小型露天煤矿深部开采方案的优化.pdf

小型露删深部开采方案的优化 马玉彪王洪存 乌海市煤炭局， 内蒙古 乌海 0 1 6 0 0 0 摘要 本文以一处井田面积为0 ． 7 1 平方公里， 保有储量 6 3 0 万吨 ， 设计生产能力为0 ． 4 5 M t ／ a 的小型露天煤矿为例， 对深部开采 的设计及现实情况进行探讨分析， 提出了优化设计 ， 对其他类似的露天矿山开采起到借鉴作用。 关键词 露天煤矿； 深部开采 ； 优化 ． Ab s t r a c t I n t h i s p a p e r ，wi t h a n a r e a o f 0 ． 7 1 s q u a r e k i l o me t e r s mi n i n g fi e l d，g e o l o g i c a l r e s o u r c e i s 6． 7 mi l l i o n t o n s ， d e s i g n p r o d u c t i o n c a p a c i t y of 4 5 0 0 0 0 t o n s ／ y e a r o f s ma l l o p e np i t c o a l mi n e a s a n e x a mp l e ，t h e d e s i gn s c h e me of d e e p mi n i n g a n d d i s c u s s e s a nd a n a l y z e s t h e r e a l i t y，p u t s f o r wa r d t h e o p t i mi z a t i o n d e s i g n ，t o b e u s e d f o r r e f e r e n c e i n o t h e r s i mi l a r o p e np i t mi n i n g ． Ke y wo r d s O p e np i t c o a l mi n e； De e p mi n i n g ； Op t i mi z a t i o n 中图分类号 F 4 0 6 ． 3 ； T D 8 5 4 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 8 0 1 5 5 2 0 1 5 O 1 0 1 0 4 0 2 乌海市的煤炭开采从 1 9 5 8年开始大规模 的开发 建设， 最多时有 8 0 0多处煤矿企业， 经历了多次的大规 模清理整顿、 关闭重组， 到2 0 1 4年全市所辖煤矿共 5 1 处 ， 其中露天煤矿 2 6处 。但是 由于矿区山丘起伏且煤 炭开采的历史较长 ， 矿权在整合过程 中难 以进行合理 规划， 所以大部分煤矿矿业权设置密集， 矿权范围小， 大部分在 1 k m。 左右。这部分露天煤矿 由于受矿权面 积制约， 随着开采深度不断增加， 采剥作业、 道路运输、 边坡滑坡等安全隐患增多 ； 同时采深的增加 ， 台阶的增 多， 台阶下部压覆的呆滞煤量也增大 ， 这极大地影 响了 煤矿的经济效益 ， 也浪费了资源。 1乌海市通州煤矿概况 此煤矿位于乌海市海南区境内， 北部、 南部与其他 煤矿相邻， 倾向平均宽约0 ． 5 k m， 走向平均长1 ． 4 6 k m， 采矿面积约0 ． 7 1 k m ， 主要可采煤层为 9 样 、 1 6 和 1 7 ， 通过地质勘查估算 共获得保有储量 6 3 0万吨 ， 煤种 以肥煤和 1 ／ 3焦煤为主。 地质条件 井田地质结构简单， 地层倾角为 8 。 ～ 1 0 。 。据北部骆驼山勘探区成果 91煤层顶板为砂质 黏土岩 ， 抗压强度为4 4 ． 1 M P a ， 92煤层底板为砂质泥 岩 ， 抗压强度为4 2 ． 3 M P a 一 4 4 ． 0 M P a ， 1 61 煤层顶板砂 质泥岩抗压强度为5 0 ． 5 M P a 一 5 7 ． 8 M P a 。 2乌海市通州煤矿设计基本情况 采区划分及拉沟位置 设计按照矿 田面积 、 煤层赋 存条件， 将矿田划分为一个采区。露天矿沿91 煤露 头沿东 一西走向拉沟， 沿倾 向推进。 生产剥采比 全区平均剥采比为1 1 ． 