黑山头露天煤矿开采工艺的合理选择

摘要：露天煤矿的生产过程基本是一样的，而不同矿山具体条件下，所用的开采工艺是不同的。本文根据黑山头露天煤矿工程实际及后续发展规模，提出了可行的开采工艺方案，

关键词：露天煤矿；开采工艺；剥离

中图分类号：TH 文献标识码：A 文章编号：1009-914x（2014）32-01-01

一、矿井概况

黑山头露天煤矿位于准东煤田的中小露天煤矿开采区范围内，行政区划属奇台县管辖。本矿建设规模为4.00Mt/a，露天开采境界范围内，海拔738m～692m，相对高差46m，高差不大。煤层赋存于侏罗系中统西山窑组中，首采区含煤地层赋存厚度23.55m～220m，平均183.97m，煤层厚21.43m～60.32m，平均厚度42.88m。区内地表无常年水流，夏季降雨形成的暂时性水流向北部低洼地排泄汇集蒸发，或原地滞留形成淤积泥板地盐渍化砂土。本矿剥离物自然状态下抗压强度一般小于30.0MPa，初始拉沟位置选择在首采区的东北部，本矿一号外排土场选择在首采区的东北侧，距初始拉沟位置较近，初期剥离物运往一号外排土场北部。

二、开采工艺的选择

露天煤矿常用的有四大开采工艺，即单斗-卡车开采工艺、轮斗连续开采工艺、半连续开采工艺和拉斗铲倒堆开采工艺。

1.单斗―卡车开采工艺

优点：（1）有较高的机动性、灵活性，工艺系统简单、适应性强；（2）工作线短、推进强度大、矿建工程量小；（3）建设周期短，初期投资少；（4）采掘设备效率高，有利于选采，回采率高，有利于提高煤质。

缺点：（1）燃油消耗量大、修理费用高，生产成本高；（2）设备数量多，管理相对复杂。

本矿特点是煤层多，煤层厚度相对较小；外排运距近。根据露天矿煤层赋存条件、建设规模、年度剥离量以及排土条件等因素分析，单斗―卡车开采工艺应作为本矿首选开采工艺。

2.轮斗连续开采工艺

目前开采成本比较低的工艺是轮斗连续开采工艺，但本工艺在本矿的使用上受到一定限制。

首先，本矿煤层赋存于侏罗系中统西山窑组中，该段主要发育有B1、B2、B3、B4-1、B5、B6、B7-1、B7-2、B8共9个可采煤层，煤层层数多且煤层及煤层间夹石层厚度相对较小，在结构如此复杂的煤系地层中不可能采用轮斗连续开采工艺开采，轮斗连续开采工艺只能适用于煤系地层以上剥离物的开采；但根据地质报告，B1煤层顶板以上岩层天然状态下的抗压强度一般在3.30～25.10Mpa之间，不适合采用轮斗连续开采工艺开采，露天矿首采区适合轮斗连续工艺开采的第四系覆盖层厚度一般1.0～15.04m，平均厚度仅5.73m。适合轮斗连续开采工艺开采的第四系剥离量小且年度产量极不均衡，根据地质条件分析本矿不适合采用轮斗连续工艺开采；另外，本地区11月～次年2月为冬季，气候严寒，绝对最低气温达～49.8℃（1969.1.26）。冻土期5个半月，冻土最大深度1.3m。从气候条件分析本矿也不适合采用轮斗连续开采工艺。

3.半连续开采工艺

半连续开采工艺包括“单斗―卡车+半移动破碎站―带式输送机―排土机”半连续开采工艺和“单斗―自移式破碎机―带式输送机―排土机”半连续开采工艺。

（1）单斗―卡车+半移动破碎站―带式输送机―排土机半连续开采工艺

本工艺优点：具备单斗―卡车工艺机动灵活的特点，同时又具有运输费用较低的特点。适于生产能力大、运量大、运输距离长的露天矿。

缺点：初期投资高，投资回收期较长。

黑山头露天煤矿煤层赋存条件复杂，露天开采境界内可采煤层9层，单斗―卡车开采工艺和单斗―卡车+半移动破碎站半连续开采工艺在开采方式上都能发挥单斗―卡车机动、灵活、便于选采的的优点，适合本露天矿的煤层开采。

但是根据本矿开采深度大、年度剥离量相对较小、露天煤矿开始内排后采场下部台阶内排运距近、排土工作线短等特点，露天矿无法实现全部采用半连续开采工艺，剥离只有可能采用“单斗―卡车”和“单斗―卡车+半移动破碎站―带式输送机―排土机”相结合的综合开采工艺。

