鑫新煤礦開采方案優化研究

趙 鑫

(內蒙古蒙泰新鑫煤業有限責任公司,內蒙古 鄂爾多斯 017000)

近年來，隨著我國煤炭勘探技術的不斷發展，露天煤礦以其開采規模大、現代化程度高及資源回采率高等優勢，成為了我國煤炭開采的主要發展趨勢[1-4]。然而，其設計、施工及環境保護等方面，往往存在一些問題[5]。為此，本文以鑫新煤礦露天開采為工程背景，對其開采方案進行了優化研究，可為類似條件的露天煤礦開采提供借鑒。

1 礦區概況

鑫新煤礦礦區位于東勝煤田淺部，構造為南西傾斜的單斜構造，地層傾角1～3°，褶曲與斷層均不發育，具有寬緩的波狀起伏，無巖漿活動，屬簡單類型。主要含可采煤層2層，即6-1號與6-2號煤層，埋深0～77 m，采厚2.8～4.4 m，設計生產能力為120萬t/a。

2 原開采存在問題

1) 由于礦田內中部烽火臺的阻隔，導致工作線由東向西推進時需要繞避烽火臺，造成工作線布置困難，極大影響工作線推進速度，降低生產能力。

2) 由于榆烏公路東西橫穿采區北部區域，受公路位置的影響，導致工作線縮短、不能按原設計推進，需對露天礦工作線推進方向進行調整。

3) 原計劃分首采區和二采區，兩個采區相距甚遠，目前只有首采區內設有排土場，如果把二采區的剝離物移運到首采區排土場內，運距太遠，運輸成本較高，為此需要兼顧兩個采礦排巖需求，重新規劃設置排巖場地。

4) 目前，二采區下部存在采空區，對該采區后續的露天開采造成嚴重威脅，必須采取相應的安全防治措施。

3 開采方案優化

3.1 采區工作線推進方式優化

首采區在東部近南北向布置工作線，由東向西推進，采區寬度0.79 km，地表長度1 200 m，推進強度約260 m/a，首采區原工作線推進方式見圖1。

工作線推進速度是確定采區寬度的一項主要技術指標，根據國內外生產、設計經驗，用單斗-卡車開采工藝，工作線推進強度在400 m/a之內滿足規范要求。推進強度計算公式如下：

(1)

式中：V為推進強度，m/a；Q為設計規模，Mt/a；ρ為視密度，t/m3；H為煤層厚度，m；L為工作線長度，m。

鑫新煤礦煤層厚度6.39 m，視密度1.28 t/m3，工作線初始長度460 m，后續開采過程中，工作線長度通過去除烽火臺影響范圍的長度進行確定。根據公式(1)計算的推進強度為319 m/a，推進強度符合規定，研究提出將推進方向改為由南向北推進，工作線東西向“一”字型布置，采掘工程位于首采區中部，原工作面停采界限及優化后工作線推進長度與方向見圖2。

3.2 開拓運輸系統布置方法

鑫新煤礦工作線推進方向優化后，需對現用開拓運輸系統進行重新布置。首采區開采距離烽火臺最近距離為215 m。露天礦爆破產生的振動將對烽火臺產生影響，爆破地震安全距離，計算過程如下：

(2)

式中：R為爆破地震安全距離，m；Q為藥量(齊發爆破取總量，延期爆破取最大一段藥量)，kg；v為安全質點振動速度，cm/s；m為藥量指數；k、a為與爆破地點地形、地質條件有關的系數和衰減指數。

圖2 優化后工作線長度及推進方向示意

對于松動爆破：R=216 m、v=3 cm/s、m=1/3、k=150、a=1.5；根據公式(2)計算所需藥量為4 031.07 kg，而設計最大起爆藥量為204.8 kg，符合安全要求。

