霍林河南北露天矿协调开采方案研究.pdf

露天采矿技术Opencast Mining TechnologyVol.38No.3June.2023第 38 卷第 3 期2023 年 6 月霍林河南北露天矿协调开采方案研究刘敬玉，石践，刘志华，杨国华，陈永祥（内蒙古电投能源股份有限公司 北露天煤矿，内蒙古 霍林郭勒 029200）摘要：通过对霍林河北露天煤矿采矿权界内和热木特河与现状采掘相对位置的分析，并对露天矿采掘场、排土场时空发展关系进行推演，研究南、北露天矿合理工作线长度、两矿协调开采的时机及产能的合理配置，为两矿的协调开采提供参考，保证了露天矿生产的有序衔接。关键词：露天煤矿；改河工程；采排推演；工程接续；协调开采中图分类号：TD824文献标志码：B文章编号：员远苑员原怨愿员远（圆园23）03原园园58原园4Study on coordinated mining schemes of Huolinhe South and North Open-pit MineLIU Jingyu,SHI Jian,LIU Zhihua,YANG Guohua,CHEN Yongxiang（North Open-pit Coal Mine,Inner Mongolia Power Investment Energy Co.,Ltd.,Huolinguole029200,China）Abstract:Based on the analysis of the mining right boundary of Huolinhe North Open-pit Coal Mine and the relative positionbetween the Heremute River and the current mining,the article carries out deduction of the temporal and spatial developmentrelationship between the open-pit mining site and the dump,studies the reasonable length of working line,the timing ofcoordinated mining and the reasonable allocation of production capacity of the south and north open-pit mine,which providesreference for the coordinated mining of the two mines and ensures the orderly connection of the open-pit mine production.Key words:open-pit coal mine;river diversion project;mining and dumping deduction;project connection;coordinated mining移动扫码阅读霍林河北露天煤矿采掘场境界内和热木特河在采掘场中南部自西向东穿过，开采境界内河道长度约3.32 km。随着北露天煤矿工作帮不断向南开采，和热木特河将阻断剥采工作帮的正常推进，将导致生产接续困难甚至造成生产中断1。为实现北露天煤矿正常生产接续，以北露天煤矿的开采现状和规划开采程序为基础，利用露天矿现有采坑，以河道治理位置为界2，研究北露天矿和南露天矿协调开采的最佳时机、采区发展方向、采区工作线长度及产能配置等关键技术指标，保证生产期内煤炭持续均衡的生产3。1开采条件露天矿开采境界如图1。露天煤矿总体构造形态为一倾向北西、倾角平缓的单斜构造，褶曲不发育，含煤地层沿走向、倾向的产状有一定变化，构造以断裂构造为主，断层相对较少，含煤地层中无岩浆岩侵入，构造复杂程度属于中等类型。收稿日期：2022-07-22责任编辑：陈毓作者简介：刘敬玉（1977），男，内蒙古通辽人，高级工程师，工程硕士，2009 年毕业于辽宁工程技术大学，从事露天矿生产技术及管理工作。