新疆興盛露天煤礦輪斗采煤系統轉向移設方案

梁明智

（新疆疆納礦業有限公司，新疆 伊吾 839300）

新疆伊吾淖毛湖礦區位于新疆維吾爾自治區哈密市伊吾縣和巴里坤縣境內，行政區劃屬伊吾縣和巴里坤縣共同管轄。礦區東西長約59 km，南北寬約12 km，面積約440 km2，煤炭資源儲量64 億t。興盛露天煤礦位于新疆哈密伊吾縣淖毛湖礦區西北部，煤礦呈東西方向長條形，面積32.53 km2，地質資源量47 319 萬t。煤炭資源多以長焰煤為主，煤質具有揮發分高、焦油產率高、煤氣產率高和低硫、低磷、低灰、富油的特點。煤礦一期生產能力300 萬t/a，是淖毛湖礦區的主力煤礦。

露天礦的開采工藝直接影響到其經濟效益，合適的開采工藝能夠節省生產成本。露天礦采用的采礦工藝通常有：間斷工藝、半連續開采工藝、輪斗連續工藝[1]。2019 年興盛露天煤礦引入首臺套完全國產化的輪斗連續采煤系統，系統自投入運行以來取得了較好的經濟和科技示范效應。輪斗連續系統在具有諸多優勢的同時也有系統復雜、配套設備多等缺點，尤其是在采用聯合工藝的露天礦山，與其它工藝之間相互影響和制約尤為明顯。因此，研究輪斗系統的合理的布設方式顯得尤為重要。

1 采煤工藝

興盛露天煤礦采煤工藝采用單斗-卡車+輪斗連續采煤的綜合采煤工藝。輪斗系統初期布置在采場南幫下部，上部是單斗-卡車采煤，端幫帶式輸送機橫穿內排土場中部，由于2 套采煤系統推進速度不匹配，輪斗采煤工作面整體推進滯后，煤底板不能及時露出，加之帶式輸送機運輸系統從內排土場中部橫穿，切斷了內排西部的運輸道路，造成采場西部剝離物料運輸距離遠，導致內排空間逐步減少已無法滿足現有設備滿負荷生產，嚴重影響了生產的正常進行。輪斗采煤系統布設在南幫的采掘現狀圖如圖1。

為了徹底解決采剝接續問題，優化運輸系統，計劃通過將輪斗移設西幫，把輪斗采煤系統和單斗-卡車作業區域分開，減少相互影響。同時將內排土場整體聯通，以解決采場西部剝離物料排棄的問題，保證采剝接續正常。輪斗采煤系統移設涉及膠帶機的布設以及初期工作面的布置，需要對布設方案進行論證研究，提出合理的移設方案。

2 輪斗連續采煤帶式輸送機布設

2.1 輪斗采掘機機頭位置

根據地質資料，采場境界北部由于自然風化作用，存在大量風氧化煤，煤層平均厚度3～6 m，總量約400～500 萬t。該煤發熱量低，一般用作腐殖酸肥料生產原料，經濟價值不高。風氧化煤呈粉末化存在易自燃，如把輪斗布置在該煤層，設備作業困難，且存在安全風險。因此輪斗機頭位置（即出入溝溝底位置）需要盡量避開該區域。為避免無效剝離，西幫推進采用自東向西，從南向北逐步到界的方法，避免采用從地表境界拉溝向南降深的采掘方式。西幫北部到界示意圖如圖2。

根據實際揭露煤層情況及勘測成果顯示，地表界南偏140 m 左右范圍內都是風氧化煤，為保證輪斗系統避開該區域，因此輪斗采掘機機頭位置（出入溝溝底）確定在地表界南140 m，出入溝底標高278 m 水平。風氧化煤區域采用反鏟進行選采，最終視銷售情況確定是否開采到地表北境界。

2.2 帶式輸送機機機道布設方案

根據輪斗采煤系統裝車站位置和現有地面帶式輸送機、輪斗布置的作業區域，結合采場、內排排土場現狀圖，選擇可行的帶式輸送機機道布置線路。機道地表以上布置在北幫地表，裝車站上倉帶式輸送機-地表帶式輸送機-北幫出入溝帶式輸送機-端幫帶式輸送機-工作面帶式輸送機-輪斗采煤機。采場輪斗作業最低標高257 m 水平至地表305 m 水平，總提升高度48 m。機道布置方案有2 種。

