呂貴龍 于海潮

摘要：為了驗(yàn)證河曲露天煤礦采用基坑法開(kāi)拓新水平的合理性，對(duì)新水平開(kāi)拓方式的選擇、拉溝位置、降深時(shí)間及設(shè)備配置等進(jìn)行了探討，并對(duì)露天礦道路行車(chē)密度進(jìn)行了驗(yàn)證。實(shí)踐證明，在現(xiàn)有液壓挖掘機(jī)配自卸卡車(chē)的靈活作業(yè)方式下，該礦采用基坑開(kāi)拓方式是合理的。

關(guān)鍵詞：露天礦山;新水平開(kāi)拓;降深時(shí)間;行車(chē)密度;基坑法

0 引言

山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)河曲舊縣露天煤礦位于河曲縣城東南27 km處舊縣鄉(xiāng)范家梁村、硬地峁村、何家焉村一帶，其行政區(qū)劃屬河曲縣舊縣鄉(xiāng)，地理坐標(biāo)為北緯39°05′18″～39°09′45″，東經(jīng)111°09′55″～111°13′50″。該區(qū)屬大陸性半干旱型氣候，氣溫變化大，四季分明，年最高氣溫38.6 ℃，年最低氣溫-32.8 ℃，年平均氣溫8.8 ℃;年平均水蒸發(fā)量1 953.90 mm，年平均降水量460 mm，降水多集中在每年6—9月;每年3—4月期間多風(fēng)，風(fēng)向多為西北，風(fēng)力一般3～5級(jí)，最大達(dá)7級(jí)，霜凍期一般為每年9月至來(lái)年4月，無(wú)霜期50天左右，凍結(jié)深度在1 m左右，最大凍結(jié)深度1.45 m。

河曲露天煤礦排土場(chǎng)在地質(zhì)構(gòu)造上為單斜構(gòu)造，地層走向NNE-NE，傾向NW，地層產(chǎn)狀平緩，傾角1°～2°，層埋藏較淺，該礦開(kāi)采對(duì)象自上而下為9號(hào)、10號(hào)、11號(hào)、12號(hào)、13號(hào)共5個(gè)可采煤層。露天采礦境界內(nèi)可采原煤量為238.24 Mt，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為8 Mt/a，服務(wù)年限為27年。

河曲露天煤礦于2012年5月20日開(kāi)工建設(shè)，并于2018年達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)量，目前已建成了工業(yè)場(chǎng)地、選煤廠等主要地面設(shè)施，采掘場(chǎng)已推進(jìn)至首采區(qū)轉(zhuǎn)向處，并向東推進(jìn)，外排土場(chǎng)已排棄完成并實(shí)現(xiàn)了全部?jī)?nèi)排。該項(xiàng)目生產(chǎn)現(xiàn)狀如圖1所示。露天礦采掘場(chǎng)已推進(jìn)至首采區(qū)轉(zhuǎn)向處，采用扇形轉(zhuǎn)向，而后向東水平推進(jìn)方式。目前推進(jìn)方向的硬地峁村剩余近3 000畝地征租困難，工作面推進(jìn)工作停滯不前，已嚴(yán)重影響了露天礦的正常采剝作業(yè)，使得露天礦需提前接續(xù)開(kāi)采二采區(qū)。項(xiàng)目人員充分考慮到開(kāi)采境界內(nèi)無(wú)法搬遷的附著物（旭陽(yáng)選煤廠和下炭水烽火臺(tái)）等以及增加采煤工作線、較小的年推進(jìn)度等原因，考慮在二采區(qū)北部西側(cè)重新進(jìn)行拉溝，同時(shí)東側(cè)同步進(jìn)行緩幫作業(yè)。

二采區(qū)北部西側(cè)重新進(jìn)行拉溝降段延伸的速度直接影響到內(nèi)排空間、礦上生產(chǎn)能力、供煤穩(wěn)定性以及生產(chǎn)成本等重要指標(biāo)，為此，尋求一種具有可操作性、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)的開(kāi)拓延深方案尤為必要，研究二采區(qū)北部西側(cè)降深時(shí)間以及設(shè)備布置情況，為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)提供指導(dǎo)。

