吉郎德煤礦傾斜煤層縱采轉橫采扇形轉向技術優化

馬風虎

（哈密市和翔工貿有限責任公司，新疆 哈密 839200）

吉郎德煤礦位于新疆哈密巴里坤縣城北西140 km，煤礦探明資源儲量2.3 億t，其中露天可采儲量1.48 億t，設計規模2.0 Mt/a，服務年限63 年。自2011 年11 月1 日開工建設，于2013 年7 月完成基建并轉入正常生產。目前土巖剝離采用單斗-卡車工藝，原煤開采采用單斗挖掘機-卡車-地面破碎站工藝。露天礦生產組織方式為采煤自營，剝離全部外委。原核準生產能力為200 萬t/a，生產剝采比為9.71 m3/t。2020 年7 月國家能源局核增產能至300萬t/a，正在辦理核增手續。為了盡快實現300 萬t/a生產能力，須對原開采方案進行優化。

1 矸露天煤礦概況

1.1 煤 層

區內可采煤層10 層，分別為B1～B6、B71、B72、B8 下、B8。其中B8、B8 下、B5 煤層為全區可采煤層，B2、B3 煤層為大部可采煤層，B1、B4、B72 煤層為局部可采煤層，B6 煤層為小部可采煤層，B71 煤層可采面積僅為6%。

B8 煤層目前為主采煤層，可采指數為100%，煤層厚度為1.73～39.79 m，平均厚度23.21 m，變異系數為29.60%，為全區可采巨厚煤層，煤層傾角10°～19°，東部及西部煤層埋藏較深。

1.2 開采現狀

2019 年末吉郎德露天煤礦地表東西長2 km、南北寬1.2 km，坑底最低標高為+1 260 m，形成17 個剝離臺階，1 個采煤臺階，采區臺階高度為12 m、臺階坡面角為70°，最小平盤寬度50 m。最大開采深度204 m。其中：東幫為到界端幫；南幫深部為B8 煤層底板，1 382 m 水平以上為臨時到界臺階；西幫為臨時到界幫，幫坡角35°；北幫為正常工作幫，工作幫坡角17°。初步設計將礦區劃分首采區和二采區2個采區，工作線“L”型布置，向北部、西部同時推進。現階段北部西部還未到達設計首采區分區境界。其中：南幫僅開采B8 煤層，下部B8 下及B5 煤層未按照設計開采；北幫距離設計確定的首采區地表界約150 m；西幫距離設計確定的首采區地表界平均約600 m。按照首采區煤層北傾的覆存條件，南側剝采比較小，越往北剝采比越大，且隨運距和提升高度的增加，運輸成本增加。

1）首采區南幫未到界區域。現狀采掘場南幫已開采結束的煤層區域，主要包含煤層為B8 下煤層和B5 煤層。經計算，首采區南幫未到界區域可采資源量583.4 萬t，剝離量2 666.75 萬m3，平均剝采比4.57 m3/t，按照生產規模300 萬t/a 計算，服務年限為1.9 年。

2）首采區西幫未到界區域。以首采區西幫東西向為界的西側；以首采區北幫南北向為界的南側，主要開采為B8、B8 下和B5 煤層。經計算，首采區西幫未到界區域可采資源量為1 678.6 萬t，剝離量為10 122.9 萬m3，平均剝采比6.03 m3/t，按照生產規模300 萬t/a 計算，服務年限為5.6 年。

3）首采區北幫未到界區域。以首采區北幫南北向為界的北側，主要開采為B8、B8 下和B5 煤層。經計算，首采區北幫未到界區域可采資源量2 340.2萬t，剝離量11 582.4 萬m3，平均剝采比4.95 m3/t，按照生產規模300 萬t/a 計算，服務年限為7.8 年。

1.3 初步設計開采方案

北幫未到界區域按照首采區到界位置擴幫，西幫、南幫未到界區域同時開采，工作幫北、南、西3 個方向同時開采，其中西幫為主要開采區域，北幫、南幫搭配開采。經計算，首采區剩余范圍內資源量為4 602.2 萬t，剝離量為24 372.05 萬m3，平均剝采比5.3 m3/t。按照生產規模300 萬t/a 計算，服務年限為15.3 年。在現狀采掘場基礎上，完成65.75 萬m3剝離量后，一期按照9.2 m3/t 剝采比生產3 年，二期按照6.9 m3/t 剝采比生產6 年，三期按照2.2 m3/t 剝采比生產6 年，首采區開采結束。西幫年推進度為130 m，北幫年推進度為100 m，南幫年推進度為50 m。因煤層均為北傾，在往北推進過程中剝離量較大，露煤周期慢，難以滿足正常生產接續。西幫為臨時到界端幫，在往西推進形成工作幫時，造成大量的緩幫量。南幫為順傾邊坡，前期開采未按照初步設計開采，南幫上部已形成排土場，形成高陡復合性邊坡，且局部出現片幫，在開采過程中可能存在邊坡失穩的情況。