DOI:10.13235/ki.ltcm.2023.03.016刘敬玉，石践，刘志华，杨国华，陈永祥.霍林河南北露天矿协调开采方案研究 J.露天采矿技术，2023，38（3）：58原61.LIU Jingyu,SHI Jian,LIU Zhihua,YANG Guohua,CHEN Yongxiang.Study on coordinated mining schemesof Huolinhe South and North Open-pit Mine 允.Opencast Mining Technology,2023,38（3）:58原61.图 1露天矿开采境界示意图58露天采矿技术Opencast Mining TechnologyVol.38No.3June.2023第 38 卷第 3 期2023 年 6 月矿区含水层为松散砂砾石层孔隙水、煤系风化带孔隙裂隙水。矿田水文地质勘查类型为第1类耀第2类第1型，以孔隙耀裂隙充水含水层为主，矿田水文地质条件属简单型。工程地质类型为第3类第2型，以层状岩类为主，工程地质条件属中等类型。北露天煤矿可采煤层（组）7个，煤类单一（均为褐煤），可采煤层为全区可采或大部可采，可采范围内厚度及煤质变化不大，主要可采煤层为较稳定类型。煤层倾角小、埋藏浅、剥采比小，适于大型露天开采。2两矿合理工作线长度露天矿工作线长度是露天开采的主要参数之一，是由露天矿采掘场尺寸决定的4。2.1南露天矿合理工作线长度南露天矿沿煤层倾向推进纵采，在采场到达最深水平之前，随着工作帮的推进，矿山工程不断的延深，工作线水平推进速度和延深速度保持一定的制约关系，其技术上可能达到的生产能力主要取决于工作帮的水平推进速度、矿山工程延深速度及工作线长度。南露天煤矿剥离和采煤均采用单斗-卡车-半移动式破碎站-带式输送机半连续开采工艺，工作帮水平推进速度及延深速度均不可能太大，其存在技术可行、经济合理的取值范围。在露天矿生产工艺、年推进度等条件不变的情况下，其工作线长度也存在一个技术上可行的取值范围，应能保证在选定的生产工艺合理的推进、延深速度的条件下，达到设计生产规模。2.1.1技术可行的工作线长度对于煤层缓倾斜、倾斜赋存的露天矿，不能只考虑上部工作面推进而忽视水平延深，要用合理的新水平准备来保证正常的采矿工作线长度，将主要影响因素数学化5，如采矿工作线水平推进速度与矿山工程延深速度之间要满足一定关系：l越h（cot 渍+cot 琢）（1）式中：l为工作帮水平推进距离，m；h为矿山工程延深高度，m；渍为工作帮坡角，（毅）；琢为剥采工程延深角，（毅）。当剥采工程沿矿体底板延深时，剥采工程延深角即为煤层倾角。工作帮水平推进速度与延深速度的关系为：淄t=淄y（cot 渍+cot 琢）（2）式中：淄t为工作帮水平推进速度，m/a；淄y为剥采工程延深高度，m/a。剥采工程延深速度除与矿体赋存条件、露天矿开拓方式等有关外，还主要取决于上部水平的工作线推进速度和下部水平的开拓和准备时间。根据霍林河南露天煤矿的生产经验，其剥采工程延深速度淄y=810 m/a，工作帮坡角渍=10毅，延深角琢=9毅，由式（2）计算可得，工作帮水平推进速度淄t=96120 m/a。根据矿山生产能力、推进度、煤层平均厚度、煤的容重，可以确定技术上可行的采煤工作线长度为：蕴k越Q淄thm籽浊h浊c（3）式中：蕴k为技术可行采煤工作线长度，m；Q为矿山生产能力，t/a；hm为煤层平均厚度，m；籽为开采原煤平均密度，t/m3；浊h为煤层含煤率；浊c为煤层回采率。通过计算，南露天矿煤层平均厚度77 m，煤层密度1.30 t/m3，煤层平均含煤率0.75，煤层回采率取0.93，矿山生产能力为1 800万t/a时，技术上可行的工作线长度为2 148耀2 685 m。2.1.2经济合理工作线长度当地形变化不大时，工作线长度越小，采场端帮剥离量所占比例就越大，生产剥采比也就相应增大，年剥离量相应增大，剥离费用增大；另一方面，工作线长度越小，内排运距越小，而剥离量增大，运输费用可能增大也可能减小。因此，存在1个最优的工作线长度Lh，使其年剥离费用最小。