閆 崠，趙英拓，吳明軒,姚 奇

（撫順礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司 東露天礦，遼寧 撫順 113004）

露天礦影響邊坡穩(wěn)定性的內(nèi)因是巖石本身的礦物組成、巖石內(nèi)的構(gòu)造應(yīng)力以及巖體當(dāng)中的地質(zhì)結(jié)構(gòu)面[1]。撫順東露天礦南幫煤層底板以下大部分巖種為凝灰?guī)r，同時(shí)凝灰?guī)r上部覆蓋有第四紀(jì)沖積層，為保證東露天礦邊坡穩(wěn)定，南幫清巖界內(nèi)的凝灰?guī)r及沖積層需要在采掘降深的同時(shí)清理完成。東露天礦按照邊坡穩(wěn)定的要求，選擇何種工藝對(duì)該部分泥巖量進(jìn)行清理是生產(chǎn)技術(shù)人員亟待解決的問題。

1 礦區(qū)概況

東露天礦地處丘陵向平原過渡地帶，地表標(biāo)高＋70～＋105 m，礦坑周邊地勢(shì)南高北低，東露天礦開采的主要有益礦產(chǎn)是油頁巖富礦和煤，開采的煤層是復(fù)合煤層，由2～38個(gè)分層組成，全區(qū)發(fā)育[2]，礦田內(nèi)油頁巖與煤炭伴生賦存。生產(chǎn)作業(yè)過程中，礦坑北幫沿用撫順西露天礦鐵路開采經(jīng)驗(yàn)繼續(xù)采用單斗電鏟-鐵道工藝進(jìn)行油頁巖資源的開采，南幫采用單斗電鏟-卡車工藝對(duì)煤炭資源進(jìn)行采掘作業(yè)。東露天礦巖層分布情況為北幫最上部依次為泥沙沖積層、綠色泥巖，下部為油頁巖、煤炭、凝灰?guī)r及玄武巖。

2 南幫清巖的重要性

露天礦邊坡穩(wěn)定性研究歷來是露天礦安全生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)問題，并一直是巖石力學(xué)等相關(guān)學(xué)科的基本命題[3]。目前，撫順東露天礦煤炭采區(qū)最深水平為－30 m水平，隨著東露天礦開采水平的逐年降深，開采深度不斷增加，其邊坡不穩(wěn)定性也會(huì)進(jìn)一步增加。南幫清巖作業(yè)符合邊坡穩(wěn)定設(shè)計(jì)要求，在生產(chǎn)組織過程中需要對(duì)清巖區(qū)域逐幅降深采掘作業(yè)，以提高邊坡穩(wěn)定性，避免滑坡災(zāi)害的發(fā)生。東露天礦南幫E8300～E7100區(qū)域南環(huán)公路上部清巖未到界，該部分清巖量的存在直接影響南干線鐵路向南移設(shè)到界，同時(shí)因南環(huán)公路上部未到界直接影響南環(huán)公路下部清巖降深。E8300～E7100區(qū)間南干線以上水平巖種主要有黃泥沖積層及片麻巖，巖性較軟，在雨季容易出現(xiàn)泥石流，對(duì)安全生產(chǎn)存在隱患。

3 清巖現(xiàn)狀

3.1 南幫煤炭采區(qū)現(xiàn)狀

截至2019年初，東露天礦南幫煤炭采區(qū)共有4個(gè)，分別為南幫東區(qū)、南幫西區(qū)、坑底東區(qū)及坑底西區(qū)。南幫東區(qū)和南幫西區(qū)采掘水平為＋26 m水平，南幫東區(qū)工作線長(zhǎng)0.6 km，南幫西區(qū)工作線長(zhǎng)1.4 km?？拥讝|、西區(qū)煤炭采區(qū)整體呈西高東低布局，工作線總長(zhǎng)度為2.2 km，采掘水平在－12～－30 m水平之間。煤炭采區(qū)通常采用北側(cè)拉溝向南推進(jìn)的開采方式進(jìn)行采煤作業(yè)，臺(tái)階高度平均為8 m。E8300～E7100區(qū)間南干線上部清巖位于南幫西區(qū)及坑底西區(qū)煤炭采區(qū)上部，水平為＋105 m，南干線上部及時(shí)清巖作業(yè)可為下部煤炭采區(qū)擴(kuò)采到界提供作業(yè)條件。

