新疆興盛露天煤礦輪斗采煤系統(tǒng)轉(zhuǎn)向移設(shè)方案

梁明智

（新疆疆納礦業(yè)有限公司，新疆 伊吾 839300）

新疆伊吾淖毛湖礦區(qū)位于新疆維吾爾自治區(qū)哈密市伊吾縣和巴里坤縣境內(nèi)，行政區(qū)劃屬伊吾縣和巴里坤縣共同管轄。礦區(qū)東西長(zhǎng)約59 km，南北寬約12 km，面積約440 km2，煤炭資源儲(chǔ)量64 億t。興盛露天煤礦位于新疆哈密伊吾縣淖毛湖礦區(qū)西北部，煤礦呈東西方向長(zhǎng)條形，面積32.53 km2，地質(zhì)資源量47 319 萬(wàn)t。煤炭資源多以長(zhǎng)焰煤為主，煤質(zhì)具有揮發(fā)分高、焦油產(chǎn)率高、煤氣產(chǎn)率高和低硫、低磷、低灰、富油的特點(diǎn)。煤礦一期生產(chǎn)能力300 萬(wàn)t/a，是淖毛湖礦區(qū)的主力煤礦。

露天礦的開采工藝直接影響到其經(jīng)濟(jì)效益，合適的開采工藝能夠節(jié)省生產(chǎn)成本。露天礦采用的采礦工藝通常有：間斷工藝、半連續(xù)開采工藝、輪斗連續(xù)工藝[1]。2019 年興盛露天煤礦引入首臺(tái)套完全國(guó)產(chǎn)化的輪斗連續(xù)采煤系統(tǒng)，系統(tǒng)自投入運(yùn)行以來(lái)取得了較好的經(jīng)濟(jì)和科技示范效應(yīng)。輪斗連續(xù)系統(tǒng)在具有諸多優(yōu)勢(shì)的同時(shí)也有系統(tǒng)復(fù)雜、配套設(shè)備多等缺點(diǎn)，尤其是在采用聯(lián)合工藝的露天礦山，與其它工藝之間相互影響和制約尤為明顯。因此，研究輪斗系統(tǒng)的合理的布設(shè)方式顯得尤為重要。

1 采煤工藝

興盛露天煤礦采煤工藝采用單斗-卡車+輪斗連續(xù)采煤的綜合采煤工藝。輪斗系統(tǒng)初期布置在采場(chǎng)南幫下部，上部是單斗-卡車采煤，端幫帶式輸送機(jī)橫穿內(nèi)排土場(chǎng)中部，由于2 套采煤系統(tǒng)推進(jìn)速度不匹配，輪斗采煤工作面整體推進(jìn)滯后，煤底板不能及時(shí)露出，加之帶式輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)從內(nèi)排土場(chǎng)中部橫穿，切斷了內(nèi)排西部的運(yùn)輸?shù)缆罚斐刹蓤?chǎng)西部剝離物料運(yùn)輸距離遠(yuǎn)，導(dǎo)致內(nèi)排空間逐步減少已無(wú)法滿足現(xiàn)有設(shè)備滿負(fù)荷生產(chǎn)，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)的正常進(jìn)行。輪斗采煤系統(tǒng)布設(shè)在南幫的采掘現(xiàn)狀圖如圖1。

為了徹底解決采剝接續(xù)問題，優(yōu)化運(yùn)輸系統(tǒng)，計(jì)劃通過將輪斗移設(shè)西幫，把輪斗采煤系統(tǒng)和單斗-卡車作業(yè)區(qū)域分開，減少相互影響。同時(shí)將內(nèi)排土場(chǎng)整體聯(lián)通，以解決采場(chǎng)西部剝離物料排棄的問題，保證采剝接續(xù)正常。輪斗采煤系統(tǒng)移設(shè)涉及膠帶機(jī)的布設(shè)以及初期工作面的布置，需要對(duì)布設(shè)方案進(jìn)行論證研究，提出合理的移設(shè)方案。

2 輪斗連續(xù)采煤帶式輸送機(jī)布設(shè)

2.1 輪斗采掘機(jī)機(jī)頭位置

根據(jù)地質(zhì)資料，采場(chǎng)境界北部由于自然風(fēng)化作用，存在大量風(fēng)氧化煤，煤層平均厚度3～6 m，總量約400～500 萬(wàn)t。該煤發(fā)熱量低，一般用作腐殖酸肥料生產(chǎn)原料，經(jīng)濟(jì)價(jià)值不高。風(fēng)氧化煤呈粉末化存在易自燃，如把輪斗布置在該煤層，設(shè)備作業(yè)困難，且存在安全風(fēng)險(xiǎn)。因此輪斗機(jī)頭位置（即出入溝溝底位置）需要盡量避開該區(qū)域。為避免無(wú)效剝離，西幫推進(jìn)采用自東向西，從南向北逐步到界的方法，避免采用從地表境界拉溝向南降深的采掘方式。西幫北部到界示意圖如圖2。