蕴h越（H+hm）cot 茁（c1+c2b）1000c2a姨（4）式中：蕴h为经济合理采煤工作线长度，km；H为剥离层平均厚度，m；茁为端帮帮坡角，（毅）；c1为穿孔爆破、采装、排土费，元/m3；c2为运输费，元/(m3km)；a为排弃路线系数，双环内排时取0.5，单环内排时去1；b为排弃影响距离，km。双环内排时，排弃影响距离可按式（5）计算6：b 越H+hm2 000（cot 渍+cot 兹+cot 茁）+m（5）式中：兹为内排土场帮坡角，（毅）；m为坑底安全距离，km。煤层平均厚度77 m，剥离层平均厚度170 m时，经济合理工作线长度为2 610 m。同时考虑煤层及剥离层厚度变化，经济合理工作线长度在2 360耀3 060 m之间取值。根据以上计算结果，可以确定矿山生产能力为1 800万t/a时，技术可行工作线长度2 1482 685 m，经济合理工作线长度2 3603 060 m。根据技术可行、经济合理的原则确定工作线长度在59露天采矿技术Opencast Mining TechnologyVol.38No.3June.2023第 38 卷第 3 期2023 年 6 月图 3南矿北帮扩采前生产剥采比及累计剥采比曲线图 2生产能力与延深速度关系2 360耀2 685 m范围内取值，平均取值2 500 m。此时，推进度为103 m/a、剥采工程延深速度为8.6 m/a，即可满足南露天矿1 800万t/a的生产能力。此外，当工作线长度为2 500 m，露天矿的延深速度在10耀12 m/a时，露天矿的生产能力可达2 092耀2 510万t/a，说明工作线长度为2 500 m时，可以满足南露天矿扩能要求。生产能力与延深速度关系如图2。2.2北露天矿合理工作线长度受改河工程和金界壕古城长遗址600 m建设控制地带范围影响，北露天矿地表工作线长度初期为1 800 m，过建设控制地带范围后，地表工作线长度可以增加到2 200 m。当北露天矿工作帮向南推进横采内排时，由于煤层倾斜，部分台阶会斜切煤层，且底部台阶的工作线长度较短7，但横采工作线水平推进时，基本不存在延深工程，生产能力主要取决于采煤工作线长度和水平推进速度，当推进度为140 m/a时，北露天矿生产能力为1 000万t/a。当北露天矿西帮过金界壕古城长遗址600 m建设控制地带范围后，可以进行扩帮开采，以此增加露天矿可采煤量和服务年限，但受到河道治理工程和开采境界几何形状影响，能够扩帮的范围不大，扩帮区域主要在采坑的西南角。北采坑西帮扩采方案主要技术指标对比见表1。表 1北采坑西帮扩采方案主要技术指标对比方案可采原煤量/万 t服务年限/a西帮扩采西帮不扩采方案差值8 9448 5024428.137.730.4平均剥采比/（m3 t-1）2.132.040.09总剥离量/万 m3加权运距/km卡车运费总计/万元改河回填运费/万元19 03417 3361 6982.782.600.18122 816104 60218 21468 63976 692-8 054由表1可以看出：西帮扩帮方案增加的可采原煤量为442万t，剥离量增加1 698万m3，扩帮区域增量剥采比为3.84 m3/t，开采扩帮区域具备经济合理性。相比西帮取直方案，20222030年生产期卡车平均增加180 m，生产期总运费增加18 214万元，结合改河工程，后期需要的回填工程量相对较小，发生的回填运费少8 054万元，总运费增加10160万元，但与增加442万t可采原煤量的经济价值相比，当吨煤利润超过23元时，采用西帮扩帮方案经济为最优。3协调开采南矿北帮扩采分析3.1南矿北帮扩采前生产剥采比计算北帮扩采前，南露天煤矿北帮地表境界沿南、北矿分界线开采，工作帮向西推进直至开采结束，南矿北帮扩采前生产剥采比及累计剥采比曲线如图3。由图3分析可知：随着工作帮向西推进，受开采境界几何形状影响，工作线长度由目前的3 200 m逐渐减小至1 800 m，但当工作帮推进至西部地表到界时，生产剥采比并未明显减小，从生产剥采比指标无法判断北帮扩采的最佳时机。