究［J］.煤炭技術(shù)，2017（2）：23-25.

【責(zé)任編輯：陳毓】

Research on the mining scheme of the side triangle coal with throwing blasting

MA Jingjia
(China Coal Technology and Engineering Group Shenyang Design&Research Institute,Shenyang 110015,China)

The throwing blasting can result in blasted-pile,formed by side triangle coal which is below the level of coal seam roof, and the whole triangle coal mining scheme will be controlled by blasted-pile strip and corresponding reclaim of triangle coal.Due to the narrow space of stripping operation and the tension between time and space,it is necessary to study the rational mining method of blasted-pile and analyze the influencing factors to determine the optimal reclaim scheme of triangle coal.

open-pit mine;throwing blasting;blasted-pile;triangle coal

TD824

B

1671-9816（2017）05-0012-04

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.05.004

馬婧佳.拋擲爆破側(cè)壓三角煤開采方案的研究［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（5）：12-15.

2017-03-14

馬婧佳（(1983—），女，漢族，遼寧葫蘆島人，工程師，本科，2006年畢業(yè)于遼寧工程技術(shù)大學(xué)礦物資源工程專業(yè)，現(xiàn)為中煤科工集團(tuán)沈陽設(shè)計(jì)研究院有限公司項(xiàng)目總設(shè)計(jì)師，主要從事采礦工程設(shè)計(jì)與科研工作。