河曲露天煤矿工作帮纵采揭煤运输系统优化.pdf

第46 卷第7 期2023年7 月采矿与井巷工程河曲露天煤矿工作帮纵采揭煤运输系统优化煤炭与化工Coal and Chemical IndustryVol.46 No.7Jul.2023吕贵龙（山西煤炭进出口集团河曲旧县露天煤业有限公司，山西忻州0 3 6 50 0）摘要：为了保证河曲露天煤矿转向期间煤炭资源的供应，结合露天矿实际生产条件，提出工作帮临时靠帮时采用纵采揭煤方式靠帮，优化了工作帮纵采揭煤时露天矿的运输系统，对比分析了内排无移动坑线方案与内排有移动坑线方案的经济性指标，确定了工作帮纵采区域最优运输方案为内排土场含移动坑线方案，为露天煤矿节省运费约7 0 0 万元。关键词：露天煤矿；纵采揭煤；运输系统；内排移动坑线中图分类号：TD5文献标识码：B文章编号：2 0 9 5-59 7 9（2 0 2 3）0 7-0 0 2 7-0 3Hequ open-pit coal mine working side longitudinal mininguncovering coal transportation system optimizationLv Guilong(Shanxi Coal Import and Export Group Hequ Jiuxian Open-pit Coal Industry Co.,Ltd,Xinzhou 036500,China)Abstract:In order to ensure the supply of coal resources during the turning period of Hequ Open-pit Coal Mine,combinedwith the actual production conditions of the open-pit mine,it is proposed to use the longitudinal mining and uncovering coalmethod when the working side is temporarily supported,and the transportation system of the open-pit mine during thelongitudinal mining and uncovering coal of the working side is optimized.The economic indicators of the scheme withoutmoving pit line in the inner row and the scheme with moving pit line in the inner row are compared and analyzed.Theoptimal transportation scheme in the longitudinal mining area of the working side is determined as the scheme with movingpit line in the inner dump,which saves about 7 million yuan for the open-pit coal mine.Key words:open-pit coal mine;vertical mining uncovering coal;transportation system;inner row mobile pit line者开展了大量的工作，并取得了丰硕的研究成果。0 引言薛万海等在分析安太堡露天矿煤岩赋存特点与现有露天矿运输工作主要包括工作面采出的煤炭资运输系统的基础上，提出将露天矿煤运路线由多重源运至选煤厂或坑外、剥离物料运至排土场，以及折返式改为直进式，解决了露天矿过芦子沟背斜时将人员、设备、材料运至作业地点。为了满足露天煤炭资源运剥离物料外运困难的难题!；黄金彪等矿运输工作的需求，建立的联系地面与露天矿各工考虑了露天矿运输过程中车辆对路面的磨损作用，作水平之间的运输道路称之为露天矿运输系统。