3.2南矿北帮扩采前年推进度计算按1 800万t/a规模，南矿北帮扩采前逐年推进度和延深速度见表2。通过对表2计算结果分析，20222030年生产期间年推进度平均为70 m，降深速度平均为9.2 m，年推进度不大，内排土场台阶跟进缓慢，为避免给内排土场空间增大压力8，该生产时期不宜进行扩帮开采。2031年年推进度开始增大，此时工作帮上部台阶已靠近西部境界，采剥设备可以移至北帮，将北帮换为工作帮进行扩采，降低工作帮向西推进时的年推进度，在保证合理的年推进度前提下，生产能力能60露天采矿技术Opencast Mining TechnologyVol.38No.3June.2023第 38 卷第 3 期2023 年 6 月够达到1 800万t/a。4两矿协调开采时机分析北露天矿地表2028年到界，内排土场884 m水平上部台阶将停止跟进，后续改河位置空间开始建立，此时总排弃量为19 034.35万m3，排弃空间容量为23 031.56万m3，内排土场空间上暂不具备建立后续改河位置的条件。根据地表河道位置标高，内排土场标高884 m水平以下台阶需要继续向南跟进排土形成后续改河位置，后续改河位置按不超过金界壕建设控制地带范围，计算形成后续改河位置时的内排土场空间容量为37 351.01万m3，按1.21松散系数进行计算，对应需要实方量为30 868.60万m3，因此，预计2028年初对南矿北帮进行扩采，将南露天矿的剥离物运往北露天矿内排土场进行回填，大大减少剥离物提升的高度的同时缩短运距，实现两矿协调开采，提前扩采进行超前剥离也有利于南矿工作帮西部台阶到界后的产能接续，更有利于生产剥采比均衡，同时为两露天矿创造更大效益。北露天煤矿在开采北采坑时，按1 000万t/a生产能力进行计算，2028年工作帮南部地表到界，靠界开采时生产能力逐年降低直至开采结束。若通过降低北露天矿生产能力，增加北露天矿服务年限的方式实现两矿协调开采，北露天矿的合理规模为700万t/a，减产时机预计在2023年。5结语1）通过对霍林河南露天矿开采条件及合理工作线长度的分析，当工作线长度为2 500 m，露天矿的延深速度10耀12 m/a时，露天矿的生产能力为2 092耀2 510万t/a，具备适当扩能的条件。2）2028年霍林河北露天矿地表到界时，内排土场空间不能满足后续改河位置空间，此时两矿协调开采，南矿北帮进行扩采将剥离物运往北露天矿内排土场回填，将大大减少剥离物提升高度同时缩短运距，为两露天矿创造更大效益。3）利用露天矿现有采掘场，以河道治理位置为界，可以通过降低霍林河北露天矿产能，延长服务年限方的式实现霍林河南、北露天矿的协调开采，北露天矿的减产时机预计为2023年。参考文献：员 白润才，吴东海，刘光伟，等援元宝山露天矿改河期间剥采工程接续方式 允 援金属矿山，圆园员缘（员）：圆园原圆源援圆 宋群援元宝山露天矿改河期间矿山工程接续关键问题研究 阅 援阜新：辽宁工程技术大学，圆园员苑援猿 赵红泽，郭锦桦，刘元旭，等援再论露天矿群开采原采排复一体化协同采矿技术 允 援煤炭科学技术，圆园圆圆，缘园（圆）：源苑原缘缘援源 蔡忠超援露天煤矿合理工作线长度确定 允 援露天采矿技术，圆园员苑，猿圆（猿）：员员原员源援缘 姚志勇，付廷胜，范正祥，等援露天矿工作线长度的优化 允 援露天采矿技术，圆园园远（员）：源原远援远 孙俊东援胜利一号露天矿采区转向方式优化研究允 援煤炭工程，圆园圆员，缘猿（怨）：员员原员缘援苑 杨国华，陈永祥，黄春山，等援霍林河北露天煤矿采区开采程序优化 允 援露天采矿技术，圆园员怨，猿源（猿）：源远原缘园援愿 张伟，刘维玉，姚国栋，等援平朔东露天矿排土方案优化 允 援露天采矿技术，圆园员缘（猿）：猿原远援表 2南矿北帮扩采前逐年推进度和延深速度年度202220232024202520262027202820292030203120322033203420352036年推进度/（m a-1）64726952486686628410014494197261626年延深速度/（m a-1）9.28.4129.58.611126.15.95.85.42.69.712-61