1 3 m ／ t 。 开采工艺 采用单斗卡车开采工艺。 采场台阶高度 根据剥离物和煤的物理力学性质 与其埋藏条件 ， 依据本矿选用3 ． 0 m 挖掘机以及工作线 的推进度与台阶高度的关系， 设计确定剥离台阶高度 1 0 m， 水平分层划分台阶。 台阶坡面角 剥离及采煤台阶坡面角为 7 0 。 。 最终帮坡角 依据工程 地质条件所 确定的最终帮 坡角 3 7 。 采掘带宽度 为了减少露天矿的基建工程量， 综合 考虑作业设备的规格、 采装作业条件等因素 ， 确定其采 掘带宽度为 1 5 m 。 最小平盘宽度要考虑以下因素 采掘带宽度， 爆堆 伸出宽度， 运输通道宽度， 路面下一台阶坡顶线的安全 距离等。本矿的最小平盘宽度确定为4 0 m 。 3通州煤矿深部开采存在的主要问题 3 ． 1工作线长度不够， 运输道路、 边帮 台阶难以合 理 布 置 按照矿界宽度0 ． 5 k m， 最终帮坡角为3 7 。 ， 最深采深 1 7 0 m计算， 去 掉两侧边 帮， 最深 部的工 作线 长度 为 5 0 01 7 02 ／ t a n 3 7 。 4 7 m。就是说在开采 到深部时 ， 工作线长度只有 4 7 m， 按照设计要求 当采用卡车运输 时， 单斗挖掘机 的工作线长度不 宜小于 3 0 0 m， 根本无 法满足开采要求 ， 按照最低限度至少 1台钩机 、 1台卡 车在平盘 台阶作业 ， 作业空 间能够满足 ， 但是 运输道 路 、 边帮台阶很难合理布置。 3 ． 2边帮压覆的煤量 占保有储量比重较 大 表一可采原煤量表 单位 l lMt 序 号 煤 层 保有储量 压覆量 可采煤量 l 9 - 1 煤 9 6 3 7 ． 4 5 8 ． 6 2 9 - 2煤 6 6 3 9 ． 7 2 6 _3 3 1 6 ． 1 煤 2 l 9 6 3 ． 4 l 5 5 ． 6 4 1 6 - 3煤 1 3 9 3 8 ． 7 1 0 0 ． 3 5 l 7 煤 l l O 3 0 I 2 7 9 ． 8 总计 6 3 0 2 0 9 ． 4 4 2 0 ． 6 按照倾向平均宽约0 ． 5 k m， 走向平均长1 ． 4 6 k m， 面 积0 ． 7 1 k m ， 最终帮坡角为3 7 。 ， 最深采深1 7 0 m计算， 去 到两侧边帮、 西部边帮 由东向西推进 ， 根据煤层特点 及开采方法， 储量计算方法采用平面法， 分块段分层分 别计算， 采用煤台阶倾斜分层， 顶板露煤、 端工作面平 装车的开采方法， 通过计算看出压覆煤量为2 0 9 ． 4 万 吨， 占保有储量 6 3 0 万吨的近三分之一， 对煤炭资源形 收稿日期 2 0 1 4 0 91 2 作者简介 马玉彪 1 9 8 3一 ， 男 ， 毕业于内蒙古大学化学基地专业 ， 助理工程师， 现在乌海市煤炭局任职。 1 04 成 了极大的浪费 ， 同时降低了煤矿开采的经济效益。 4通州煤矿深部开采设计方案优化 1 不 留两侧边帮 与相 邻煤矿 台阶拉通 ， 共同推 进， 协调开采。与其南北部相邻的两个煤矿， 矿权面积 也都在 l k m 一 2 k m ， 都为露天煤矿。由于矿界接壤， 以及单斗卡车开采工艺比较灵活， 所以在开采时可以 互相协商不留边帮， 两矿按照矿界把相邻边帮全部剥 挖， 相邻煤矿的采煤台阶拉通。这样把边帮压覆的煤 炭就可以全部开采出来， 既增加了相邻各煤矿的煤炭 开采量， 也降低了采剥比减少了开采成本。这样协调 开采以后台阶的工作线长度就可以大于 3 0 0 m， 甚至部 分道路也可以共用， 增加了开采的安全性与经济性。 2 建议设计时优化最终帮坡角计算方法。最终 工作帮的确定一般常用的主要为简化 B is h o p法， 本设 计就按照简化 B i s h o p 法计算确定最终帮坡角为 3 7 。 ， 稳 定系数为1 ． 2 5 3 。在设计时可以通过以上方法对最终 帮坡角进行计算， 在开采安全的前提下， 增大最终帮坡 角， 降低采剥比。 5结论 1 结合通州煤矿露天开采的实际情况， 采取与相 邻煤矿台阶拉通， 不留边帮的措施， 释放了两侧边帮压 覆的煤炭， 增加了煤矿开采的安全性与经济性。 2 建议设计时通过边坡稳定性不同的计算方法， 增大最终帮坡角 ， 降低采剥比。 