抛掷爆破+单斗卡车开采工艺的应用探讨.pdf
第5期 抛掷爆破单斗卡车开采工艺的应用探讨 郝建明刘月亭赵二夫 (国家能源集团准格尔能源有限责任公司哈尔乌素露天煤矿, 内蒙古呼和浩特, 010300) 摘要 在露天开采领域, 抛掷爆破一直与吊斗铲同步应用, 因吊斗铲价格昂贵, 导致抛掷爆破工艺 在小型露天煤矿应用受限。本文提出抛掷爆破单斗卡车开采工艺, 拓展了抛掷爆破的应用范围, 通 过在黑岱沟露天煤矿哈尔乌素露天煤矿的实践, 在节约成本、 跨越采空区等方面应用效果较好, 实现 了经济上合理、 技术上可行、 安全上可靠的目标。 关键词 露天煤矿抛掷爆破单斗卡车倒堆煤层剥离 中图分类号 TD235.3文献标识码 B文章编号 2096-7691 (2020) 05-021-04 作者简介 郝建明 (1990-) , 男, 助理工程师, 2014年毕业于长春工业大学, 现任职于国家能源集团准格尔能源有限责任公司哈尔乌素露天煤 矿供电队。 Tel 13947371480, E-mail 610473749 第18卷 第5期 VOL.18NO.5 2020年5月 May.2020 1引言 本文通过分析哈尔乌露天煤矿一次抛掷爆破 单斗卡车开采工艺生产实践, 总结出这种工艺适合具 备抛掷爆破条件的露天煤矿推广应用, 并就黑岱沟露 天煤矿、 哈尔乌素露天煤矿抛掷爆破单斗卡车开采 工艺进行探讨分析。 哈尔乌素露天煤矿位于准格尔煤田中部, 核定生 产能力 35.00Mt/a。 地表境界南北宽 7.03km, 东西长 9.59km, 面积67.45km2, 露天煤矿境界内可采原煤储 量为1710.97Mt。 首采区原煤储量635.62Mt, 平均剥采 比为4.099m3/t。 其煤质为中灰、 低硫、 特低磷、 高挥发 份、 中高发热量、 灰熔点高的优质动力煤 [1]。 露天煤矿采用抛掷爆破与倒堆工艺相互联系。 倒 堆工艺也叫吊斗工艺, 它属于露天开采工艺中的一种 独立的先进开采工艺, 是集采掘、 运输与排土3项作 业于一体, 将剥离物直接倒堆排弃于采空区内排土场 中。 倒堆工艺的显著特点是生产运营成本低、 效率高、 安 全性好。 在国外的露天煤矿被大量使用, 而在我国使用 大型采矿机械的露天煤矿数量少, 使用吊斗铲的露天煤 矿就更少, 只有黑岱沟露天煤矿使用了吊斗工艺 [ 2 ] 。 2技术背景 露天煤矿的抛掷爆破抛掷率平均为33, 因此 33的剥离物是直接被抛到内排土场中, 不需要再使 用任何机械进行剥离, 而用机械剥离抛掷爆破量花费 的费用高于抛掷爆破多用炸药的费用。 现以黑岱沟露 天煤矿为例, 黑岱沟露天煤矿的经验数是多支出8.4 元/m3, 按黑岱沟露天煤矿年抛掷到内排土场的量 1200万m3计算, 年节约10080万元。 因此, 采用抛掷爆 破工艺经济效益显著。 由于吊斗铲开采工艺具有运营成本低、 效率高、 安全性好的特点, 国内外的吊斗铲开采工艺都是与抛 掷爆破相配合的, 即采用抛掷爆破将煤层上部的剥离 物部分抛掷到内排土场, 未抛掷到内排土场的剥离物 用吊斗铲倒至内排土场。 抛掷爆破的特点是抛掷爆破 采用集中穿孔、 集中爆破作业, 提高了穿孔设备的效 率和爆破作业效率。 此外, 抛掷到内排土场的剥离量 节约了采运排环节的人员设置, 提高了煤矿的安全 系数 [3]。 虽然抛掷爆破拥有诸多优势, 但是仅与吊斗铲结 合, 应用匮乏。 若能与单斗卡车结合, 既可以充分利用 单斗卡车灵活的优势, 又会拓展其应用范围。 3抛掷爆破与吊斗铲结合应用 以黑岱沟露天煤矿为例说明吊斗铲作业空间与 抛掷爆破的关系。 图1是抛掷爆破前工作面状况; 图2 是抛掷爆破后工作面状况; 图3是反映有效抛掷量的 情况; 图4、 图5是采完煤后的工作面状况, 也就是抛 掷爆破前的工作面状况, 以此循环往复完成煤炭的 第5期郝建明等 抛掷爆破单斗卡车开采工艺的应用探讨 开采。 