3.2 清巖作業(yè)現(xiàn)狀

根據(jù)清巖穩(wěn)定境界的要求，東露天礦南幫清巖在E8300～E7100區(qū)間主要有2部分，分別為＋105 m水平以上南干線上部清巖和＋105 m水平以下南干線下部擴(kuò)采清巖。對(duì)于南干線上部地表水補(bǔ)給量增加，地質(zhì)條件復(fù)雜，涌水未得到徹底治理，給露天礦安全生產(chǎn)造成了極大的困難[4]；南干線下部擴(kuò)采清巖在空間位置上需要南干線上部清巖到界后方可組織施工作業(yè)。南干線下部擴(kuò)采清巖巖種主要有泥沙沖積層和凝灰?guī)r，作業(yè)過程需要對(duì)凝灰?guī)r進(jìn)行爆破松動(dòng)。南干線上部清巖位置圖如圖1。

圖1 南干線上部清巖位置圖

4 清巖工藝

東露天礦現(xiàn)有的采裝設(shè)備有單斗電鏟、液壓反鏟及前裝機(jī)，運(yùn)輸設(shè)備有鐵路自翻車及礦用卡車。對(duì)于清巖區(qū)域選擇何種開采工藝作業(yè)要綜合考慮安全生產(chǎn)及經(jīng)濟(jì)成本因素。

1）單斗電鏟-鐵路自翻車開采。單斗電鏟-鐵路開采工藝適合的工作線長(zhǎng)度在1 000～1 200 m，南干線清巖區(qū)域工作線長(zhǎng)度為1 200 m，在工作線長(zhǎng)度上符合單斗電鏟-鐵路開采工藝。采用該種工藝作業(yè)時(shí)，單斗電鏟行走路面需要平整硬實(shí)，采掘工作面滲水會(huì)導(dǎo)致單斗電鏟行走路面松軟下沉，容易造成單斗電鏟翻板沉陷事故，影響單斗電鏟安全作業(yè)。

2）液壓反鏟裝卡車開采。南干線區(qū)域采用卡車工藝，即液壓反鏟裝卡車方式進(jìn)行清巖作業(yè)，該種工藝卡車將清巖量運(yùn)輸至北幫“汽轉(zhuǎn)鐵”剝離采區(qū)排棄，清巖量需再次經(jīng)過單斗電鏟-鐵路工藝排棄至西露天礦內(nèi)排土場(chǎng)。

3）液壓反鏟裝鐵路自翻車開采。南干線清巖區(qū)域現(xiàn)有運(yùn)輸煤炭鐵路，即南干線，設(shè)計(jì)在南干線E7600附近新設(shè)清巖信站房，由該站房配出清巖專用采掘線路延伸至作業(yè)區(qū)域。清巖區(qū)域鋪設(shè)專用采掘線路后，可采用液壓反鏟裝鐵路自翻車方式進(jìn)行清巖，剝離物通過鐵路排棄至西露天礦內(nèi)排土場(chǎng)。液壓反鏟具備移動(dòng)便捷，升降速度快，復(fù)雜地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。

5 清巖工藝可行性比較

1）單斗電鏟-鐵路自翻車開采可行性。采用單斗電鏟-鐵路作業(yè)方式對(duì)南干線區(qū)域清巖作業(yè)，清巖量可以通過鐵路自翻車運(yùn)輸至內(nèi)排土場(chǎng)進(jìn)行排棄。采用單斗電鏟清巖作業(yè)，首先需要確保采裝路面平整硬實(shí)，南干線區(qū)域地表沖積層滲水量較大，清巖區(qū)域常年處于水泡泥濘狀態(tài)。單斗電鏟采裝作業(yè)前需進(jìn)行掏挖淤泥、回填鋪墊矸石過程，鋪墊矸石壓實(shí)后，單斗電鏟方可進(jìn)行行走、采掘作業(yè)，該過程會(huì)造成生產(chǎn)效率低下，清巖進(jìn)度緩慢；清巖區(qū)域鐵路采掘線路受坡度制約，不能鋪設(shè)延伸至＋135 m水平，進(jìn)而單斗電鏟需在＋105 m水平處采裝作業(yè)，上部清巖需由液壓反鏟甩貨、推土機(jī)送貨或卡車短途搗運(yùn)至單斗電鏟采裝位置，生產(chǎn)組成環(huán)節(jié)較為復(fù)雜；受單斗電鏟作業(yè)特點(diǎn)影響，單斗電鏟直接采掘至境界線，會(huì)破壞邊坡巖層，生產(chǎn)中需要在采掘區(qū)域到界邊緣剩余1條采掘帶寬度，屆時(shí)還需要利用液壓反鏟進(jìn)行邊坡修整到界工作。

