安太堡露天矿开采程序的创新与实践

2008-12-12 08:42 来源: 我的钢铁

安太堡露天矿为近水平多煤层赋存,共有三层可采煤层,从上至下依此为4、9、11号煤,厚度为8m、14m、4m左右。为了降低基建投资、节省运距,同时尽早实现内排,故采用分区开采方式。从1985年到2002年间,已经开采结束了一、二采区,目前正开采三采区,采区规划见图1。该矿原煤生产能力为1500万t/a。采用电铲—卡车间断工艺,台阶划分为15m标准台阶,煤层单独划分,4号煤层以下采用倾斜和水平相结合的方式,穿孔采用250m牙轮钻机,爆破方式为ANFO导爆索非电起爆、深孔爆破。排土方式为推土机边缘排土。开矿初期使用外排土场,正常生产期以内排为主。1992~1995年实施的从一采区向二采区的第一次转向为直角转向,2000~2003年实施的从二采区向三采区的第二次转向为扇形转向。在近20年的开采过程中,我们在开采程序上做了许多新的尝试,这些创新有的打破了中外合作时期的规划,有的是针对开发过程中存在的问题新提出的理论与实践,绝大部分取得了良好的技术和经济效果,对露天开采的理论也有一定的发展,本文将这些创新实践作一概括性回顾。

1准双向运输系统的形成与应用

1.1采场与内排搭桥

首采区开采过程中,工作帮向东推进,西帮及南帮为固定帮,北帮为转向提前预留了平盘宽度,剥离物以外排为主,只是到了后期,开始逐渐从下部形成内排。转到二采区后,大量物料以内排为主,由于二采区东帮要考虑为三采区留沟,西帮为压帮内排,剥离物只能通过固定帮西帮进入内排,无法实现双向内排,虽然在1995~1996年成本压力不是很大,但科技人员本着不断优化开拓运输系统、降低运距的原则,充分结合生产实际,提出通过排弃一座“桥”将采场东帮1300道路南端与内排X1300道路的北端连接起来,于是出现了“1300搭桥方案”的实施,如图2示。该方案使东部4煤上、下的4个平盘的物料实现了双向内排,工作线东段的剥离物经东帮道路从“桥”上直接进入二采区内排1300,极大地降低了运距,同时也分流了西帮的车流,加快相应工作台阶的推进,共节省运费1000多万元。

1.2局部压帮与间隔搭桥

在1300搭桥方案实施成功的基础上,科技人员经过论证,将东帮全留沟改为东帮压帮到4号煤底,后又经过不断深入研究,将以前确定的东帮压帮到4号煤底改为压帮到9号煤顶,4号煤至9号煤之间的3个台阶也留沟,但每隔300m横向搭一座“桥”。从而实现了4号煤上下共9个台阶的11355万m3剥离物实现了双向运输,同时节省了向三采区转向时的二次剥离量1060万m3,取得了可观的经济效益。

1.3坑底纵向搭桥

为了加大资源回收力度,减小生产剥采比,4号煤底到11号煤之间的边帮实行陡帮,煤顶平盘与采煤平盘靠死,岩石台阶之间只留5~10m的保安平盘。这样9号煤顶及11号煤顶的剥离物料不通过边帮进入内排,而是在工作线中部(有时根据断层线位置来定)实现与内排相应台阶的搭桥,这样做的好处是可以减少9号煤顶和11号煤剥离物运距,运距一般只有700m左右。

2煤顶边帮道路先断后填

为了最大限度地回收煤炭资源,减小剥采比,缩短运距,增加效益,对边帮采煤台阶处的运输道路实施了先断后填的措施,即先将露煤台阶与上一台阶靠死,然后,将煤靠界全部采出,再从煤顶台阶挖掘岩石就近回填形成新的道路。9号煤和11号煤东西端帮4号煤东端帮全部实施了这种工艺,4号煤西帮部分地段实施,采用这种方法,每年可多回收原煤50多万t。

3反向排土场方法的实施

在从二采区向三采区转向的过程中,按照正常设计,三采区地表缓帮北部剥离物进入外排排弃,地表南部剥离物进南寺沟排土场排弃,而中部平盘的剥离物必须经二采区北帮和西帮进入内排土场,经计算,虽然内排土场容量满足转向期间剥离量要求,但是三采区1360~1300这4个平盘剥离物的采排运距单程达5500m,面临卡车严重不足的问题,同时使运输成本增加(见图4)。

为了解决和缓解以上矛盾和问题,提出在二采区靠界过程中,优先将靠近三采区的东部区域全面靠界,进而提前腾出空间,同时在内排土场的发展规划上,有意识地滞后东部,优先推进西部,从而在靠近三采区的东侧形成一定的空间,三采区1360~1300这4个平盘的剥离物可从4号煤底板直接由北向下排弃,实现反向高段内排。段高达100m。从而实现三采区4号煤顶、底板缓帮剥离物的近距离排弃,很大程度上解决了三采区4号煤顶、底板帮剥离物必须绕二采区北帮和西帮运距过远的问题,而且,反向排土的排土平盘也会从一个平盘(EX1300)逐渐增加到4个(EX1300、1345、1375、1405),这样绕二采区北帮和西帮进入内排土场的量会减少,最终取消远距离内排,实现内排的南北对接。

2002年排弃量为750万m3,运距缩短2.10km。2003年上半年共排弃2400万m3,与去年同期相比,运距降低27m,柴油单耗比去年同期下降17.2%,配件单耗同比下降33.3%,油脂化工品单耗同比下降25.19%。

