白乃庙露天煤矿跟踪内排开采程序分析

摘要：随着社会的发展与进步，重视露天煤矿的开采技术对于现实生活中具有重要的意义。本文主要介绍深露天煤矿倾斜条带跟踪内排开采程序的有关内容。

关键词露天；煤矿；开采；程序；设备；工艺；技术；

中图分类号：O741+.2 文献标识码：A 文章编号：

引言

倾斜条带跟踪内排开采程序是一种全新的、先进的开采程序，适用于剥采比在经济合理范围之内的露天矿, 露天开采境界长轴平行于煤层走向时的任意倾角的煤层 (或煤层群 ) 和露天开采境界长轴垂直或斜交煤层走向时的近水平煤层 (或煤层群 )。

一、白乃庙露天煤矿基本情况

内蒙古乌兰察布市四子王旗白乃庙（西区）煤田位于四子王旗查干补力格苏木境内。距集宁约190 公里。由内蒙古第四勘查院与晋蒙能源公司合作进行资源勘探，资源储量估算面积为22.76平方公里。该煤田煤类为二号褐煤，可采煤层有三层，探明储量0.98亿吨（其中可露采面积2.5 平方公里，储量0.345亿吨）。主采煤层（3#）煤层埋深50.60米—217.30米，平均109.78米；原煤水分含量为8.23-17.00%，平均13.01%；原煤灰分产率为16.43-38.98%，平均26.83%。煤质属中-高灰分、高挥发分、中高硫分-高硫分、低磷分、高热质煤，较低软化温度煤，中等可磨煤。主采煤层（3#煤层）干基低位发热量平均为4584卡／千克。

二、露天煤矿跟踪内排的特点

露天煤矿跟踪内排开采程序的特点: 开采初期, 在露天矿开采境界内煤层走向 (一般情况下煤层走向与露天开采境界的长轴平行 ) 的一端, 垂直于煤层走向 (或长轴 ) 开掘一个小坑, 小坑坑底的长度与露天矿坑底的宽度相同, 小坑坑底的宽度小于露天矿坑底的长度, 一般大于一个坡道长度,小坑终深坑底标高与露天矿坑底标高相同. 小坑开采时期剥离下来的岩、土排至露天矿附近的外排土场,因岩土较少, 可与防洪坝结合. 小坑开采结束后, 整个小坑开始平移, 跟踪内排也随即开始. 小坑的顶帮布置汽运坑线, 可实现人员、设备和岩土的混合运输, 线路简单, 平盘利用率高; 小坑的底帮布置排水管路和可移动式大倾角带式输送机, 可移动式大倾角带式输送机可沿着底帮随小坑的向前平移而横向移动,代替汽车向上运送煤炭, 显著减少对汽车车身所做的无用功, 以电耗代替油耗; 小坑的一侧端帮是工作帮, 也可称作前帮, 工作帮垂直于煤层走向, 沿煤层走向扩帮, 采用倾斜条带开采, 作业地段的长度为150—250 m, 作业地段的宽度 ( 工作面开挖长度 ) 为 30—50 m, 工作帮边沿煤层走向扩帮边沿煤层走向向前移动; 小坑的另一侧端帮作排土帮, 即多台阶内排土场, 也可称作后帮, 用汽车排土, 边排土边跟踪前帮沿煤层走向向前移动; 工作帮 (前帮 ) 各个台阶剥离下来的岩、土, 不必向上运至地面排弃, 而是通过坑内的平盘运输道路和坑线, 运至相同标高或相近标高的内排土场 (后帮 ) 的排土台阶排至坑内,汽车运输的陡坡运输距离和水平运输距离大为减少; 整个小坑沿煤层走向 (长轴 ) 向前平移, 随着小坑的平移, 边回采、边内排、边复土, 整个过程具有倒堆的含义。

根据排弃岩土最终碎胀系数一般为 1.1, 露天开采剥采比不大于 6—8 m3/ t来计算, 开采终了时, 除了已经内排到坑内的岩、土以外, 把余下的外排土场的岩土全部填回坑内, 可大致将坑填平, 实现完全复土, 从而把对环境的破坏降到最低程度。

三、露天煤矿跟踪内排开采类型

开采程序是既定的开采境界内采剥工程在时间和空间上的发展变化方式，包括采剥工程的初始位置、采掘工作面布置形式及构成要素、采剥工程在水平方向的扩展方式、采剥工程在垂直方向的降深方式以及工作帮的构成等方面的内容。开采程序合理与否，直接影响到基建工程量、矿山建设进度、矿山生产能力及其均衡性与持续性、生产剥采比及其变化、矿产资源的合理利用等，从而最终影响露天开采的技术经济效果。根据开采程序的定义和目前露天矿场时、空发展特征, 常用的开采程序可分为 3种, 即水平分层纵向采剥开采程序; 水平分层横向采剥开采程序; 倾斜分层分期 - 分区扩帮开采程序。

1、水平分层纵向采剥开采程序。水平分层纵向采剥开采程序是一种比较常用的开采程序. 它把露天采场分成若干个水平分层, 即沿水平划分台阶, 并沿着煤层走向按采场全长掘进开段沟而形成纵采工作线, 垂直走向单侧或双侧推进, 一直推进到露天开采纵向境界为止, 分逐层延深和边平扩边延伸两种形式。