當出露煤量滿足兩個月正常生產備采煤量時達到設計能力，共形成6個剝離臺階，見圖2。剝離臺階的剝離物在工作面由液壓挖掘機裝載自卸卡車后，各開采水平的卡車沿工作幫移動坑線至煤層底板進入首采區采場內排土場道路，將剝離物運至內排土場排棄。工作線推進方向變更后，在推進的過程中，工作幫頂部臺階邊界距離原榆烏公路200 m時，對原公路進行改道，將榆烏公路改移到烽火臺南側，改道完成后，再進行推進開采。

3.3 二采區工作線推進及排土場位置確定

1) 二采區工作線推進方向。鑫新煤礦開采程序為先開采首采區，后開采二采區。為保障兩個采區順利接續，需要提前確定二采區的工作線推進方向及位置。二采區南部地形相對較低，煤層埋深淺，距離外排土場最近，基建工程量最小，布置開采工作面簡單，以此采取東西向拉溝，拉溝長度240 m，由南向北推進工作線。

2) 排土場位置的確定。根據排土場選擇原則及外排總量要求，外排土場位置選擇在二采區南部，煤層露頭線外沖溝內。由于二采區是一個山坡露天礦，開采完成后底板標高與周邊地形持平，研究確定在二采區南、東部沖溝內設置兩個外排土場，排土場規劃范圍的大小根據兩采區計劃排巖總量確定。同時，為了二采區開采時保證設備及人員的安全，需將采區周邊地形整平，排土場位置見圖3。

為安全開采二采區，二采區剝離物不進行內排而全部用于修筑運輸道路和整平二采區周邊溝壑。兩個外排土場均為二采區服務，二采區剝離物先回填在首采區開采結束時的遺留采坑，排棄量為4.23 Mm3，待首采區遺留采坑回填完畢后再排至一外排土場，當二采區工作線推進到二號外排土場位置時將剝離物就近排棄，可極大降低運輸成本。原辦公區位于一號外排土場境界內，在一號外排土場排棄前將辦公區搬遷至首采區北側現有生活區進行辦公。

4 二采區采空區防治措施

1) 設立采空區作業的專門管理機構，對采空區作業進行專門管理，采空區作業必須實行特殊作業專項負責制，確定專項作業負責人。

2) 收集系統、完整的井工煤礦開采資料，形成詳細的井上下對照圖。

3) 購置專用的空巷探測設備，如激光聲納探測儀等先進設備，以便更為準確地掌握空巷情況。

圖3 二采區工作線推進方向及排土場位置

4) 在日常穿孔、爆破中，應參照井上下對照圖，利用鉆機打探測孔，及時探明空巷頂幫厚度。根據各個空巷的高度、空巷頂板巖石松散系數、空巷底板傾斜角度以及選用的采掘設備等情況計算出各部分采空區的最小安全隔離層厚度。對于小于最小安全隔離層厚度的區域應以安全方式進行采空區穿孔爆破，使采空區塌落，以塌落物填實采空區，保證人員及設備安全。

5) 管理機構要經常對生產作業情況進行核查，發現異常及時處理，制定突發事故的搶險救援預案。

6) 制定具體的采空區生產作業規程，對具體作業人員進行培訓，使作業人員對面臨的現實危險有足夠的認識，能夠嚴格按作業規程進行生產，對異常情況有思想準備。

5 結 語

1) 通過計算分析工作線推進強度，提出將原東西向工作線推進方式改為南北向推進，有效保障了產能。

2) 通過分析露天爆破對烽火臺的影響，提出首采區工作幫頂部臺階邊界距離榆烏公路200 m時，對原公路進行改道，保障了運輸道路的通暢。

3) 為保障兩個采區產能順利接續，提出二采區由南向北推進工作線，同時在二采區附近增設兩個外排巖場供兩采區排巖，有效解決了礦山排巖問題。

4) 針對二采區采空區威脅，提出了相應的空區防治措施，有效保障了二采區露天采場作業的安全。