论组合台阶开采的适用条件.doc

论组合台阶开采的适用条件 陈亚军 新疆工业高等专科学校工业工程系，新疆 乌鲁木齐 830091 关键词组合台阶 开采 条件 1 概 述 铁长沟露天煤矿煤层倾角45呈急倾斜，西部、南部和北部为工作帮，煤层为东西走向，倾斜方向由北向南。主要开采北部45、43两层大槽煤，煤层真厚分别为28.8m和21.8m属巨厚煤层。 设计采用单台阶等宽平台，10米段高，14工作帮坡角。基建剥离完成以后，在实际生产中，由于平均覆盖层厚度3050m，上部剥离台阶较多，生产剥采比达到了4.55m3/t，已接近经济合理剥采比，经济效益产生下滑，给露天矿的进一步发展带来了被动局面。 2 组合台阶开采的应用 所谓组合台阶，就是将两个或两个以上台阶进行组合，由一台电铲进行采掘服务的一种台阶构成形式。在组合台阶中，只设一个工作平盘，其余平盘均为运输平盘，由于运输平盘小于工作平盘，因此，在台阶组合中，可根据实际开采需要进行两种方式组合，如图1所示。 采煤台阶组合 剥离台阶组合 B g Be B，g B g B，g Be ； 图1 第一种维持设计工作帮坡角不变，在组合台阶数一定的条件下，只保留一个组合后的工作平盘B g，将其余的工作平盘变为运输平盘Be，那么，所保留的工作平盘宽度一定大于设计的单台阶等宽平台宽度B，g即存在B g B，g Be的关系； 第二种只保留一个单台阶等宽平台所要求的工作平盘宽度，其余台阶将工作平盘宽度减小，变为运输平台宽度，这样，在一组台阶的组合中，所构成的工作帮坡角肯定大于设计给定的单台阶等宽平台的工作帮坡角即存在的关系。 3 组合台阶开采的适用条件 组合台阶开采有其一定的适用条件，下面分述之。 3.1 水平矿体 设一水平矿体，并假定地形与矿体一致，如图2所示。工作帮坡角β1、组合后陡帮β2，图中和δ为最终帮坡角。 当矿山工程是延着某一境界拉沟降深时（如北帮），北部工作帮随台阶的不断降深逐个到界并形成最终边帮，最终帮坡角为。南部工作帮则以工作帮坡角β1或β2自然降深与地表的交线为界。当矿山工程降至煤层顶板时，组合后的陡帮β2要β1比少剥离一个三角岩量ΔV，这部分岩量可推迟到生产期间采出。但生产期间不可能再推迟剥离，因而也不可能降低初期生产剥采比。所以，水平矿体采用组合台阶开采毫无价值，如图2所示。 ΔV β2 δ β1 图2 3.2 缓倾斜矿体 所谓缓倾斜矿体，指矿体倾角525，煤层底帮的最终帮坡角一般就以煤层底板作为最终帮坡角如图3所示。 ΔV1 ΔV2 1 H0 1， VC VC VC β2 β1 ΔH γ δ 图3 由图可见，当工作帮由点1推进到点1，时，即开采深度增加一个ΔH时，陡帮开采比缓帮开采少剥离岩石ΔV，即推迟剥离量ΔV，其值为 ΔVΔV1－ΔV2H0ΔH ΔH2ctgβ1－ctgβ2 （1） 式中 H0基建终了时的开采深度，m； β1 单台阶等宽平台开采时的工作帮坡角，度； β2组合台阶陡帮开采时的工作帮坡角，度； ΔH露天矿年降深速度， ΔHVCSinγ （2） VC露天矿沿延伸方向的推进量，m/a； γ矿体倾角，度。 露天矿初期生产剥采比的降低值为Δη ΔV Δη （3） ΔHm 式中 m矿体的水平厚度，m。 H0ΔH ΔH2ctgβ1－ctgβ2 Δη ΔHm H0 ΔHctgβ1－ctgβ2 m 将ΔHVCSinγ 代入 H0 0.5 VCSinγctgβ1－ctgβ2 Δη （4） m 以上公式可以看出，当γ0时，公式中（1）中的ΔV0，即ΔV1－ΔV20，由此可证水平矿体采用陡帮开采毫无价值。但当γ角不断增大时，ΔV就会愈变愈大，组合后的陡帮开采初期生产剥采比就会降下来，经济效益就会提高。 3.3 急倾斜矿体 以铁长沟露天煤矿41煤层为例，煤层倾角45。如图4所示 同理可证，当露天矿由H0降深一个ΔH时，组合后陡帮开采推迟的剥离量为 VC VC H0 β1 β2 β ΔH β2 γ δ m 图4 ΔV2H0ΔH ΔH2ctgβ1－ctgβ2 （5） 降低初期生产剥采比值为 2H0ΔH ΔH2 ctgβ1－ctgβ2 Δη （6） ΔH m 将ΔHVCSinγ 带入可得 2H0 VCSinγ ctgβ1－ctgβ2 Δη （7） m 在其他条件相同时，可以看出随着γ角的增大，会有 2H0 VCSinγ ctgβ1－ctgβ2 H0 0.5 VCSinγctgβ1－ctgβ2即ΔV还将增大，组合后的陡帮开采的效果将会更好。 由此可见，组合台阶开采并不是适用于任何赋存条件下的矿体，而是矿体倾角呈倾斜或急倾斜时采用组合台阶开采才具有较好的开采效果。铁长沟露天煤矿煤层赋存正好符合上述条件。 4 结 语 以上论述可知，组合台阶开采适用于急倾斜的矿体。铁长沟露天煤矿剥离台阶采用24个台阶组合以后，剥离台阶的工作帮坡角提高了23.3，生产初期的剥采比降低了0.250.85m3/t；采煤台阶实现组合以后，采煤工作平盘宽度增大了1031m，增加了开拓煤量和可采煤量，提高采煤效率58，经济和技术效益是明显的。 作者简介 陈亚军（1961），男，副教授。