参考文献 [ 1 ] 张舒， 等． 基于破坏指数法的边坡稳定性评价研究 [ J ] ． 山西煤炭， 2 0 1 0 ， 0 9 ． [ 2 ] 王聪． 用最优化方法确定边坡稳定性最小安全系数 [ J ] ． 四川水力发电， 2 0 1 0 ， 0 2 ． [ 3 ] G B 5 0 1 9 7 2 0 0 5 ． 煤炭工业露天矿设计规范[ S ] ． 2 0 0 5 ． [ 4 ] 朱万成， 等． 岩石破裂过程分析 R F P A 2 D系统的细惯单 元本构关系及验证[ J ] ． 岩石力学工程学报， 2 0 0 3 ， 2 2 2 2 5 2 2 5 5 ． 责任编辑 陈文 明 上接第 3 8页 保证人员的生命财产安全。井下作业情况复杂， 对于 不遵守规章制度， 擅自行动的人员要给予严厉惩处。 三 对顶板加强观察， 做好压力预测 井下作业时要时刻注意矿压的变化， 及时观测矿 压 ， 其中包括动态监测 日常支护情况 、 监测巷道变形时 候的离层情况以及监测顶板的活动规律。煤矿生产部 门设置矿压预测中心， 配置必要的矿压预测仪器设备， 确保在日常开采时能准确及时的预测矿压， 为安全生 产提供可靠地数据支持。在井下作业， 要严格执行地 质预测制度， 科学有效的制定顶板可能发生事故的预 防政策 ， 还要按 照规定布 置巷道。井下 的工作人员配 备要科学合理， 以防人为原因造成压力过于集中或改 变地压。 四 加强对井下采矿 工作 面工程质量的管理 井下负责支护的工作人员要保证支护工作的质 量， 支护要严格按照安全规章进行， 不可随意支护， 偷 工减料。要合理选择适宜的支护方式， 最常见的有贴 帮柱、 带锚点支柱。开采过程中， 要注意空顶现象的发 生， 为保证支护的力度， 支护的支架要接顶， 增加支撑 力。煤矿 中的技术人员和管理人员等要定期深入矿井 进行巡查和监督， 一旦发现安全隐患， 要及时令其整 改。严格执行敲帮问顶制， 对支架、 顶板以及煤壁等按 例巡查， 在安全隐患没有彻底解除前， 相关工作人员不 得擅 自离手， 离开作业现场， 所有人员都要确保生产得 以安全进行。 五 对井下采矿工作面的安全 出口进行管理 作业面的上下出口最好配备专职人员， 主要工作 是维护上下出口， 做好上下出口的安全检查， 以便在事 故突发时， 出口顺畅， 便于疏散人员。在安全出口处， 可以设置抬棚 ， 在下出 口处 ， 可以设置梯子。对于三 角 地带、 构造带和安全出口等特殊位置， 要进行特殊支 护。顶板的维护和特殊支护要定期接受检 查， 并记录 检查结果 ， 顶板工 作人 员要对记录的检查结果认真分 析， 以便及时采取措施。在条件允许的情况下， 最好每 周开展一次全面检查， 所有相关人员要到井下排除安 全隐患， 对记录结果进行必要的复查， 将危险因素及时 扼杀。 六 顶板管理的其他方法 为切实强化管理效果， 井下管理人员制定切实可 行的奖惩制度， 以制度规范井下作业人员的行为， 对于 工作态度认真严谨， 敬业奉献， 及时发现安全隐患的工 作人员予以奖励， 对散漫、 不按规章办事的人员予以严 惩 ， 通过奖惩制度提高工作人员的责任心和 安全防范 意识 。管理人员要不断创新管理方式 ， 善于从 以往 的 顶板安全事故中汲取经验教训， 不断总结经验， 预防以 后顶板安全事故的发生。 四 、 总结 加强井下采矿顶板管理需要完善的技术作为保 障， 过硬的技术措施是顶板管理的关键， 也是消除安全 隐患的重要方法。井下开采时严禁空顶作业 ， 要按 照 科学的作业流程进行， 对井下开采的作业场地做好安 全检查， 及时排查安全隐患， 避免不必要的危险事故发 生。除此之外， 要建立健全顶板管理制度， 不断提升管 理水平， 实现煤矿的安全无事故生产。 参考文献 [ 1 ] 于天顺， 等． 西马煤矿炮采工作面支护密度可行性研究 [ J ] ． 科技资讯 ， 2 0 1 1 ， 7 ． [ 2 ] 王琼伟， 王俊渊． 炮采工作面支护密度计算及顶板管理 [ J ] ． 中国科技信息， 2 0 0 9 ， 1 9 ． [ 3 ] 杨晓林， 刘祥远． 小煤矿顶板管理的探索与思考[ J ] ． 黑 龙江科技信息， 2 0 0 8 ， 3 2 ． 责任编辑 陈凌霄 1 0 5