同时,实施高段排土减少了重车下坡;减少了必要的坡道以及由此而引起的对工程位置的影响;减少了推土机工作量;利用了重力,减少能源消耗。极大地缓解了2002年上半年下部内排推进受阻的局面,加快了三采区的延深速度,理顺了采、排物料分布与流向,降低了成本,尤其对转向期间出现的采、排空间及位置分布不均及解决转向期间下部内排空间难以快速回填的实际问题有重要意义。

4境界边缘排土

虽然安太堡矿以内排为主,但2000年在缓帮过程中,内排运距增大。通过研究整个矿田内的开采程序,计算经济合理性后,提出南段缓帮初期剥离物排弃于坑边的合同区六坑,六坑采用井工开采方式。该项目共使三采区南部1200万m3的剥离物实现了近距离排弃,比去原设计的西排扩大区减少运距3000m,节省了大量运费,减少了卡车使用量,达到了降低生产成本、多出产量、缓解了转向期间卡车不足的矛盾的效果。

5结论

采矿科学是一门实践性很强的科学,在开采程序方面,尽管国内外针对不同的工艺已形成了比较完善的理论体系。但是,由于不同的地理、地质及工艺条件,不能一概而论,各矿可以结合自己的实际情况,根据技术经济条件的变化进行创新和优化。同时,即要考虑当前,也要有长远目光,达到整体优化。

1、概述

煤矿井下通风设施能否真正发挥作用,是杜绝瓦斯煤尘重特大事故的重要因素之一,而风量的稳定、可靠则直接关系到矿井的安全生产。由于受运输干扰,风门间未进行可靠联锁,井下经常出现两道风门同时被打开,造成风流短路的现象。因此《煤矿安全规程》规定:进回风井之间和主要进、回风巷之间需要使用的联络巷,必须安设两道联锁的正向风门和反向风门。

如果是主要进回风巷道间的风流短路,由于风阻的突然变化,系统瞬间压力变化很大,不仅对主扇会造成很大的冲击,影响主扇的使用寿命,而且一侧风门有时会突然关闭,造成伤人或毁门事故,破坏通风系统的稳定性、可靠性。因此风门间如何有效、可靠地实现联锁一直是困扰煤矿通风安全的一大技术难题。

2、现状

我国煤矿井下使用的风门主要有普通风门和自动风门两种。虽然自动风门比较容易实现电气闭锁,但一方面由于其造价较高,另一方面由于煤矿井下环境较差,受水蒸气、淋水、煤尘等因素影响,性能不可靠,使用寿命较短。所以电气闭锁不如机械式闭锁应用的比较广泛。目前在普通风门联锁装置设计上,大多数煤矿都采用滑轮原理,利用一根钢丝绳和滑轮组来实现风门之间的机械联锁(见图1)。在钢丝绳中间连接有张紧调节器,即在动滑轮下悬挂一配重,通过控制钢丝绳的有效长度来实现风门间的联锁。该装置存在的主要问题:

2.1风门联锁不可靠

由于钢丝绳的有效长度大于风门间的直线距离,留有一定量的伸缩量,且受钢丝绳拉伸变形影响,在运输通过风门时如果工人违章操作,存在着两道风门同时被打开一半,造成风流短路的弊端。

2.2维修量大

由于中间滑轮装置在井下受巷道支护条件及断面形状的限制,固定困难。风门开关时反向风门与钢丝绳相互干扰,造成磨损和拉伸变形,钢丝绳一旦磨损折断,就必须全部进行更换,造成材料浪费,且闭锁装置维修更换频繁。

3、改进

针对存在的问题,2003年嘉乐泉煤矿对其进行了改造,研制出升降式风门联锁装置。

3.1结构组成

该联锁装置由滑轮、钢丝绳、升降柱体、缸筒、垂直闭锁弯钩及支承装置等组成(见图2)。

3.2工作原理

该装置将原来中间的滑轮组改为两个升降式柱体,升降式柱体放在埋于地下的缸筒中,柱体与缸筒底部留有一定的行程,通过一个活动的垂直弯钩来实现柱体间的相互联锁。将原来采用的一整根钢丝绳变为两段,分别固定在柱体上,各拉一道门。当其中一道风门打开时,与其相连的柱体就上升,同时活动的垂直弯钩就自动倒向另一侧,卡在另一个柱体上方使其无法上升;只有当其关闭时,柱体在自重的作用下回到其原来的位置后,才能再次打开另一道风门,从而实现风门间的可靠联锁。

3.3、特点

3.3.1动作可靠由于垂直弯钩和柱体均为钢性结构,二者相互作用时变形较小,该装置不仅克服了钢丝绳的柔性副作用,而且还消除反风门与钢丝绳的干扰,彻底解决了原滑轮式联锁存在的弊端。

3.3.2省力由于钢丝绳长度缩短,两段钢丝绳通过套管与风门开启方向布置成一条直线,风门开启时阻力较小。

3.3.3实用性强为全机械结构,设计新颖美观,结构简单,制造安装维修容易,经济耐用,易于推广。

4、使用效果

经过一年多的使用,该装置闭锁效果明显,易装、易用、易维修,杜绝了同时打开两道风门的违章作业,根治了采掘工作面风流不稳定、无风、微风的现象,彻底消灭了主要进回风之间的风流短路,真正实现了风门间的可靠联锁。这对防止瓦斯事故的发生起到了重要的作用,这是风门联锁装置的一次技术上的突破,具有较高的推广应用价值。目前该联锁装置已在太原煤气化集团公司所属各煤矿中得到了广泛的应用,特别是在2004年东河煤矿、离石煤矿的安全设施验收中受到了省、市及山西焦煤集团等兄弟单位的专家一致认可。


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