露将车路耦合思想融人到路径优化评价模型之中，天矿运输成本占露天矿总成本的比例很大，而且运提出了改进RRT算法的露天矿运输道路优化评价输系统一旦形成，若再想修改将会影响露天矿的正模型，解决了传统优化模型建模复杂、计算效率低常生产工作，造成巨大的经济损失。因此，应提前下等问题，并在红沙泉露天煤矿验证了模型的合理比选规划露天矿运输系统设计方案，保证运输系统性；李江等在考虑平朔露天矿小煤窑采空区分布的合理性。情况、露天矿接续过程中地表形貌特征、确定的露关于露天矿运输系统比选优化方面，国内外学天矿接续方案等基础上，通过经济性合理论证，在责任编辑：张彤卫D0I:10.19286/ki.cci.2023.07.008作者简介：吕贵龙（1 9 9 1 一），男，内蒙古准格尔旗人。引用格式：吕贵龙.河曲露天煤矿工作帮纵采揭煤运输系统优化J.煤炭与化工，2 0 2 3，46（7）：2 7-2 9，3 3，43.272023年第7 期多方案中确定了原煤最优的运输方案3 ；柴森霖针对以等效运距为权重优化运输道路与实际差距较大的弊端，提出了以时变运输功最小化为优化目标的计算模型，并进一步提高了模型求解的收敛速度，使其更加适用于现场实际工程的求解4；赵明等通过MATLAB对卡车的行驶速度、时间与距离进行了计算，研究了坡道参数对卡车运输速度、时间等的影响，并以伊敏三号露天矿为例，提出了端帮运输最优道路参数；王忠鑫等计算确定了双能源卡车上坡时匀速运动的速度节点，结合路面条件，对双能源卡车运输系统中架线道路参数进行了优化；鲍岩等结合西露天矿治理规划方案，对东露天矿剥离物料前往西露天矿采空区排弃路线进行了优化，减少了三角台阶，为东露天矿早日实现内排提供了有利条件；Arifov等针对并行露天矿公共端帮内排运输存在的问题，提出了并行露天矿协同构建双排土桥的方法，并通过数学模型的建立，确定了最优的排土桥高度8；张润廷等针对宝日希勒露天煤矿现存移动坑线运输成本较高问题，经过方案必选，确定了中间桥结合内排土场运输道路的运输方案，并对中间桥位置与参数进行了优化9；白润才等提出了相邻露天矿边帮压煤协调开采技术，解决了相邻露天矿边帮压煤回采过程中的边坡稳定性问题与开拓系统布设问题1 0 。1露天矿介绍1.1矿区概况河曲露天煤矿位于山西省境内，行政区划隶属于河曲县旧县乡，矿区位于河曲县城东南部2 7km，具有县、乡级公路相连，交通较为便利。露天矿地处山西黄土高原西北部，黄河东岸，属典型的黄土高原地貌，黄土厚度大，但植被稀少，水土流失严重，地形切割剧烈，冲沟发育，多呈“V”字形，基岩仅在沟谷中有零星出露。露天矿煤层主要有1 0、1 1、1 2、1 3 号可采煤层，煤层厚度较大。2 0 1 8 年内蒙古煤矿设计研究院有限责任公司开展了山西煤炭进出口集团河曲旧县露天煤业有限公司煤矿开采设计编制工作，设计规模8 0 0 万t/a。2 0 2 1 年山西省能源局关于山西煤炭进出口集团河曲旧县露天煤业有限公司核定生产能力的批复同意山西煤炭进出口集团河曲旧县露天煤业有限公司生产能力由8 0 0 万t/a核定为 1 0 0 0 万 t/a。1.2露天矿开采范围采掘场最终开采境界地表平均宽度东西28煤炭与化工3.444.447km，地表平均长度南北约5.6 41 km，地表面积1 4.9 0 6 km。目前采掘场首采区采剥工作面向东北方向推进，共形成1 1 个采剥台阶，采掘场深部标高为8 8 4m，最高剥离1 0 0 4m，工作帮坡角7 9。二采区从西向东推进，共形成10个采剥台阶，采掘场深部标高为8 9 6 m，最高剥离1 0 0 4m，工作帮坡角7 9，目前已停止开采。矿田因各煤层出露风化，实际赋存面积即开采面积比矿田批准面积2 4.9 53 6 km要小，开采现状如图1 所示。业广场烽火台选煤厂图1 露天矿开采现状Fig.1 Present situation of open-pit mining1.3露天矿运输系统现状露天矿运输主要包括剥离物和煤的运输，矿山辅助运输（通勤、材料、爆破器材，检修、加油、运水、消防、救护、矿山道路维护）等内容。运输采用汽车公路运输方式。地面生产系统有一座18m的原煤筒仓，一座储量为6.5万t的封闭式破碎站（棚封闭）。