根據(jù)實(shí)際揭露煤層情況及勘測(cè)成果顯示，地表界南偏140 m 左右范圍內(nèi)都是風(fēng)氧化煤，為保證輪斗系統(tǒng)避開該區(qū)域，因此輪斗采掘機(jī)機(jī)頭位置（出入溝溝底）確定在地表界南140 m，出入溝底標(biāo)高278 m 水平。風(fēng)氧化煤區(qū)域采用反鏟進(jìn)行選采，最終視銷售情況確定是否開采到地表北境界。

2.2 帶式輸送機(jī)機(jī)機(jī)道布設(shè)方案

根據(jù)輪斗采煤系統(tǒng)裝車站位置和現(xiàn)有地面帶式輸送機(jī)、輪斗布置的作業(yè)區(qū)域，結(jié)合采場(chǎng)、內(nèi)排排土場(chǎng)現(xiàn)狀圖，選擇可行的帶式輸送機(jī)機(jī)道布置線路。機(jī)道地表以上布置在北幫地表，裝車站上倉(cāng)帶式輸送機(jī)-地表帶式輸送機(jī)-北幫出入溝帶式輸送機(jī)-端幫帶式輸送機(jī)-工作面帶式輸送機(jī)-輪斗采煤機(jī)。采場(chǎng)輪斗作業(yè)最低標(biāo)高257 m 水平至地表305 m 水平，總提升高度48 m。機(jī)道布置方案有2 種。

2.2.1 方案1

方案1 共需要帶式輸送機(jī)4 條：工作面帶式輸送機(jī)B104 機(jī)頭布置在278 m 水平，與端幫帶式輸送機(jī)B103 搭接，東西向布置，端幫帶式輸送機(jī)接地表帶式輸送機(jī)B102，地表帶式輸送機(jī)與出入溝帶式輸送機(jī)共用，省去出入溝帶式輸送機(jī)，上倉(cāng)帶式輸送機(jī)B101 沿北幫地表布設(shè)。方案1 帶式輸送機(jī)系統(tǒng)布置示意圖如圖3。

圖3 方案1 帶式輸送機(jī)系統(tǒng)布置示意圖

沿內(nèi)排土場(chǎng)與北幫交界線布置。帶式輸送機(jī)出入溝由東向西布設(shè)在北幫與內(nèi)排交界區(qū)域，將出入溝帶式輸送機(jī)和地面帶式輸送機(jī)合并成1 條帶式輸送機(jī)，分為上坡段和平段，地表帶式輸送機(jī)布設(shè)在土場(chǎng)高桿燈以南。出入溝基道施工挖方量為10 萬(wàn)m3，其中二次剝離量為6.7 萬(wàn)m3。方案1 各帶式輸送機(jī)技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 方案1 各帶式輸送機(jī)技術(shù)參數(shù)

2.2.2 方案2

在出入溝北幫布置。布設(shè)方向?yàn)闁|北-西南方向布置，即增加1 條出入溝帶式輸送機(jī)。地面帶式輸送機(jī)布置在高桿燈以北，較方案1 向北偏轉(zhuǎn)了7°，帶式輸送機(jī)方向與地表境界基本一致。

方案2 需布設(shè)5 臺(tái)帶式輸送機(jī)：工作面帶式輸送機(jī)B105、端幫帶式輸送機(jī)B104、出入溝帶式輸送機(jī)B103、地面帶式輸送機(jī)B102、上倉(cāng)帶式輸送機(jī)B101。B105 與B104 搭接，布設(shè)在278～257 m 水平；B104 水平布置在北幫，搭接B103；B103 自278 m 水平至地表300 m 水平，出坑后經(jīng)B102 至B101；B102沿地表300～303 m 水平布設(shè)，B101 利用原上倉(cāng)帶式輸送機(jī)。方案2 帶式輸送機(jī)系統(tǒng)布置示意圖如圖4。

圖4 方案2 膠帶系統(tǒng)布置示意圖

出入溝基道施工以填方量為主，挖方量為2.5萬(wàn)m3，不產(chǎn)生二次剝離。方案2 各帶式輸送機(jī)技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 方案2 各帶式輸送機(jī)技術(shù)參數(shù)