内排土场 采空区 煤层 抛掷炮孔 预裂孔 岩石台阶 45 32 60 上次侧堆排弃位置 38 75 73.13 图1抛掷爆破前工作面状态 煤层32 45 采空区 内排土场 73.13 38 75 60 60 爆堆几何形状 图2抛掷爆破后工作面状态 吊斗铲作业中心线 内排土场 采空区 煤层 6060 38 7532 45 73.13 ① ② ③ ①②抛入采空区的岩石①不需倒堆的岩石 (有效抛掷量) 抛掷率 ①/ 图3抛掷率计算 吊斗铲作业中心线 吊斗铲卸载半径 岩石自然安息角 煤层 内排土场 73.13 6060 38 38 32 45 倒入内排土量 图4吊斗铲倒堆完成后工作面状态 煤层 内排土场 73.13 60 60 3838 32 45 倒入内排土量 岩石 台阶 图5采完煤后工作面状态 从上述关系图中可以看出, 采用抛掷爆破的目的 就是为了产生有效抛掷量, 而有效抛掷量越多抛掷率 越大, 说明需要二次搬运的剥离物越少, 经济性就越 高, 由于有岩石台阶与吊斗铲安全距离的限制, 黑岱沟 露天煤矿的抛掷台阶宽度设计为60m, 如图6所示。 吊斗铲作业中心线 煤层 60 60 38 32 45 内排土场 73.13 吊斗铲站立水平 吊斗铲卸载半径 吊斗铲与台阶安全距离 吊斗铲 机棚轮廓 26.47 图6吊斗铲倒堆作业与台阶安全距离 如果不采用吊斗铲倒堆, 而是采用挖掘设备, 抛 掷台阶宽度就可以缩小, 进一步增加抛掷量。 如图7 所示, 图中粗红线是抛掷台阶变窄后爆堆形状, 从图 7中可以看出, 当抛掷台阶变窄后, 抛入采空区的岩 石量 (①②) 变化不大, 而需要重新倒堆的岩石量 (②③) 变少, 因此当抛掷台阶变窄后有利于抛掷率 的提高, 即采用非吊斗铲的其他挖掘设备清理需要重 新倒堆的岩石时总体经济性会更好 [4]。 采空区 煤层 内排土场 73.13 ①②抛入采空区的岩石①不需倒堆的岩石 (有效抛掷量) 抛掷率 ①/ 定向分析 当③大幅度变小, ①②变化不大时抛掷率上升 6060 抛掷台阶变窄后爆堆形状 抛掷台阶变窄前爆堆形状 60 40 32 45 ① ② ③ 图7随抛掷台阶宽度变化抛掷率变化 黑岱沟露天煤矿的抛掷台阶高度为45m, 根据黑 岱沟露天煤矿需要抛掷岩层的强度、 岩层结构面发育 程度、 岩层的弹性塑性程度、 岩层的构造等工程地质 情况确定。 当抛掷岩层的上述特性较好时, 说明岩层 有较好的边坡稳定性, 可以加大抛掷台阶的高度, 随 着抛掷台阶高度的增加, 有效抛掷率提高, 有利于岩 石剥离经济性的提高, 如图8所示。 ①②抛入采空区的岩石①不需倒堆的岩石 (有效抛掷量) 抛掷率 ①/ 定向分析 当①大幅度增加时抛掷率上升。 60 60 煤层 内排土场 73.13 32 4560 60 采空区 抛掷台阶高度60m时爆堆形状 抛掷台阶高度45m时爆堆形状 ① ② ③ 图8随抛掷台阶高度变化抛掷率变化 黑岱沟露天煤矿抛掷台阶的边坡角为75, 这是 根据黑岱沟露天煤矿抛掷岩层的边坡特性确定, 即需 要抛掷岩层的整体强度高、 岩石密度高、 结构面胶结 好时台阶边坡角就大, 抛掷率就高。 黑岱沟露天煤矿 抛掷台阶后因多次发生片帮, 现在边坡角调整为65, 同时煤矿还增加了边坡在线监测设备, 保证在发生滑 坡前准确预报, 及时撤离危险边坡下的采矿设备和 人员。 黑岱沟露天煤矿抛掷爆破的炸药是来自煤矿自 备的炸药厂生产加工, 价格比较低。 抛掷爆破的炸药 消耗量大, 抛掷爆破的炸药单耗是0.8kg/m3左右。 在 我国露天煤矿, 几乎都没有自备的炸药厂, 炸药生产、 运输、 使用按照危险品管控, 一般价格都很高, 而且每 22 第5期 天都有使用最大量的要求, 这就给露天煤矿采用抛掷 爆破技术带来了经济上不合理或者经济效益不显著 的问题。 随着政府管理人员对抛掷爆破认识的提高, 以及炸药混装车的大量使用, 炸药生产制造的垄断必 将被打破, 炸药的价格一定能回归到正常水平, 未来 由于炸药价格高昂限制采用抛掷爆破技术的问题必 然会消亡 [5]。 4抛掷爆破技术的应用条件 露天煤矿采用抛掷爆破技术必须具备下列5个 条件 (1) 煤层倾角<10。 (2) 煤层为单一煤层或群煤层, 包括夹石层的总 厚度不超过35m或煤层间距在35m以上。 (3) 抛掷岩层的整体强度高、 岩层结构面胶结完 好, 台阶边坡稳定能够达到40m以上, 高度不垮塌。 (4) 抛掷岩层的密度高、 弹性模量适合抛掷, 塑性 变形小。 (5) 炸药价格比较便宜, 昂贵的炸药抛掷爆破经 济性差。 抛掷爆破的优点十分显著, 但都是与吊斗铲配合 使用, 而吊斗铲是大型机械, 造价十分高昂。 如黑岱沟 露天煤矿的8750-65型迈步式吊斗铲的合同价格是 6.5亿元, 让多数煤矿望而却步。 即使有露天煤矿具备 了上述5个抛掷爆破的条件, 但因吊斗铲价格昂贵没 有采用吊斗铲工艺。 采用抛掷爆破后用挖掘机装车、 卡车运输、 推土机排土开采工艺简称抛掷爆破单 斗卡车开采工艺进行探讨 [6]。 5抛掷爆破与单斗卡车结合的应用探索 哈尔乌素露天煤矿于2011年开展了一次抛掷爆 破单斗卡车开采工艺试验。 露天煤矿抛掷爆破试验 目的主要是一次性炸塌小煤窑采空区, 节约剥离成 本, 如图9、 图10所示。 小煤窑采空区上方的炮孔距离采空区3m。 内排土场 采空区 小煤窑采空区区域 煤层 抛掷炮孔 松动爆破炮孔 预裂孔 26.5 35 50 图9哈尔乌素露天煤矿抛掷爆破前断面 采空区 内排土场 爆堆形状 ①②抛入采空区的岩石①不需重新办理的岩石 (有效抛掷量) 抛掷率 ①/小煤窑采空区发生了煤岩混杂。 50 26.5 35 ① ② ③ 煤层 图10哈尔乌素露天煤矿抛掷爆破后断面 本次抛掷爆破试验的条件是 实施抛掷爆破部位 的煤层为单一煤层, 煤层近水平, 煤层厚度26.5m, 煤 层顶板以上是细砂岩, 与黑岱沟露天煤矿一致, 岩石 强度中等, 节理不很发育, 台阶边坡稳定, 煤矿有钻倾 斜孔的牙轮钻机, 抛掷台阶高度35m, 钻孔打至煤层 顶板部位, 煤矿有炸药混装车, 适合抛掷爆破大规模 装药的需求。 抛掷爆破试验的装药、 起爆情况 抛掷炮 孔孔距排距 11m8m, 炸药是铵油炸药, 总装药量 1250t, 使用数码雷管起爆, 采用逐孔起爆, 孔外延期、 孔内8μs延期。 抛掷爆破区域周边打预裂孔, 防止爆 破震坏外围边坡。 抛掷爆破起爆后的爆破效果 小煤窑采空区被彻 底炸塌, 保证了设备在上方作业的安全; 抛掷爆破区 域外边坡保持完好, 保证了后续台阶穿孔爆破的条 件; 抛掷率低只有17, 主要是爆破范围大 (采空区范 围就大) 造成, 爆破质量良好; 由于有17的抛掷率, 减去多消耗的炸药费用, 节约采掘、 运输、 排土剥离费 用, 合计200多万元 [7]。 煤层上方剥离物的开采方法 剥离量与正常间断 工艺开采的方法一致, 将煤层上部爆堆分成上下2个 台阶开采, 通过端帮运输道路进入内排土场。 为节约 成本, 试验从抛掷爆堆上新开剥离运输道路, 既节约 了运距, 又避免了与采煤工作面的交叉。 煤层外侧与内排土场沟道里剥离物的开采方法 这部分剥离量也分为上下2个台阶, 每个台阶15m左 右, 第一个台阶用wk55装车, 卡车从煤层顶板上进入 端帮运输环线到达内排土场排弃。 下一个剥离台阶开 采需要与采煤台阶同时降深, 剥离卡车须通过运煤道 路进入内排土场, 运距稍远一些。 为减少剥离采煤交 叉作业, 试验还用大型反铲装车, 取得了很好的效果。 通过哈尔乌素露天煤矿抛掷爆破单斗卡车开 采的成功试验, 证实了抛掷爆破在间断工艺的露天煤 矿是完全能够实行的, 采用大型的挖掘设备和运输设 备, 它的灵活性远不及小型挖掘机和小型卡车, 因此 抛掷爆破单斗卡车开采工艺在小型露天煤矿不存 23 第5期 在问题, 但必须要具备5个抛掷爆破的条件, 采用该 工艺, 会取得较好的经济效益。 6效益及结论 抛掷爆破单斗卡车开采工艺与间断工艺经济 效益对比, 如图11所示。 内排土场 卡车卡车 卡车卡车 吊斗铲回转半径100m 吊斗铲卡车运距2km 工作面 煤沟 图11经济效益计算 一般露天煤矿抛掷爆破的抛掷率为34; 炸药单 耗为0.8kg/m3, 炸药价格3.7元/kg。 露天煤矿松动爆破的炸药单耗为0.36kg/m3,运 距按照2.5km计算, 松动爆破单价4元/m3, 采运排成 本9元/m3, 节约的剥离成本为 正常松动爆破剥离成本 1m3 (49) 元/m313元/m3 抛掷爆破剥离成本 1m3 (1-34) 9 元/m3 0.8kg/m33.7元/kg8.9元/m3 每立方米剥离成本节约额 13-8.94.1元/m3 由此可知, 抛掷爆破单斗卡车开采工艺开采的 经济性比较好 [8]。 