南露天煤礦轉向期間兩采區配合剝采方案優化

賈曉磊，董志龍，王平亮，劉福明，胡鐵男

（新疆天池能源有限責任公司，新疆 昌吉 831100）

根據以往露天礦山的生產經驗，露天礦生產轉向過渡期間，2 個采區同時進行剝采作業，生產組織管理復雜，如果過渡期剝采工程進度計劃安排不當，將會導致露天礦因采煤接續不上而減產，甚至停產。轉向過渡期間，開拓運輸系統復雜化，如果布置管理不當，也會使運距增大，運輸系統混亂，影響露天礦的正常生產。

一般情況，應按照剝采比均衡完成轉向期間2個采區配剝，不過由于該礦處于連續擴能期間，一期達產后進行了二期擴能生產。剝采比均衡要實現的主要目標就是保持產能在一段時期穩定，這2 點是矛盾的，因此不能按照傳統的剝采比均衡的方法均衡轉向擴能時期的剝采工作量[1]。甚至要有意識增加剝離量，防止因剝離作業滯后導致擴能計劃不能順利進行[2]。

1 現狀與問題簡述

新疆準東煤田的南露天煤礦設計規模30 Mt/a，一期工程10 Mt/a，二期工程30 Mt/a。一期工程已于2016 年達產，2017—2020 年為該礦擴能、轉向開采時期。該礦首采區劃分為首采一區和首采二區。開采順序為：首先開采首采一區，平行推進至南部分區境界后轉向開采首采二區。首采一區向首采二區的轉向接續采取緩幫過渡的方式。2018 年首采一區上部臺階已靠幫到界，轉向過渡開采開始實施，科學的轉向開采方案迫在眉睫。

結合南露天煤礦具體煤層賦存條件，綜合考慮靠幫到界推進度、運距、內排時間、平均工作線長度等因素，設計提出了4 種首采一區過渡到首采二區的轉向方案，對比分析了各方案的優缺點，進行方案評價，得出最優方案，縮短了采區轉向過渡時間，保證了產量接續，提前釋放了內排空間，為企業創造了顯著的經濟效益[1-2]。但推薦的最佳轉向方案未充分考慮擴能期間2 個采區的均衡生產，未定量計算2 采區配合剝采工程量。為平穩轉向、提升經濟效益，需要進一步對兩采區剝采配合方案進行研究。

剝離作業必須要跟采煤作業相配合，因為超前剝離量增大將增加礦山生產剝采比，降低礦山年度的經濟效益[3]。實現內排后，超前剝離量大會導致剝離工作線推進過快，增加內排運距，增加了生產成本，同樣也將降低礦山經濟效益[4]。因此，在不影響該礦擴能計劃的前提下，應合理的增加剝離作業生產能力，控制超前剝離量，盡可能不增加生產成本，實現轉向和擴能計劃的順利實施[5]。

2 兩采區采剝量分析

1）采區劃分及轉向。首采一區向首采二區轉向的方式為西側快速推進，到界后L 形開采東段，首采區內部劃分及轉向相對位置示意圖如圖1。分析首采區內部劃分及轉向相對位置可以看出雖然總體上是先采首采一區后采首采二區，但是在轉向期間為了完成首采二區緩幫和配剝配采，首采二區將提前開始剝采作業，相應的首采一區還剩余大量的煤巖量等待剝采。

圖1 首采區內部劃分及轉向相對位置示意圖

2）剝離量和煤量計算。以2018 年2 月現狀圖為研究起點，將2018 年2 月之后首采一區剩余的煤巖量圈定出來。按照年產量3 000 萬t/a，均衡生產剝采比2 m3/t 計算，年剝離量約為6 000 萬m3。從首采一區剩余的剝離量和煤量看，煤炭總量5 581.2 萬t，不足2 年的煤炭生產能力，剝離總量3 589.5 萬m3，不足1 年的剝離生產能力，由此可見必須在首采二區進行配剝。由于煤層傾斜，首采二區北部煤層埋藏淺，開采成本低且對下部臺階剝采形成制約，因此適當的配采也是必要的。

3）首采二區配剝和配采作業。轉向期間，首采二區需要進行配剝和配采作業，不過以配剝作業為主，以配采作業為輔。配剝配采作業應配合整體的轉向和擴能計劃，合理安排和分配首采二區的剝離作業量，防止因剝離滯后影響轉向和擴能計劃的順利進行，又要控制提前剝離量，盡可能降低生產成本。

3 兩采區剝采配合方案

1）以最小作業參數配采，以恒定剝離能力完成配剝。以最小作業參數完成采煤作業臺階的緩幫，煤量是完成轉向技術上必須的最小配采量，再少就會限制下部煤臺階形成工作線。這樣就能更多地開采首采一區的煤炭，加快首采一區橫采的推進速度，加快內排空間的釋放速度[8]。

2）剝離物按照均衡生產剝采比2 m3/t 計算剝離量。首采一區不足部分在首采二區配剝，將產生超前剝離，形成的首采二區的工作線是折線形的，其南部為超前推進的巖臺階，北部為按照最小參數緩幫的煤臺階。

按照首采一區轉向方案和首采二區開采參數,繪制的2019 年的工程位置圖如圖2，基于2019 年計劃生成的年工程量塊體模型如圖3。

圖2 2019 年工程位置圖

圖3 2019 年剝采量塊體模型

根據3DMine 建模算量，首采區剝離量和煤量年度開采計劃見表1。

表1 2019 年剝采計劃

按照最小作業參數配采能保證下部臺階的開采不受上部臺階制約，按照均衡剝采比配剝保證轉向期間及之后剝采不失衡。按照本方案實施，首采二區煤臺階具備最小能作業的標準，剝離臺階超前剝離，轉向到二區后能直接進行正常的采礦作業，平穩過渡。將首采一區的剝離量和煤炭開采量合計得到轉向期間的剝采總量見表2。

表2 2018—2019 年轉向期間剝采總量

兩采區配合剝采保證了采煤量、剝離量穩定，2018 年、2019 年均可實現平穩過渡。

2018 年5 月份南露天煤礦結合轉向期兩采區配合剝采方案詳細制定了轉向期3 年生產規劃設計（設計規模30 Mt/a），逐年計算外排土場剩余容量和內排土場釋放進度，2018 年、2019 年首采一區的深部剝離物排至內排土場，首采二區上部適合外排的剝離物排至外排土場，2020 年除地表向下3 個臺階外排外，其他剝離均實現內排。3 年均可按照均衡剝采比穩定生產，3 年內外排協調，可實現露天煤礦擴能期穩定生產，平穩過渡，并完成開采轉向。3 年規劃再次論證兩采區配合剝采方案的合理性。

4 結語

1）通過對南露天煤礦首采一區剩余剝采量和首采二區剝采分配的分析，轉向和擴能過程中要防止剝離滯后影響工程接續，又要控制提前剝離量，盡可能降低生產成本，實現礦山經濟效益最大化。

2）提出兩采區以最小作業參數配采同時以恒定剝離能力完成配剝的設計方案，定量確定了兩采區的原煤、剝離配合開采量，結合轉向期3 年生產規劃設計再次進行了論證了兩采區配合剝采的科學性、合理性。

3）兩采區配合剝采方案為露天煤礦擴能期穩定生產，平穩過渡，并順利完成開采轉向提供了科學的依據，對新疆準東地區巨厚煤層露天煤礦轉向開采都有借鑒意義。