胡鵬飛，袁金祥

（華能伊敏煤電有限責任公司 伊敏露天礦，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021134）

露天礦半連續(xù)開采工藝是被世界采礦工作者公認為最具發(fā)展前景的一種開采工藝，近幾十年來發(fā)展迅速，兼顧了連續(xù)工藝和間斷工藝的優(yōu)點，具有生產(chǎn)高效、生產(chǎn)成本低、適應性強等特點，在生產(chǎn)實踐中展現(xiàn)了強大的生命力[1-3]。伊敏露天礦于2008 年引進的采煤自移式破碎機半連續(xù)系統(tǒng)，設計能力900 萬t/a。自2011 年以來，經(jīng)過不斷的運行參數(shù)優(yōu)化，目前平均年產(chǎn)煤炭已超1 000 萬t，成為國內(nèi)半連續(xù)工藝成功應用案例之一。

伊敏露天礦半連續(xù)系統(tǒng)，主要采掘16＃煤層的中下部，采用主采臺階和下分臺階組合臺階形式開采[4]。在伊敏露天礦二、三采區(qū)扇形轉(zhuǎn)向過渡期間，經(jīng)過優(yōu)化調(diào)整，增加主采臺階矮臺階，形成了“主采臺階高臺階16 m+主采臺階矮臺階6 m+下分臺階8 m”新的組合臺階形式，使半連續(xù)系統(tǒng)轉(zhuǎn)在向期間仍然可以實現(xiàn)高產(chǎn)，取得了良好的經(jīng)濟效益。2020 年伊敏露天礦完成了扇形轉(zhuǎn)向，同年伊敏露天礦產(chǎn)能核增至2 700 萬t/a，在推進方式和推進速度均發(fā)生變化的情況下，半連續(xù)系統(tǒng)的推進與露天礦整體推進出現(xiàn)了不匹配的現(xiàn)象。2021 年這一問題更加凸顯，半連續(xù)系統(tǒng)推進速度明顯低于上部臺階，導致內(nèi)排土場空間釋放受限，生產(chǎn)接續(xù)緊張[5-8]。為此，伊敏露天礦圍繞半連續(xù)系統(tǒng)的開采參數(shù)進行優(yōu)化，在半連續(xù)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)設計能力的前提下，使系統(tǒng)推進度與露天礦整體協(xié)調(diào)統(tǒng)一，以保證生產(chǎn)接續(xù)穩(wěn)定。

1 生產(chǎn)接續(xù)問題產(chǎn)生原因

伊敏露天礦使用連續(xù)工藝、單斗-卡車間斷工藝、半連續(xù)工藝的聯(lián)合開采工藝進行采剝作業(yè)。多種工藝并存導致生產(chǎn)系統(tǒng)復雜，在生產(chǎn)中易出現(xiàn)推進不協(xié)調(diào)的現(xiàn)象。在完成采區(qū)轉(zhuǎn)向后，半連續(xù)系統(tǒng)仍然沿用“主采臺階高臺階16 m+主采臺階矮臺階6 m+下分臺階8 m”的組合臺階形式。開采參數(shù)為總臺階高度30 m、工作線長度700 m、采掘帶寬度25 m，并繼續(xù)采用4 采1 移的方式。半連續(xù)系統(tǒng)的推進慢于上部各采掘臺階，限制了內(nèi)排土場空間的釋放，出現(xiàn)了生產(chǎn)接續(xù)緊張的問題。

1）由于半連續(xù)系統(tǒng)自身特性，只有將單周期可采量全部采掘完成，工作面帶式輸送機移設后，才能釋放下部空間。而當半連續(xù)系統(tǒng)單周期可采量較多，移設后釋放內(nèi)排土場的空間不足以維持到下次移設時，就會出現(xiàn)排土接續(xù)緊張的問題。

2）半連續(xù)系統(tǒng)下部煤炭的開采速度下降。由于煤層賦存變化的原因，半連續(xù)系統(tǒng)采掘后的底板煤炭裂隙發(fā)育不良，導致煤層所含水處理的時間增加，底板煤炭采掘工期延長。進一步限制了內(nèi)排土場空間釋放，解決的方式也只能通過調(diào)整半連續(xù)系統(tǒng)移設周期的方式解決，即調(diào)整半連續(xù)系統(tǒng)單周期可采量。

2 優(yōu)化參數(shù)及可選范圍

近年來，隨著半連續(xù)工藝的發(fā)展及應用，行業(yè)內(nèi)許多專家針對半連續(xù)系統(tǒng)的各開采要素的優(yōu)化做了廣泛研究[9-13]。而本次為了解決推進度不協(xié)調(diào)導致的內(nèi)排空間接續(xù)問題，需要通過調(diào)整半連續(xù)系統(tǒng)單周期可采量的方式解決。但是在優(yōu)化調(diào)整中，要減少對半連續(xù)系統(tǒng)采掘效率的影響，確保半連續(xù)系統(tǒng)保持900 萬t/a 的生產(chǎn)能力。所以在各項參數(shù)中，僅針對采掘帶數(shù)量、組合臺階高度、工作線長度3 個要素進行優(yōu)化研究。在研究前，首先確定了各參數(shù)可選的范圍，減少后期的無效計算。

1）采掘帶數(shù)量。采掘帶數(shù)量受到設備的外形尺寸和實際的生產(chǎn)組織2 個方面的限制。伊敏露天礦半連續(xù)系統(tǒng)最大可以實現(xiàn)4 個采掘帶，當采掘帶數(shù)量少于3 個時，半連續(xù)系統(tǒng)將面臨頻繁移設，并不合理，所以采掘帶數(shù)量僅考慮3～4 個。