露天矿产能1 0.0 0 Mt/a，其中6.00Mt/a原煤由地面生产系统进入选煤厂洗选加工；剩余4.0 0 Mt/a原煤外委其它选煤厂进行洗选。结合图1，河曲露天矿首采区现阶段运输道路采用工作帮移动坑线与端帮半固定坑线相结合的方式，上部水平剥离物可经工作帮运输道路运输至端帮，然后经端帮剥离运输干道运输至内排土场，下部水平剥离物还可经工作面与内排工作面之间搭桥进入内排土场；二采区开采处于缓帮阶段，主要的剥离作业位于首采区东端帮，上部水平剥离物可经首采区工作面及东端帮与内排结合平盘进入内排土场进行排弃，下部水平可经内排土搭桥进入内排土场。运煤通道主要由工作面经端帮运输通道进入选煤厂前破碎系统。露天矿运输道路布设现状如图2所示。但随着开采推进露天矿将多个开采位置同时作业，如何保证运输系统通畅是首要解决的问题，本第46 卷村庄内排王场一矿界吕贵龙：河曲露天煤矿工作帮纵采揭煤运输系统优化文研究将结合不同区域工程特征对河曲露天矿运输通道进行优化设计。西端帮东帮运输道路图2 露天矿运输系统布设现状Fig.2 Present situation of open-pit minetransportation system layout但随着开采推进露天矿将多个开采位置同时作业，如何保证运输系统通畅是首要解决的问题，本文研究将结合不同区域工程特征对河曲露天矿运输通道进行优化设计。2露天矿运输道路比选2.1工作帮纵采区域运输系统情况河曲露天矿工作帮回采已临近居民遗留民房区域，受征地手续办理进度影响，工作帮需临时到界靠帮。为了尽可能多的回采煤炭资源，在充分考虑遗留民房分布基础上，工作帮东北角临时到界时采用纵采揭煤的方式靠帮（图3）。2023年第7 期内排土场边缘运输道路可运至南侧选煤厂及外运主路；本区域各开采水平剥离物可通过工作帮运输道路至端帮运输干道，经非工作帮运输道路至内排土居民住宅场各工作平盘进行排弃。工作帮首菜区临时到界东帮运输道路图4方案一开拓运输系统Fig.4 The develop transportation system of No.1 scheme2.2.2P内排有移动坑线方案(方案二)首采区工作帮纵采区域揭露1 3 煤底板时内排有运输系统方案露天矿工程位置如图5所示。首采区工作帮临时到界区域图5方案二开拓运输系统Fig.5 The develop transportation system of No.2 scheme由图5可知，纵采区域开采至1 3 煤底部时煤炭可通过工作帮移动坑线、煤层底板运输道路以及内排土场运输平盘运至首采区西端帮9 8 0 平盘，经图3工作帮临时到界区域Fig.3 Temporary boundary area of working side2.2工作帮纵采区域运输方案设计工作帮向北推进区域临近居民区，正常向前推进速度受限，因此在工作帮与东端帮交界位置采用纵采方式从东部拉沟向西进行推进。结合现状对此部分区域煤岩运输通道进行设计，提出2 个运输系统设计方案。2.2.1内排无移动坑线方案(方案一)首采区工作帮纵采区域揭露1 3 煤底板时内排无运输系统方案露天矿工程位置如图4所示。由图4可知，纵采区域开采至1 3 煤底部时煤炭可通过工作帮移动坑线、煤层底板运输道路以及内排土场运输平盘运至首采区西端帮9 8 0 平盘，经内排土场边缘运输道路可运至南侧选煤厂及外运主路；各开采位置剥离物可通过工作帮移动坑线以及内排土场移动坑线至内排土场各工作平盘进行排弃，各开采水平剥离物也可通过工作帮运输道路至端帮运输干道，经非工作帮运输道路至内排土场各工作平盘进行排弃。2.3方案经济性比选方案一一侧端帮运输剥离物，运输通道单一，但工作平盘规整无运输道路影响，可布置设备较多；方案二相比于方案一，剥离物运输线路有更多选择，实际工作中可结合开采位置自由选取运输线路，增加灵活性，为小设备作业提供便利。同时内排土场布置移动坑线，可减少首采区纵采区域剥离（下转第3 3 页）29刘威：泥岩顶板大断面开切眼支护技术优化实践保证了工作面设备的正常安装。