2.2.1 方案1

方案1 共需要帶式輸送機4 條：工作面帶式輸送機B104 機頭布置在278 m 水平，與端幫帶式輸送機B103 搭接，東西向布置，端幫帶式輸送機接地表帶式輸送機B102，地表帶式輸送機與出入溝帶式輸送機共用，省去出入溝帶式輸送機，上倉帶式輸送機B101 沿北幫地表布設。方案1 帶式輸送機系統布置示意圖如圖3。

圖3 方案1 帶式輸送機系統布置示意圖

沿內排土場與北幫交界線布置。帶式輸送機出入溝由東向西布設在北幫與內排交界區域，將出入溝帶式輸送機和地面帶式輸送機合并成1 條帶式輸送機，分為上坡段和平段，地表帶式輸送機布設在土場高桿燈以南。出入溝基道施工挖方量為10 萬m3，其中二次剝離量為6.7 萬m3。方案1 各帶式輸送機技術參數見表1。

表1 方案1 各帶式輸送機技術參數

2.2.2 方案2

在出入溝北幫布置。布設方向為東北-西南方向布置，即增加1 條出入溝帶式輸送機。地面帶式輸送機布置在高桿燈以北，較方案1 向北偏轉了7°，帶式輸送機方向與地表境界基本一致。

方案2 需布設5 臺帶式輸送機：工作面帶式輸送機B105、端幫帶式輸送機B104、出入溝帶式輸送機B103、地面帶式輸送機B102、上倉帶式輸送機B101。B105 與B104 搭接，布設在278～257 m 水平；B104 水平布置在北幫，搭接B103；B103 自278 m 水平至地表300 m 水平，出坑后經B102 至B101；B102沿地表300～303 m 水平布設，B101 利用原上倉帶式輸送機。方案2 帶式輸送機系統布置示意圖如圖4。

圖4 方案2 膠帶系統布置示意圖

出入溝基道施工以填方量為主，挖方量為2.5萬m3，不產生二次剝離。方案2 各帶式輸送機技術參數見表2。

表2 方案2 各帶式輸送機技術參數

2.2.3 方案比選

方案1 優點：①可以減少1 條出入溝內的帶式輸送機，減少帶式輸送機投資；②隨著帶式輸送機的減少，系統可靠性會相應提高，可以減少輪斗連續系統的故障率，便于輪斗連續系統穩定運行，便于輪斗連續系統的管理，可有效提高輪斗連續系統運行和生產能力；③出入溝固定，當西幫工作面向前推進時，延長端幫帶式輸送機即可，減少移設的工程量，縮短移設時間，減小對正常供煤的影響。

方案1 缺點：①出入溝固定不動，輪斗工作面向前推進時，端幫帶式輸送機需沿直線延伸，因此需給端幫帶式輸送機留設溝槽；②在西幫北側地表境界南偏140 m 給端幫帶式輸送機機道留設溝槽，機道寬度為20 m，離機道留設50 m 安全距離開始內排，西幫按年推進500 m 計算，每年損失內排空間約60萬m3；③當北部煤層賦存變化較大時不能靈活應對，遇大調整時，地表帶式輸送機及端幫帶式輸送機均需要整體調整，所需工程量較大，移設工期較長；④出入溝施工涉及二次剝離量，費用約為80 萬元。

方案2 優點：①端幫延伸重新做出入溝時，地面帶式輸送機只需延長不用重新鋪設，較為靈活；②隨出入溝位置向西移設，內排可以及時跟進，每年增加內排量60 萬m3；③出入溝施工不涉及二次剝離量，較方案1 節省約80 萬元。

方案2 缺點：①增加1 條出入溝帶式輸送機，會增加相應投資和安裝費用；②增加1 條出入溝帶式輸送機會相應增加帶式輸送機的故障率，減小連續系統的穩定性，導致輪斗效率降低的因素增多。

通過比較可知，方案1 雖設備數量少，但會增加二次剝離費用約80 萬元，且會損失排土空間。考慮二次剝離方量、占用內排量以及出入溝布置、帶式輸送機機移設工作量、移設時間、輪斗連續系統運行管理、生產效率等方面因素，最終選用方案2 為帶式輸送機道布設方案。