各种开采工艺都有优缺点, 选用哪种开采工艺要 根据露天煤矿具体开采条件确定。 总体来说, 间断工 艺灵活, 适用于煤层复杂的煤矿。 间断工艺采用抛掷 爆破卡车运输, 通过哈尔乌素抛掷爆破单斗卡车 工艺实践证明, 此工艺应用效果良好、 安全可靠、 经济 合理, 具有大规模推广价值。 参考文献 [1]马培忠, 董宝弟, 于正义, 等. 哈尔乌素露天煤矿初步设计 [Z] .沈 阳 中煤国际工程集团沈阳设计研究院, 2004. [2]李克民, 张幼蒂, 傅洪贤.露天煤矿抛掷爆破参数分析 [J] .采矿与 安全工程学报, 2006, 23 (4) 423-426. [3]李克民, 郭昭华, 张勇.露天矿抛掷爆破技术研究及应用 [M] .北 京 2011. [4] 张幼蒂, 傅洪贤, 王启瑞, 等.抛掷爆破与剥离台阶开采参数分 析露天矿倒堆剥离开采方法系列论文之四 [J] .中国矿业大学 学报, 2003 (1) 30-33. [5]周伟.露天煤矿抛掷爆破拉斗铲倒堆与时效边坡多参数耦合机理 [J] .煤炭学报, 2010, 35 (12) 2125-2126. [6]马力, 李克民, 孙健东, 等.抛掷爆破-拉斗铲倒堆工艺台阶采掘带 宽度优化 [J] .煤炭学报, 2017, 42 (11) 2867-2874. [7]姚建华. 拉斗铲倒堆剥离工艺采区转向研究 [J] .露天采矿技术, 2018 (3) 1-5. [8]杨红波.影响露天采矿成本的因素与控制分析 [J] .今日财富, 2018 (12) 149-150. 郝建明等 抛掷爆破单斗卡车开采工艺的应用探讨 Discussion on the Application of Throw Blasting and Single Bucket Truck Mining Technology HAO Jianming,LIU Yueting,ZHAO Erfu (Haerwusu Opencast Coal Mine,Jungar Energy Co.,Ltd.,CHN Energy,Hohhot,Inner Mongolia,010300) AbstractIn the field of opencast mining,the throw blasting has been applied simultaneously with the drag⁃ line. However,the dragline is expensive,which results in the application of throw blasting technology in small opencast coal mine is limited. In this paper,the technology of throw blasting single bucket truck min⁃ ing is put forward,which expands the application range of throw blasting. Through the practice of Haerwusu opencast coal mine of Heidiagou Opencast Coal Mine,it has better application effects in cost-saving,goaf- crossing and in other aspects,and realizes the goal of reasonable in economy,feasible in technology and re⁃ liable in safety. Key WordsOpencast coal mine;Throw blasting;Single bucket truck;Toppling coal seam;Stripping (收稿日期 2020-01-22责任编辑 穆建玲) 24