2.2.3 方案比選

方案1 優(yōu)點(diǎn)：①可以減少1 條出入溝內(nèi)的帶式輸送機(jī)，減少帶式輸送機(jī)投資；②隨著帶式輸送機(jī)的減少，系統(tǒng)可靠性會(huì)相應(yīng)提高，可以減少輪斗連續(xù)系統(tǒng)的故障率，便于輪斗連續(xù)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，便于輪斗連續(xù)系統(tǒng)的管理，可有效提高輪斗連續(xù)系統(tǒng)運(yùn)行和生產(chǎn)能力；③出入溝固定，當(dāng)西幫工作面向前推進(jìn)時(shí)，延長(zhǎng)端幫帶式輸送機(jī)即可，減少移設(shè)的工程量，縮短移設(shè)時(shí)間，減小對(duì)正常供煤的影響。

方案1 缺點(diǎn)：①出入溝固定不動(dòng)，輪斗工作面向前推進(jìn)時(shí)，端幫帶式輸送機(jī)需沿直線延伸，因此需給端幫帶式輸送機(jī)留設(shè)溝槽；②在西幫北側(cè)地表境界南偏140 m 給端幫帶式輸送機(jī)機(jī)道留設(shè)溝槽，機(jī)道寬度為20 m，離機(jī)道留設(shè)50 m 安全距離開始內(nèi)排，西幫按年推進(jìn)500 m 計(jì)算，每年損失內(nèi)排空間約60萬(wàn)m3；③當(dāng)北部煤層賦存變化較大時(shí)不能靈活應(yīng)對(duì)，遇大調(diào)整時(shí)，地表帶式輸送機(jī)及端幫帶式輸送機(jī)均需要整體調(diào)整，所需工程量較大，移設(shè)工期較長(zhǎng)；④出入溝施工涉及二次剝離量，費(fèi)用約為80 萬(wàn)元。

方案2 優(yōu)點(diǎn)：①端幫延伸重新做出入溝時(shí)，地面帶式輸送機(jī)只需延長(zhǎng)不用重新鋪設(shè)，較為靈活；②隨出入溝位置向西移設(shè)，內(nèi)排可以及時(shí)跟進(jìn)，每年增加內(nèi)排量60 萬(wàn)m3；③出入溝施工不涉及二次剝離量，較方案1 節(jié)省約80 萬(wàn)元。

方案2 缺點(diǎn)：①增加1 條出入溝帶式輸送機(jī)，會(huì)增加相應(yīng)投資和安裝費(fèi)用；②增加1 條出入溝帶式輸送機(jī)會(huì)相應(yīng)增加帶式輸送機(jī)的故障率，減小連續(xù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，導(dǎo)致輪斗效率降低的因素增多。

通過比較可知，方案1 雖設(shè)備數(shù)量少，但會(huì)增加二次剝離費(fèi)用約80 萬(wàn)元，且會(huì)損失排土空間。考慮二次剝離方量、占用內(nèi)排量以及出入溝布置、帶式輸送機(jī)機(jī)移設(shè)工作量、移設(shè)時(shí)間、輪斗連續(xù)系統(tǒng)運(yùn)行管理、生產(chǎn)效率等方面因素，最終選用方案2 為帶式輸送機(jī)道布設(shè)方案。

采用方案2，西工作幫向西推進(jìn)時(shí)，可從坑下接續(xù)端幫帶式輸送機(jī)，盡量減少出入溝的重新布置，以減少出入溝帶式輸送機(jī)和地面帶式輸送機(jī)鋪設(shè)的工程量。當(dāng)工作幫西推后北部深部境界變化大時(shí)，再重新做出入溝，移設(shè)地表及出入溝帶式輸送機(jī)。

3 輪斗采煤工作面

3.1 輪斗采煤工作面布設(shè)方案

3.3.1 方案1

工作線南北傾向布設(shè)。機(jī)頭布置在北側(cè)境界南偏140 m 處煤層底板+278 m 水平上，由北向南以3.25%的坡度布置輪斗采煤臺(tái)階，機(jī)尾標(biāo)高為+257 m。輪斗按上下2 個(gè)臺(tái)階開采，上部臺(tái)階高10 m，下部臺(tái)階高7 m；為便于工作幫帶式輸送機(jī)安裝，其所在平盤寬度留設(shè)35 m。工作面形成后，輪斗挖掘機(jī)開采1 煤上部17 m 范圍，采用組合臺(tái)階方式進(jìn)行開采，主臺(tái)階高10 m，下分臺(tái)階高7 m。