1 二采區(qū)西坑開(kāi)拓方式

1.1? ? 開(kāi)拓方式的選擇

本露天礦地處山西黃土高原西北部、黃河?xùn)|岸，屬典型的黃土高原地貌，植被稀少，水土流失嚴(yán)重，地形切割劇烈，沖溝發(fā)育多呈“V”字形。

露天礦開(kāi)拓按坑道類(lèi)型不同，其開(kāi)拓方法可分為：?jiǎn)螠?組溝/總溝開(kāi)拓法、折返溝開(kāi)拓法、直進(jìn)溝開(kāi)拓法、混合溝開(kāi)拓法、基坑延深開(kāi)拓法。為便于本露天礦的整體快速降深，提前實(shí)現(xiàn)內(nèi)排，采用基坑法開(kāi)拓新水平和對(duì)向拉溝垂直降深法相結(jié)合的延深程序，可在時(shí)間和空間上保證露天礦在基建期獲得最大的降深速度。

1.2? ? 基坑法開(kāi)拓順序

（1）在選定位置上出入溝的長(zhǎng)度為：

L出=h/ix

初坑長(zhǎng)度為：

L初=L出+2R

式中：h為臺(tái)階高度，取12 m;L出為出入溝長(zhǎng)度;L初為初坑長(zhǎng)度;R為轉(zhuǎn)彎半徑，取10 m;ix為坡度，取8%;

本礦臺(tái)階高度為12 m，55 t卡車(chē)轉(zhuǎn)彎半徑為10 m，坡道坡度取8%，則L出=150 m，L初=170 m。

（2）開(kāi)段溝長(zhǎng)度大于初坑L初長(zhǎng)度即可。

（3）在完成初坑的開(kāi)段溝長(zhǎng)度開(kāi)拓后，即可投入其他設(shè)備，在初坑的四周同時(shí)進(jìn)行擴(kuò)幫工作。在完成初坑周?chē)鷶U(kuò)幫工程后，形成基坑，一基坑準(zhǔn)備完畢后，下一水平的初坑開(kāi)拓工程即可進(jìn)行。

（4）當(dāng)一組設(shè)備完成初坑工作后進(jìn)行開(kāi)段溝工作時(shí)，可安排另一組設(shè)備在出入溝兩側(cè)進(jìn)行擴(kuò)幫工作。

1.3? ? 基坑位置的選擇及對(duì)拉開(kāi)段溝

基坑工作方式如圖2所示。

為實(shí)現(xiàn)對(duì)拉開(kāi)段溝，需在拉溝位置兩端（圖2中A點(diǎn)和B點(diǎn)）分別布置一組采掘設(shè)備（1#、2#）沿相對(duì)方向掘出入溝及開(kāi)段溝，在采掘設(shè)備（1#、2#）開(kāi)掘開(kāi)段溝時(shí)，同時(shí)布置采掘設(shè)備（3#、4#）進(jìn)行擴(kuò)幫，形成基坑。

對(duì)向拉溝基坑開(kāi)采方法的優(yōu)點(diǎn)是：

（1）基坑垂向降深，距離最短;

（2）可布置采掘設(shè)備的工作面多;

（3）運(yùn)輸出口多;

（4）對(duì)拉開(kāi)段溝一經(jīng)貫通，本水平即可形成順向運(yùn)輸通道，可增加線路的實(shí)際通過(guò)能力。

1.4? ? 新水平準(zhǔn)備時(shí)間

河曲舊縣露天礦選用3 m3液壓鏟配合55 t卡車(chē)的租賃模式開(kāi)采。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際開(kāi)采經(jīng)驗(yàn)，一組挖掘設(shè)備的月生產(chǎn)能力為Q=8.3萬(wàn)m3，拉溝時(shí)生產(chǎn)能力折減85%，其月能力為Q1=7.1萬(wàn)m3。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)有開(kāi)采參數(shù)，出入溝寬度為20 m，運(yùn)輸平盤(pán)寬度為20 m，最小工作平盤(pán)寬度為40 m，基建期拉溝線長(zhǎng)度為435 m，每條工作線上可布置2組設(shè)備。

一次開(kāi)掘出入溝工程量為V1=4.08萬(wàn)m3，開(kāi)段溝工程量（兩組設(shè)備相對(duì)方向掘出入溝及開(kāi)段溝）為V2=7.2萬(wàn)m3。

1#及2#采掘設(shè)備對(duì)向開(kāi)挖出入溝所用時(shí)間為T(mén)1=V1/2Q1，開(kāi)段溝所用時(shí)間為T(mén)2=V2/2Q。共計(jì)2組設(shè)備，在出入溝進(jìn)行開(kāi)段溝時(shí)，可再次調(diào)入2組設(shè)備（3#、4#）尾隨1#及2#采掘設(shè)備在A、B處一側(cè)進(jìn)行擴(kuò)幫工作，待1#及2#完成開(kāi)段溝作業(yè)后，可在A、B處另一側(cè)進(jìn)行擴(kuò)幫作業(yè)，兩側(cè)各推進(jìn)40 m后，可進(jìn)行下一水平的降深工作。