2 縱采轉橫采扇形轉向技術

露天煤礦中縱采即工作線沿露天礦走向（縱向）布置，傾向推進，簡稱縱采。橫采即工作線沿露天礦傾向（橫向）布置，走向推進，簡稱橫采[1-3]。所謂“扇形”擴幫方法，即工作線以某一回轉中心沿逆時針或順時針方向旋轉推進，推進方式類似展扇過程，因此稱為“扇形”擴幫[4-6]。扇形擴幫方法具有如下特點：①由于工作線為扇形發展，自由面大，爆破效果好；②剝離工作線長，投入設備多；③運輸系統可布置在扇端，占用作業面少，便于維護；④緩幫速度快，露煤量大。

2.1 橫采及扇形轉向技術優化

為進一步摸清南幫地質條件及邊坡穩定性情況，暫緩南幫B5、B8 下煤層開采。對北幫進行靠幫作業，西幫轉工作幫加速緩幫作業。其中，北幫上部臺階靠幫后為保證清掃平盤正常使用，1 428～1 368 m 水平平盤北擴21 m，上部1 428～1 404 m 水平、1 404～1 380 m 水平、1 380～1 356 m 水平形成300 m長的運輸坡道，下部靠幫至1 308 m 水平臺階，靠幫后不再布置運輸系統。下部臺階剝離、采煤依靠西幫運輸系統，年末降深至1236 m 水平，平均推進71 m。

西幫北部向西平均推進65 m，西幫南部1452平盤至1380 平盤，縱采轉橫采向西平均推進288 m，西幫南部1380 平盤至1308 平盤扇形轉角18°，向西平均推進146 m，轉角至1 308 m 水平。西幫北部1404 坡 道～1392 坡 道、1380 坡 道～1368 坡 道、1356 坡道～1344 坡道優化為運煤專線，西幫運輸系統形成至1 296 m 水平。

2020 年末各幫幫坡角為：北幫26°、東幫32°、西幫北部17°、西幫南部15°、南幫20°。年末西區南部增加采煤工作線長度200 m，增加露煤量15 萬t。2020 年開采200 萬t 原煤時，需要剝離量為2 300萬m3。年末二量可采量為58 萬t，開拓量為65 萬t。同時，注意減少提升高度和運距，以降低剝離成本。

2.2 3 年接續計劃

2021 年北幫北幫將繼續靠幫至1 248 m 水平，平均推進29 m，年末降深至1 230 m 水平，形成1個采煤臺階，采煤工作線長度為427 m。西幫1 380～1 230 m 水平轉角為18°。沿轉角線平均推進103 m，平盤平均寬度由33 m 調整至37 m。西幫1 404 m 水平以下工作幫坡角由19°調整至17°，2021 年末形成1 368～1 236 m 水平12 個采煤半臺階，采煤工作線長度789 m。可實現采煤235 萬t，剝離1 935萬m3，生產剝采比8 m3/t。

2022 年北幫繼續進行靠幫作業，2022 年末北幫靠幫至1 224 m 水平，降深至1 218 m 水平；西幫西擴150 m，西幫平盤平均寬度由37 m 調整至39 m，西幫幫坡角由17°調整至16°。2022 年末形成22 個剝離臺階，14 個采煤臺階，采煤工作線為912 m，2022 年末可實現采煤260 萬t，剝離2 100 萬m3，生產剝采比8 m3/t。

2023 年末北幫降深至1 212 m 水平，并靠幫；西幫西擴200 m，西幫平盤平均寬度由39 m 調整至43 m，西幫幫坡角由16°調整至15°。2023 年末形成22 個剝離臺階，14 個采煤臺階，采煤工作線長度為934 m，2023 年末可實現采煤300 萬t/a，剝離2 535萬m3。

3 縱采轉橫采扇形轉向技術優化成果

1）經濟方面。西幫為工作幫緩幫推進，縱采轉橫采扇形過渡，使得開采工作線長度增加，設備作業空間擴大，運距和提升高度減小，設備效率得以充分發揮。優化后，調整了采剝布局，增加了采煤工作線長度，且扇形過渡期間采煤量增加，剝離量減少。故從經濟效益上考慮較為合理。

2）運輸方面。在西幫橫采推進時，在南幫中部布置直進式坡道，剝離物直接排棄于南排土場，運距較近。其次，運輸系統布置靈活，均衡全年運距，可在西幫、南幫同時布置運輸系統在縮短運距的同時降低了車流密度。

3）生產靈活性方面。縱采轉橫采[7-8]推進時，可以根據生產實際情況調整推進度，最大限度的露煤，保證煤炭接續。當煤炭需求較大時，可以加速采煤臺階推進，使其與上方剝離臺階保留很小的平盤寬度或合并為1 個臺階，加大出煤量。

4）安全方面。緩采B5、B8 下煤層，給南幫邊坡治理預留了充分的時間，降低了邊坡穩定風險。運輸系統、剝離設備布置靈活，降低了運輸及采裝風險。

4 結語

按照優化方案，北幫進行靠幫、西幫進行緩幫作業，西幫南部以B8 煤層露頭較淺區域沿煤層走向縱采轉橫采拉溝，增加了采煤工作線長度。西幫北部，以工作線推進方向為軸，轉18°以東向西扇形推進，在安全、技術、經濟方面是可行的，為煤炭的接續生產提供了保障，為實現煤礦300 萬t/a 擴能打下了良好的基礎。