扭矩力锚杆锚固力锚杆间排距锚杆外露锚索涨拉预紧力锚索孔深锚索外露60顶板下沉近量一回采帮鼓出量402000图3 2 1 1 1 1 开切眼表面位移观测Fig.3 surface displacement observation of No.21111 open-off cut4结 论（1）二2 煤层及直接顶板强度低，裂隙发育，自稳能力差，在大跨度开切眼掘进后，巷道变形量大，对工作面设备的安装造成了一定的影响。（2）数值模拟表明随着锚杆索长度和数量的增加，巷道顶底板和两帮的塑性区深度基本呈现线性减小的趋势，由此确定了最优的支护参数。（3）现场应用表明，采用优化后的支护方案后，2 1 1 1 1 开切眼掘进后变形时间短，变形量小，支护效果良好。参考文献：1。郝玉兵.8.8 m超大采高综采工作面设备回撤工艺应用研（上接第2 9 页）物绕行端帮的排弃运距，节省运营成本。结合露天矿设计及规划，年度规模按1 0.0 0Mt、剥采比按照4.0 m/t计算年运剥离量为40.0 0Mm。结合工作帮纵采区域、原始冲沟区域及烽火台区域揭露1 3 煤底板时各区域开采工程量情况，按照年度剥离量计算各区域需完成比例，按比例计算各区域年度完成剥离量并进行分配。工作帮纵采区域根据比例计算需完成的剥离量为8.7 5Mm，根据两方案工程位置图分别量取两方案剥离物综合运距并计算运费，计算过程中运输单2023年第7 期表4巷道支护质量要求Table 4 Roadway support quality requirements质量要求及允许误差设计值允许偏差顶板2 6 0 Nm，帮部2 0 0 Nm不低于设计值顶板1 6 5kN，帮部1 3 0 kN90%700 mm 700 mm 100 mm10 50 mm10 50 mm210kN90%9 500 mm9 346 9 446 mm150 250 mm究J.煤炭科学技术，2 0 2 2，50（S2）：50-6 0.2 张立辉，史佳斌，崔东亮.8.8 m超大采高工作面矿压显现及顶板控制技术研究J.煤炭工程，2 0 2 2，54（S1）：6 7-71.3 魏斌.大断面开切眼迈步掘进一次成巷工艺技术研究J.煤炭工程，2 0 2 2，54（7）：2 6-3 0.48时间/d检查方法扭矩扳手锚杆拉力计钢尺钢尺涨拉机钻杆钢尺1216204周刚，李胜虎.火石咀煤矿综放工作面采煤机扩切眼技术实践J.煤炭与化工，2 0 2 1，44（1 1）：1 4-1 6，1 9.5王伟光.特厚煤层大断面开切眼推引锚固与复向控制研究D北京：中国矿业大学（北京），2 0 1 9.6赵瑶.软弱厚煤层大断面切眼掘进与支护技术J煤炭技术,2 0 2 1,40(5):6 1-6 4.7王毅，肖利平，李开学，等.急倾斜煤层大断面开切眼快速施工技术研究J.煤炭工程，2 0 1 5，47（6）：58-60,63.8吴昕.采空区下综采工作面开切眼一次成巷支护技术J煤炭科学技术，2 0 1 5，43（9）：1 3 9-1 43.9侯志远，郭志飚，迟学海.宏泰煤矿回采巷道支护方案优化的FLAC(3D)数值模拟分析J.现代矿业，2 0 1 7，3 3（1 1）：187-191.10张广超，何富连，来永辉，等.高强度开采综放工作面区段煤柱合理宽度与控制技术J.煤炭学报，2 0 1 6，41（9）：2188-2 194.11 张诏飞，席伟.基于FLAC3D-RAR的边坡稳定性分析和监测预警J1.矿业研究与开发，2 0 2 3，43（5）：6 3-6 8.价按2 元/km/m取值，计算结果见表1。经两方案运费对比，方案二运费比方案一低7 0 0 万元，因此工作帮纵采区域运输系统设计优化推荐方案二，即内排土场含移动坑线方案。表1 工作帮纵采运输方案经济性计算Table 1 Economic calculation of working side longitudinalmining transportation scheme项目年运量/Mm3剥离综合运距/km运费/万元方案一8.75方案二8.752.82.44.9004 200（下转第43 页）33吴彬：补强锚索在综放工作面回采巷道超前支护方式中的应用180116014012010080604012010-200246810121416182022距工作面距离/m（a）顶板及两帮收敛变形曲线50140302010002468101214161820 22距工作面距离/m（b）顶板及两帮收敛变形速度曲线图8 测站表面位移监测曲线Fig.8 Monitoring curve of station surface displacement4结 论（1）1 50 5综放工作面回风巷沿二1 煤层顶板掘进，超前液压支架在巷道超前支护应用效果较差，根据岩层柱状可知，巷道顶板4m以上赋存有9 m厚的中细粒砂岩，该岩层强度高、赋存稳定，原生裂隙发育少，补强锚索锚固到该层位。