采用方案2，西工作幫向西推進時，可從坑下接續端幫帶式輸送機，盡量減少出入溝的重新布置，以減少出入溝帶式輸送機和地面帶式輸送機鋪設的工程量。當工作幫西推后北部深部境界變化大時，再重新做出入溝，移設地表及出入溝帶式輸送機。

3 輪斗采煤工作面

3.1 輪斗采煤工作面布設方案

3.3.1 方案1

工作線南北傾向布設。機頭布置在北側境界南偏140 m 處煤層底板+278 m 水平上，由北向南以3.25%的坡度布置輪斗采煤臺階，機尾標高為+257 m。輪斗按上下2 個臺階開采，上部臺階高10 m，下部臺階高7 m；為便于工作幫帶式輸送機安裝，其所在平盤寬度留設35 m。工作面形成后，輪斗挖掘機開采1 煤上部17 m 范圍，采用組合臺階方式進行開采，主臺階高10 m，下分臺階高7 m。

西幫1 煤以上臺階整體推進170 m，初期輪斗工作面由反鏟采煤形成，計劃剝離量602 萬m3,反鏟采煤量100 萬t，輪斗備煤量130 萬t，工期為3 個月。優點：①輪斗工作面隨反鏟采煤形成，作業條件較好；②工作面帶式輸送機布設施工容易，1 次布設到位。缺點：施工工程量大，工期長。

3.3.2 方案2

工作線南北向偽傾斜布設。機頭位置與方案1一致，由北向南以3.25%的坡度布置輪斗采煤臺階，機尾標高為+257 m(初期+267 m)，工作線機尾向東偏轉2°，輪斗按上下2 個臺階開采；初始工作面為南北向煤溝，寬度23 m。工作面形成后輪斗挖掘機開采1 煤上部14 m 范圍，先采煤溝東側，采用組合臺階進行開采，初期上分臺階高7 m，后期上分臺階逐步降深為10 m，下分臺階高7 m。

西幫1 煤以上臺階推進150 m，輪斗及帶式輸送機布上后先采工作面東側煤炭擴開平盤，然后再調整輪斗及帶式輸送機位置向西采，計劃剝離量350 萬m3,形成輪斗工作面采煤量20 萬t，輪斗備煤量180 萬t，工期2 個月。優點：①剝離施工工程量?。虎谳喍纺軌蚩焖偻度胧褂?；③后期輪斗可以先采用扇形開采，采出足夠距離后再增加端幫帶式輸送機，服務時間長。缺點：煤工作面掏槽施工空間小，施工有一定難度。

3.3.3 方案比選

方案2 較方案1 工程剝離量小，能夠盡快形成輪斗工作位置，雖較方案1 露煤量小，但是通過掏槽形成工作面，輪斗既可以向西采煤也可以東擴采煤，備采煤量較為充足，按輪斗月采煤40 萬t，可以采至3 月末，而來年剝離計劃3 月初開工，可以保證輪斗的采煤接續。因此，綜合考慮到施工時間靠近冬季，外委施工停滯等因素，為減少剝離工作量盡快使輪斗投入生產，確定采用方案2 為輪斗采煤工作面布設方案，初期輪斗采煤工作面采用偽傾斜方式布置。

4 結語

1）通過生產現狀分析了當前生產面臨的問題，找出了造成導致采剝接續及排土空間不足的原因，即生產輪斗采煤系統和單斗-卡車采煤作業區域交叉相互影響，輪斗帶式輸送機運輸系統切斷內排道路，確定了輪斗移設西幫的解決方案。通過對地質資料及現場煤層揭露情況，查清了風氧化煤的大概區域即北境界以南140 m 范圍，確定了風氧化煤區域輪斗采掘機機頭位置（出入溝溝底位置）。

2）對輪斗連續采煤系統的移設西幫的帶式輸送機出入溝及帶式輸送機布設方式進行了研究。通過工程費用及當西推后北部深部境界變化大等因素考慮，確定了出入溝設置北幫，東北-西南方向布置，地面帶式輸送機布置在高桿燈以北偏轉7°，帶式輸送機方向與地表境界基本一致。隨西幫工作面往前推，形成工作面帶式輸送機、端幫帶式輸送機、出入溝帶式輸送機、地面上倉帶式輸送機，共5 條帶式輸送機。比較移設初期輪斗工作面的布設方式，選擇了初期剝離工程量較小的南北偽傾斜掏槽布設方案。