2）液壓反鏟裝卡車開采可行性。采用液壓反鏟采裝清巖量裝礦用卡車方式，南干線清巖量需要經(jīng)過卡車排棄至北幫電鏟作業(yè)采區(qū)進(jìn)行“汽轉(zhuǎn)鐵”作業(yè)。清巖量卸載至汽轉(zhuǎn)鐵區(qū)域，再由剝離單斗電鏟采裝進(jìn)鐵路自翻車運(yùn)輸至內(nèi)排土場(chǎng)。該方案增加了北幫剝離單斗電鏟作業(yè)量，滯后了剝離采區(qū)推進(jìn)進(jìn)度；南干線清巖區(qū)域至北幫68E1“汽轉(zhuǎn)鐵”卸載區(qū)域運(yùn)輸距離約3.8 km，30 t以下卡車合理運(yùn)距為2～3 km[5]。清巖量通過該種方式作業(yè)運(yùn)輸距離超過卡車經(jīng)濟(jì)合理運(yùn)距3 km，隨著運(yùn)距的增加噸運(yùn)輸成本也隨之而增加[6]，采用卡車運(yùn)輸在經(jīng)濟(jì)上不合理。

3）液壓反鏟裝鐵路自翻車開采可行性。采用液壓反鏟裝鐵路自翻車可以利用現(xiàn)有南干線作為運(yùn)輸線路，采用液壓反鏟上裝下挖方式進(jìn)行裝車，根據(jù)液壓反鏟在露天采場(chǎng)的生產(chǎn)實(shí)踐[7]，利用液壓反鏟行走能力強(qiáng)，可適應(yīng)泥濘環(huán)境特點(diǎn)可以節(jié)省矸石置換淤泥鋪墊地盤環(huán)節(jié)。同時(shí)，對(duì)于最終境界清巖區(qū)域采用液壓反鏟可以直接在采裝過程中完成邊坡修整任務(wù)；清巖成本方面，采用液壓反鏟裝鐵路自翻車方案相比液壓反鏟裝卡車開采可節(jié)省“汽轉(zhuǎn)鐵”環(huán)節(jié)，節(jié)省生產(chǎn)成本支出的同時(shí)可有效提高生產(chǎn)效率。

綜上所述，通過在技術(shù)及經(jīng)濟(jì)上比對(duì)分析，最終確定了選擇液壓反鏟裝鐵路自翻車方式進(jìn)行南干線區(qū)域清巖作業(yè)。

6 清巖施工開拓工程

1）鋪設(shè)道口。將南干線E7600區(qū)域無人道口向西移設(shè)130 m。其目的是倒出南干線E7530區(qū)域位置，為工程作業(yè)鋪設(shè)道岔、專用采掘線做好準(zhǔn)備。

2）調(diào)整水溝位置。對(duì)南干線南側(cè)E7500～E8300區(qū)域的水溝按距離南干線路中心4 m、水溝上沿寬度3 m進(jìn)行調(diào)整，不具備條件的水溝，采取下管的方式處理，確保水溝通暢以及采掘線路的鋪設(shè)。

3）采掘工程量。設(shè)計(jì)利用南干線進(jìn)行裝車作業(yè)，在E7600～E8100區(qū)域采掘出專用采掘線鋪設(shè)位置，該部分工程量約8 000 m3。