（2）在1 50 5回风巷超前支承压力影响范围(上接第3 3 页）3结语为了保证河曲露天煤矿转向期间煤炭资源的供应，提出工作帮临时靠帮时采用纵采揭煤方式靠帮。结合露天矿实际生产情况，提出两种可能的工作帮纵采区域运输方案，即内排无移动坑线方案与内排有移动坑线方案。开展了两种方案经济性对比分析，确定了工作帮纵采区域最优运输方案为内排土场含移动坑线方案，可节省运费7 0 0 万元。参考文献：1 薛万海.安太堡露天矿过背斜末期内排运输系统优化J.露天采矿技术.2 0 2 2，3 7（1)：8 7-9 0.2黄金彪，白润才，刘威，等.基于改进RRT算法的露天矿路径优化模型J.煤炭学报，2 0 2 1，46（1 2）：3 8 46 3854.2023年第7 期顶板下沉量内，巷道处于应力增高区，导致围岩出现局部区东帮移进量西帮移进量顶板下沉速度东帮移进速度西帮移进速度域破碎，通过窥视发现围岩裂隙大多发育在顶板以上3 m范围内，孔口至1 m范围内局部区域破碎，3 m至孔底范围内，围岩较完整，补强锚索锚固在该范围内使得锚索具有较好的锚固力，充分发挥补强锚索的悬吊作用。（3）随着工作面回采，1 50 5回风巷巷道顶底板与两帮的移近量都在逐步增加，距离工作面3 0m以上时，回风巷两帮移近量、顶板下沉量增加趋势比较平缓，回风距离工作面2 5m以内时，巷道两帮移近量、顶板下沉量增加趋势开始变陡，回风巷距离工作面41 2 m时，巷道两帮移近量、顶板下沉量最大。（4）工作面回采过程中，1 50 5回风巷超前支护段顶板较完整；1 50 5回风巷变形监测过程中，巷道宽度最小值为40 2 2 mm，巷道中心高度最小值为2 7 8 0 mm。巷道能够满足1 50 5工作面通风、行人、运输等需要，从而保证矿井安全生产。参考文献1 王显政.我国煤矿安全生产50 年回顾与展望J.煤矿安全，2 0 2 0，51（1 0）：1-4.2 张培森，牛辉，朱慧聪，等.2 0 1 9 一2 0 2 0 年我国煤矿安全生产形势分析J.煤矿安全，2 0 2 1，52（1 1）：2 45-249.3刘琦，徐靖.厚硬顶板回采巷道超前补强锚索协同支护技术研究J.煤矿现代化，2 0 2 1，6（3 0）：1 1 2-1 1 6.4任帅主焦煤矿综放工作面覆岩运移规律及瓦斯抽采设计研究D.徐州：中国矿业大学，2 0 2 1.5张黎，景续武，杨天亮，等.安阳鑫龙煤业（集团）红岭煤业有限责任公司矿井生产地质报告R.河南：河南省资源环境调查三院，_2 0 2 1.3李江，赵天佑，武懋.平朔东露天矿运煤系统优化改造J.露天采矿技术，2 0 2 1，3 6（6)：7 5-7 8.4柴森霖，白润才，刘光伟，等.基于改进遗传算法的露天矿运输路径优化J.重庆大学学报，2 0 1 8，41（2）：8 7-9 5.5赵明.露天矿卡车端帮道路参数优化J.露天采矿技术，2020,35(6):5963.6王忠鑫，赵明，王金金，等.露天矿双能源卡车架线道路参数优化研究J1.煤炭工程，2 0 2 0，52（3）：3 1-3 6.7鲍岩.抚顺东露天矿电铁运输系统的优化改造J.露天采矿技术，2 0 2 2，3 7（4)：9 1-9 3，9 7.8ArifovDehkanboySharofogli，郭伟强，刘光伟.并行露天矿内排开拓运输系统优化J.采矿技术，2 0 2 1，2 1（6）：191 195.9张润廷.宝日希勒露天煤矿开拓运输系统改造与优化研究J.煤炭工程，2 0 1 8，50（3）：2 7-2 9.10 白润才，刘闯，薛应东，等.相邻露天矿边帮压煤协调开采技术J.煤炭学报，2 0 1 4，3 9（1 0）：2 0 0 1-2 0 0 6.43