2、水平分层横向采剥开采程序。水平分层横向采剥开采程序基本上是垂直煤层走向掘进开段沟, 从而形成横切煤层的采掘工作线. 根据露天矿场的纵向尺寸和开采强度的要求, 采剥工作可从矿场的一端开始向另一端发展, 亦可以从中间向两端发展. 由于横向采剥法多适用于汽车运输, 所以采剥工作线也可以视具体条件灵活布置, 或者与煤层斜交, 或者呈放射状扇形推进、U型推进等。

上述两种开采程序自开采开始至开采终了在矿田境界内只出现一个露天坑, 设外排土场. 至开采终期, 对露天坑的处理有始终外排和开采结束后内排两种方式。

3、倾斜分层分期 - 分区扩帮开采程序。分期扩帮开采是指在已确定的合理开采境界内, 人为地划定一个小的临时开采范围, 作为初期境界进行开采, 以后还可以根据需要和可能继续把整个采场划分为若干期, 前一期临时境界的平面尺寸和开采深度均小于后一期, 每一期小境界的平面尺寸和开采深度均不大于已经确定的合理开采境界.分区开采是在已确定的合理开采境界内, 在相同开采深度条件下在平面上划分为若干小的开采区域. 根据每个区域的开采条件和生产需要, 按一定顺序分区开采. 与分期开采方式相比, 它可以采用内部排土场, 在邻近采区的采空区就近排弃废石.分期 - 分区开采指的是在总体上看是分期开采, 但分期中又有分区; 或总体上看是分区开采, 但分区中又有分期; 或既有分期开采的特征又有分区开采的特征. 此种开采程序是对前两种开采程序的改进。

综上所述，白乃庙煤田可利用倾斜分层、分期、分区扩帮跟踪内排开采程序。

四、露天煤矿跟踪内排开采程序

白乃庙露天煤矿倾斜分层跟踪内排开采程序如图1所示.

跟踪内排开采工艺是陡帮开采工艺的一种, 它把工作帮由里向外划分为若干倾斜条带, 逐条带扩帮, 工作帮垂直煤层走向, 横切煤层, 工作帮每个台阶上煤岩并存, 每个台阶布置一个工作面, 设一台挖掘机, 多台阶同时开采, 各台阶工作面从上而下沿着垂直煤层走向方向尾随式布置, 尾随间距根据运输方式和工作面运输线路的布置而定, 一般为 150—250m, 各台阶除正在作业的地段留有较宽的工作平台外,其余地段仅留运输道路即可, 正在作业的地段上的开挖工作面平行煤层走向, 工作面顶板露煤, 纵向推进, 遇岩剥岩, 遇煤采煤, 开挖工作面的长度就是作业地段的宽度, 每个台阶的工作面在采至边界以前其运输道路始终不会被破坏, 当每个台阶全长都推进预定宽度后, 即完成一个循环周期, 每个周期一般为一年半左右。

五、跟踪内排压帮合理追踪距离的确定

对于内排来说，采矿台阶和排土台阶的距离愈近，高陡边坡存在的长度愈小，时间愈短，边坡的稳定性就愈好，且内排的运距愈小，经济效益好。结合白乃庙露天矿的地层赋存条件，采用显示拉格朗日差分程序FLAC3D建立如图2所示的计算模型，通过不断改变追踪距离L的大小，绘制成滑面位移量同L的关系曲线，见图3，显然，在L﹤60m时，位移量对于L的变化不敏感；L≧60m时，位移量变化明显，另一方面，二者应保持必要的距离以满足布置运输线路的要求，综合以上两方面，参考《煤炭工业露天矿设计规范》，选取合理的追踪距离为50m。

六、倾斜条带跟踪内排开采的优缺点

倾斜条带跟踪内排开采程序符合节能、高效、环保的要求, 具体优点为：

1、成本大大降低, 提高了露天开采的经济效益, 以年产 5M t的露天矿为例进行估算, 一个矿年节省 15亿元人民币左右。

2、极大地减少了外排量以及坑外排土场的占地、购地面积, 节省了买地费; 内排时间早, 复土时间早; 实现了完全复土, 从而把对环境的破坏降低到很小的程度, 具有绿色开采和保护环境的特性。

3、为均衡生产剥采比创造了有利条件, 生产剥采比均衡状况极佳。

4、大大降低了岩土的水平运距和上运高度, 极大地降低了油耗和能源, 降低了设备损耗, 节省了大量的运输费和货物“举升”费。

5、可移动式大倾角带式输送机的运煤成本低, 效率高, 可靠性高, 设备利用率高。

倾斜条带跟踪内排开采程序虽有很多优点，但也存在着一定的不足，缺点为：

1、凡是横采, 每个台阶上一般是煤岩交互存在, 生产过程中, 在煤岩交界处, 有煤岩混杂的问题。

2、工作面开挖长度比较短。

3、坑内各台阶剥离下来的岩土不能在相近标高排弃, 要把剥离下来的岩土从坑内一直“举升”到地面, 再向已开采结束的坑内排弃。

4、功率消耗、能源消耗、设备损耗较大。

5、运输距离长。

结束语

跟踪内排开采程序,符合国家和煤炭行业现行的规程和规范, 适用条件广泛, 它在矿坑数目、矿坑平移、工作帮和排土帮的位置关系及发展动态、顶帮的坑线布置、独特的跟踪内排理念和实现技巧、煤炭上运设备等方面对以往的开采程序进行了改进, 具有内排时间早、复土时间早、外排量少、汽车内排运距短、岩土上运高度小、复土面积完整、环保效果好、占地少、买地费少、煤的上运成本低等显著优点, 将使企业的经济效益得到显著的提高。

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