西幫1 煤以上臺(tái)階整體推進(jìn)170 m，初期輪斗工作面由反鏟采煤形成，計(jì)劃剝離量602 萬(wàn)m3,反鏟采煤量100 萬(wàn)t，輪斗備煤量130 萬(wàn)t，工期為3 個(gè)月。優(yōu)點(diǎn)：①輪斗工作面隨反鏟采煤形成，作業(yè)條件較好；②工作面帶式輸送機(jī)布設(shè)施工容易，1 次布設(shè)到位。缺點(diǎn)：施工工程量大，工期長(zhǎng)。

3.3.2 方案2

工作線南北向偽傾斜布設(shè)。機(jī)頭位置與方案1一致，由北向南以3.25%的坡度布置輪斗采煤臺(tái)階，機(jī)尾標(biāo)高為+257 m(初期+267 m)，工作線機(jī)尾向東偏轉(zhuǎn)2°，輪斗按上下2 個(gè)臺(tái)階開采；初始工作面為南北向煤溝，寬度23 m。工作面形成后輪斗挖掘機(jī)開采1 煤上部14 m 范圍，先采煤溝東側(cè)，采用組合臺(tái)階進(jìn)行開采，初期上分臺(tái)階高7 m，后期上分臺(tái)階逐步降深為10 m，下分臺(tái)階高7 m。

西幫1 煤以上臺(tái)階推進(jìn)150 m，輪斗及帶式輸送機(jī)布上后先采工作面東側(cè)煤炭擴(kuò)開平盤，然后再調(diào)整輪斗及帶式輸送機(jī)位置向西采，計(jì)劃剝離量350 萬(wàn)m3,形成輪斗工作面采煤量20 萬(wàn)t，輪斗備煤量180 萬(wàn)t，工期2 個(gè)月。優(yōu)點(diǎn)：①剝離施工工程量小；②輪斗能夠快速投入使用；③后期輪斗可以先采用扇形開采，采出足夠距離后再增加端幫帶式輸送機(jī)，服務(wù)時(shí)間長(zhǎng)。缺點(diǎn)：煤工作面掏槽施工空間小，施工有一定難度。

3.3.3 方案比選

方案2 較方案1 工程剝離量小，能夠盡快形成輪斗工作位置，雖較方案1 露煤量小，但是通過掏槽形成工作面，輪斗既可以向西采煤也可以東擴(kuò)采煤，備采煤量較為充足，按輪斗月采煤40 萬(wàn)t，可以采至3 月末，而來(lái)年剝離計(jì)劃3 月初開工，可以保證輪斗的采煤接續(xù)。因此，綜合考慮到施工時(shí)間靠近冬季，外委施工停滯等因素，為減少剝離工作量盡快使輪斗投入生產(chǎn)，確定采用方案2 為輪斗采煤工作面布設(shè)方案，初期輪斗采煤工作面采用偽傾斜方式布置。

4 結(jié)語(yǔ)

1）通過生產(chǎn)現(xiàn)狀分析了當(dāng)前生產(chǎn)面臨的問題，找出了造成導(dǎo)致采剝接續(xù)及排土空間不足的原因，即生產(chǎn)輪斗采煤系統(tǒng)和單斗-卡車采煤作業(yè)區(qū)域交叉相互影響，輪斗帶式輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)切斷內(nèi)排道路，確定了輪斗移設(shè)西幫的解決方案。通過對(duì)地質(zhì)資料及現(xiàn)場(chǎng)煤層揭露情況，查清了風(fēng)氧化煤的大概區(qū)域即北境界以南140 m 范圍，確定了風(fēng)氧化煤區(qū)域輪斗采掘機(jī)機(jī)頭位置（出入溝溝底位置）。

2）對(duì)輪斗連續(xù)采煤系統(tǒng)的移設(shè)西幫的帶式輸送機(jī)出入溝及帶式輸送機(jī)布設(shè)方式進(jìn)行了研究。通過工程費(fèi)用及當(dāng)西推后北部深部境界變化大等因素考慮，確定了出入溝設(shè)置北幫，東北-西南方向布置，地面帶式輸送機(jī)布置在高桿燈以北偏轉(zhuǎn)7°，帶式輸送機(jī)方向與地表境界基本一致。隨西幫工作面往前推，形成工作面帶式輸送機(jī)、端幫帶式輸送機(jī)、出入溝帶式輸送機(jī)、地面上倉(cāng)帶式輸送機(jī)，共5 條帶式輸送機(jī)。比較移設(shè)初期輪斗工作面的布設(shè)方式，選擇了初期剝離工程量較小的南北偽傾斜掏槽布設(shè)方案。