（2）单斗―自移式破碎机―带式输送机――排土机半连续开采工艺。

本开采工艺的特点是单斗挖掘采装，直接向自移式破碎机供料，破碎后的物料直接转载到工作面带式输送机、端帮带式输送机、地面及排土场带式输送机，最后由卸料车卸载、排土机排弃，与单斗―卡车+半移动破碎站半连续开采工艺相比，本工艺节省了卡车运输环节，更有利于降低露天矿生产成本。

但自移式破碎机半连续开采工艺采用了工作面带式输送机系统，其节省成本的同时也降低了系统的灵活性，为降低工作面带式输送机的移设频率，其采掘工作线长度一般在2.0km至3.0km比较适宜。并且自移式破碎机半连续开采工艺只能适用于单一煤层或剥离物的开采，很难实现选采；本矿煤层埋藏浅，煤系地层厚度大，含煤层数多，露天矿剥离主要为煤系地层剥离物，因此自移式破碎机半连续开采工艺从开采技术条件上不适合本露天矿。

4.拉斗铲倒堆开采工艺

拉斗铲倒堆开采工艺与轮斗连续开采工艺一样，也是目前开采成本较低的开采工艺，但针对本矿煤层地质赋存条件，本工艺在本矿的使用上也受到一定限制。

首先，本矿煤系地层的特点是含煤层数多、煤层间夹石层厚度小，尤其是露天矿开采的最下部煤层――B8煤层，其顶板夹石层厚度仅4.24m～41.22m，平均24.4m，夹石层厚度薄且分布不均，采用拉斗铲倒堆开采工艺增加了露天矿开采工艺的复杂性，生产管理复杂，设备投资高且无法发挥其效率；另外从本矿煤层倾角及工作线长度等方面分析，也不适合采用拉斗铲倒堆开采工艺，不做详细论述。

三、剥离开采工艺的选择

根据上述分析，本矿可能选择的开采工艺有：1.单斗―卡车开采工艺；2.“单斗―卡车开采工艺”与“单斗―卡车+半移动破碎站半连续开采工艺”相结合的综合开采工艺。

根据本矿达产年工程位置，设计针对采场下部6.0Mm3的剥离量进行“单斗――卡车开采工艺”和“单斗―卡车+半移动破碎站半连续开采工艺”进行方案比选。

3.1、单斗―卡车开采工艺系统

达产时采掘场下部6.0Mm?的剥离物（+680水平以下）自采掘工作面由电动液压挖掘机采装自卸卡车运输，自卸卡车经工作帮移动坑线及一号出入沟运至地面，再由地面运输道路运往一号外排土场（北排土场）排弃。

经计算，采用此开采工艺采装6.0Mm?剥离物需7m?电动液压挖掘机4台；45t自卸卡车24台；320HP推土机3台。

3.2单斗―卡车+半移动破碎站半连续开采工艺系统

达产时采掘场下部6.0Mm?的剥离物（+680水平以下）自采掘工作面由电动液压挖掘机采装、自卸卡车运输，自卸卡车经工作帮移动坑线运至+680水平半固定破碎站卸载，经破碎后再由带式输送机运往一号外排土场（北排土场）排弃。

3.3 剥离可能采用的开采工艺方案比较

经计算，采用此开采工艺采装6.0Mm?剥离物需7m?电动液压挖掘机4台；45t自卸卡车15台；4000t/h半固定破碎站1台；带宽1.6m带式输送机2.35km；转载机一台；4000t/h排土机1台；320HP推土机1台。

另外，从投资及成本分析比较可以看出，单斗-卡车开采工艺较半移动式破碎站半连续工艺少投资9855万元、年运营费多1435.6万元，按静态投资分析法，投资回收期约7.6年。

通过技术经济比较，露天煤矿剥离采用一套年能力为6.00Mm3的“单斗―卡车+半移动破碎站―带式输送机―排土机”半连续开采工艺（其余采用单斗―卡车开采工艺），技术是可行的，但经济上投资回收期偏长，并同时存在如下问题：1.露天矿外排运距较小，半连续开采工艺运输成本低的优势不能充分发挥；2.露天矿外排土场排土空间小、排土高度大，排土工作线布置困难，工程量大；3.生产管理复杂化。

四、结束语

本矿推荐的开采工艺为剥离采用单斗―卡车开采工艺，采煤采用单斗―卡车+半移动破碎站半连续开采工艺，破碎站设在运煤出入沟口地面位置，破碎后的原煤通过带式输送机运往地面生产系统。如果在条件允许的情况下，可以考虑发展综合工艺，选用多种开采方式可以扬长避短，产生最大经济效益。

作者简介：谢银春（1988―），男，本科，新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市，助理工程师，现就职于新疆煤炭设计研究院有限责任公司，主要从事露天矿设计、咨询方面的工作。