2）組合臺階高度。考慮到半連續(xù)系統(tǒng)的生產(chǎn)效率，組合臺階高度的取值存在以下限制：①除主采臺階高臺階外，其它2 個采掘臺階高度不宜降低；②主采臺階高臺階高度不宜低于12 m。最終選取的組合臺階高度取值范圍為12～30 m，并取4 m 作為遞增梯度。

3）工作線長度。工作線長度的取值受限于以下2 個方面：①三采區(qū)的采煤工作線總長度；②考慮系統(tǒng)移設頻次不能過大。因此工作線長度取值范圍選取500～800 m，并取50 m 作為遞增梯度。

3 開采參數(shù)優(yōu)化

3.1 各方案單周期可采量

根據(jù)各個參數(shù)的取值范圍，可以計算出各方案單周期的可采量。半連續(xù)系統(tǒng)的單周期可采量：

式中：Q為1 個移設周期內(nèi)可采量，萬t；L為工作線長度，m；H1為主采臺階高臺階高度，m；H2為矮臺階高度，m；H3為下分臺階高度，m；W為采掘帶寬度，25 m；n 為采掘帶數(shù)量；ρ 為煤的密度，1.12 t/m3。

各方案單周期可采量計算結(jié)果見表1。

表1 各方案單周期可采量計算結(jié)果

3.2 方案篩選

根據(jù)系統(tǒng)年產(chǎn)量、臺階高度、內(nèi)排土場接續(xù)3 個方面的影響因素，對方案進行比選。

1）系統(tǒng)年產(chǎn)量。根據(jù)煤炭產(chǎn)量推算，伊敏露天礦的年推進度預計為450 m。按照3 個采掘帶計算，系統(tǒng)每年需要移設6 次，移設時間預計42 d，實際作業(yè)時間329 d。根據(jù)近年統(tǒng)計數(shù)據(jù)，半連續(xù)系統(tǒng)的平均效率為2.7 萬t/d，據(jù)此計算出3 個采掘帶的方案下，半連續(xù)系統(tǒng)年產(chǎn)量為888 萬t。在4 個采掘帶方案中，每年移設時間預計最大為30 d，實際作業(yè)時間335 d，按照2.7 萬t/d 的效率計算，半連續(xù)系統(tǒng)年產(chǎn)量為904 萬t。由此可見，3 個采掘帶的方案，由于半連續(xù)系統(tǒng)受移設時間長的影響，年產(chǎn)量小于設計的900 萬t/a，所以此方案不合理。在4 個采掘帶的各個方案中，按照年煤炭產(chǎn)量900 萬t，最多移設5 次計算，單周期內(nèi)可采量不能小于180 萬t，所以僅保留4 個采掘帶中可采量大于180 萬t 的方案。

2）內(nèi)排土場接續(xù)。由于半連續(xù)系統(tǒng)的特點，只有工作面帶式輸送機移設后，下部臺階才能推進。半連續(xù)系統(tǒng)的單周期采掘時間和疏干降水時間的和必須小于移設釋放內(nèi)排空間的回填時間，否則將出現(xiàn)接續(xù)問題。在4 個采掘帶條件下，半連續(xù)系統(tǒng)移設1 次釋放的排土空間約為3 150 萬m3，能夠滿足排土84 d 排土的需要。根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場實際，半連續(xù)系統(tǒng)下部疏干降水的時間預計需要10 d，所以半連續(xù)系統(tǒng)單周期內(nèi)的采掘時間不能大于74 d，按照半連續(xù)系統(tǒng)2.7 萬t/d 的效率計算，單周期內(nèi)的可采量不能大于200 萬t。因此保留單周期內(nèi)可采量小于等于200 萬t的方案。

3）臺階高度。在臺階高度方面，雖然半連續(xù)系統(tǒng)較為靈活，組合臺階高度的選取值較多。但是在實際生產(chǎn)中，臺階高度大于22 m 時，就需要采掘2 個6 m 的小臺階，同時系統(tǒng)每次移設完成前，需要單斗卡車采掘開切口，增加了生產(chǎn)組織的復雜性。臺階高度較低將影響半連續(xù)系統(tǒng)的效率，存在不能完成900 萬t/a 生產(chǎn)目標的可能。因此僅考慮臺階高度小于等于22 m 的方案。

3.3 優(yōu)化結(jié)果

根據(jù)上述優(yōu)化篩選結(jié)果，最佳的方案為半連續(xù)系統(tǒng)的組合臺階高度22 m，仍然采用4 個采掘帶的生產(chǎn)組織模式，工作線長度范圍為750～800 m 之間。此方案能夠保證半連續(xù)系統(tǒng)生產(chǎn)效率不受影響的同時，推進度滿足生產(chǎn)接續(xù)的需要。

4 結(jié)語

通過對伊敏露天礦半連續(xù)系統(tǒng)的采掘帶數(shù)量、臺階高度、工作線長度進行優(yōu)化分析，確定了半連續(xù)生產(chǎn)系統(tǒng)在2 700 萬t/a 的能力條件下各項參數(shù)的最佳布置方案，解決了伊敏露天礦由于生產(chǎn)能力變化導致的推進度不協(xié)調(diào)的問題。研究成果已經(jīng)成功運用到伊敏露天礦實際生產(chǎn)中，將半連續(xù)系統(tǒng)的推進度與整體推進度協(xié)調(diào)統(tǒng)一，確保了伊敏露天礦的生產(chǎn)接續(xù)穩(wěn)定。