4）鋪設(shè)專用采掘線。設(shè)計(jì)首先在南干線E7530區(qū)域鋪設(shè)道岔1組并向東鋪設(shè)采掘線路870 m，采掘南干線上部東側(cè)清巖量；其次，利用該道岔折返向西部鋪設(shè)采掘線500 m，以采掘南干線上部西側(cè)清巖量。

5）清巖降深工程。完成E7100～E8300區(qū)間南干線上部清巖工程，南干線向南移設(shè)到位后，設(shè)計(jì)采用電鐵系統(tǒng)對(duì)E6800～E8300區(qū)間南干線下部進(jìn)行降深清巖，采掘線逐幅折返降深，工作線長(zhǎng)度為1.6 km。系統(tǒng)延伸方法：①設(shè)計(jì)在儲(chǔ)煤場(chǎng)附近E8350區(qū)域、＋100 m水平出岔子向西鋪設(shè)采掘線，該采掘線在E8200區(qū)域、＋100 m水平與南環(huán)公路相交，需要在此設(shè)置1處道口，過道口后該采掘線向西與南環(huán)公路并行前進(jìn)，采掘線降深至＋92 m水平；②設(shè)計(jì)在E6900區(qū)域、＋92 m水平向東鋪設(shè)倒拉采掘線，該倒拉采掘線降深至＋84 m水平；③在E7900區(qū)域、＋84 m水平向西鋪設(shè)倒拉采掘線，該運(yùn)輸系統(tǒng)按15‰坡度最終降深至＋65 m水平。

7 成效分析

截至2018年末，E8300～E7100區(qū)間南干線上部E8200剖面處已完成清巖到界作業(yè)，剖面間距200 m，運(yùn)輸部南干線向南移設(shè)到位，符合初步設(shè)計(jì)開采規(guī)劃要求。隨著清巖量的繼續(xù)采掘，清巖到界后可為南干線整體移設(shè)到界提供空間位置。南幫E8300～E7100區(qū)間南干線上部清巖到界后可具備條件進(jìn)一步組織南干線下部逐幅降深到界工作，確保露天礦邊坡的長(zhǎng)久穩(wěn)定，并為坑底西區(qū)煤炭采區(qū)繼續(xù)降深出煤創(chuàng)造條件[8]。采用液壓反鏟裝鐵路自翻車工藝相比單斗電鏟-鐵道工藝可充分發(fā)揮液壓反鏟機(jī)動(dòng)靈活，升降便捷特點(diǎn)。同時(shí)，減少了因清巖區(qū)域滲水量大、地盤松軟，回填矸石環(huán)節(jié)，有利于提高清巖進(jìn)度。在經(jīng)濟(jì)成本上，液壓反鏟裝鐵路自翻車開采方式節(jié)省回填矸石環(huán)節(jié)成本約10萬元；液壓反鏟裝鐵路自翻車作業(yè)，相比液壓反鏟裝卡車作業(yè)減少了該部分剝離量“汽轉(zhuǎn)鐵”過程，按“汽轉(zhuǎn)鐵”環(huán)節(jié)剝離成本10元/m3計(jì)算，南干線上部清巖工程總量為38.5萬m3，預(yù)計(jì)采用液壓反鏟裝鐵路自翻車清巖可節(jié)省生產(chǎn)成本385萬元。合計(jì)可節(jié)省生產(chǎn)成本約395萬元。

8 結(jié)語

露天礦邊坡穩(wěn)定特別是深凹露天礦山生產(chǎn)與安全的重大難題，采用液壓反鏟裝鐵路自翻車工藝進(jìn)行清巖作業(yè)，提高邊坡穩(wěn)定性。該工藝因地制宜，充分運(yùn)用東露天礦現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備，有效發(fā)揮了液壓反鏟爬坡能力強(qiáng)、復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的作業(yè)特點(diǎn)；采用鐵路自翻車運(yùn)輸作業(yè)，剝離物直接通過鐵路運(yùn)往西露天礦內(nèi)排土場(chǎng)，減少了南幫清巖搗運(yùn)環(huán)節(jié)，避免了清巖量轉(zhuǎn)至北幫影響地表有序推進(jìn)難題。該工藝的成熟運(yùn)用，有效加快了東露天礦南幫清巖采掘進(jìn)度，為東露天礦邊坡的長(zhǎng)久穩(wěn)定帶來積極影響。