露天矿端帮采煤与露天采排工程的时空关系.pdf

第3 0 卷第l 期 2 0 0 1 年1 月 中国矿业大学学报 J o u r n a lo fC h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g ＆T e c h n o l o g y v 0 1 ．3 0 N o ．1 J a n ．2 0 0 1 文章编号1 0 0 0 1 9 6 4 2 0 0 1 0 1 0 0 2 7 ．0 0 3 露天矿端帮采煤与露天采排工程的时空关系 尚涛，舒继森，才庆祥，车兆学 中国矿业大学能源科学与工程学院．江苏徐州2 2 1 0 0 8 摘要分析了安家岭露天煤矿端帮采煤与露天采排工程的时空关系，解释了露天采、剥、排工程 如何在时间和空间上影响端帮采煤的开采强度、回采率等主要技术参数．得出的结论对开采近水 平矿床的露天煤矿具有普遍意义． 关键词露天采矿；端帮采煤；采排工程 中图分类号T D8 2 4 ．5文献标识码A 按照“初步设计”，安家岭露天矿年产原煤 15 0 0 万t ，1 9 9 7 年开工建设，l9 9 9 年投产，2 0 0 1 年达产’．该矿主采煤层白上而下为4 ”，9 。和1 1 。 煤．4 4 煤平均厚度1 0m ，为高灰低硫煤；9 。煤平均 厚度1 3m ，为高硫低灰煤，二者经配煤和洗选成为 洗精煤．为满足出口精煤硫分不大于l ％的要求， 采出的4 4 煤全部进入选煤系统进行配煤．目前，要 达到设计的精煤产量，4 。煤产量已显不足．为解决 这一难题，该矿决定分别在首采区南、北两端帮用 地下开采的方法回收出露线以内的44 煤，称之为 端帮采煤． 根据有关地质资料和“初步设计”，南、北端帮 内煤层的基本情况如图1 图中阴影部分为端帮采 煤范围；II 剖面见图3 ． 7 4 0 0 0 7 3 0 0 0 1 7 2 0 9 0 L 7 1 0 0 0 7 0 0 0 0 自 P ，，二夕刎 介 r 。r ／／／／ { 7 7 7 7，，，，， ．．．一 Z 么磁彩 I J 8 7 0 0 0 8 8 0 0 08 9 0 0 09 0 0 0 0 首采区地表境界 端帮4 4 煤出露线 图1首采区端帮采煤范围 F i g ．1 B o u n d a r yo ft h ef i r s td i s t r i c tf o re n ds l o p ec o a l 南帮到向北转向处，4 “煤暴露长度30 0 0m 左右，煤层沿东西向基本呈水平状．在上述范围内， 西部20 0 0i l l4 4 煤层走向东西，向南倾斜．由端帮 出露线向南7 0 0m 范围内，煤层倾角小于7 。，煤厚 9 ～1 7 1 7 ／ 44 煤分层时，只计4 1 煤，下同 i 东部 10 0 0m 范围内，4 4 煤层走向南北，向西倾斜；由端 帮出露线向南7 0 0m 范围内，煤层倾角小于8 。，煤 厚7 ～1 0i n ．另外，在上述30 0 0m 范围内，4 4 煤底 板 分层时为4 1 煤底板 至露天矿坑底的垂直距离 为4 5 ～6 0i n ． 北帮到向北转向处，4 “煤暴露长度约 l9 0 01 3 9 1 ．暴露处煤层基本呈水平状，局部最大倾角 5 。左右，走向东偏北，向南偏东倾斜．煤层倾角和厚 度变化均匀．由端帮出露线向北7 0 0m 范围内，煤 层倾角小于8 。，煤厚3 ～1 3t i 3 ．．在此范围内4 4 煤底 板至露天矿坑底的垂直距离为6 0 ～7 0m ． 1 端帮采煤工艺参数 采用地下开采方法回收端帮4 4 煤的主要技术 决定及工艺参数见图2 ．运输巷与回风巷相隔布 置，巷道中心线间距1 0 0m ，两运输巷之间的回采 范围为一采区，采用锚网护顶煤墙支撑台阶式采煤 法双翼回采，采区采出率5 3 ％．运输及回风巷自巷 口向端帮内掘进7 0 0 m ，回收5 0 0 m ，留下2 0 0 m 不采，以保证端帮的安全．每条运输巷的掘进时间 为1 ．5 月，每条回风巷的掘进时问为1 ．0 月．一个 牧■日期2 0 0 0 0 9 一1 2 作者筒介尚涛 1 9 6 2 一 ，男．黑龙江省虎林市人，中国矿业大学剐教授，工学博士．从事露天采矿方面的研究． * 沈阳煤矿设计研究蔬．平期煤炭工业公司安家岭露天煤矿初步设计说明书 上、下册 1 9 9 7 ． 万方数据 中国矿业大学学报第2 9 卷 采区每翼的回采时间为1 4 ．5 月．南北两端帮同时 进行端帮4 “煤的回收。． 『I l 旧 运 回运 回 延 输风 转 风 输 巷巷巷巷巷 I 蓁冀 J- J 0 0 J ∞J 0 q 1 1 吨 g _ 8 L 1 I I I I I 剖面 运 兰呈≤ 三 采区 图2 南端帮采煤采区布置图 F i g ．2 D i s p l a yo fd i s t r i c t su n d e rt h es o u t h e r ne n ds l o p e 2 端帮采煤的时空保证 当首采区东帮逐渐变缓，4 ”煤工作平盘形成 后，即可在采区南、北两端帮开掘初始煤巷，开始回 收端帮煤．当采掘工作帮向东推进一段距离后，剥 离物实现内排，排土工作帮开始向东推进，经过一 段时间后内排土场推至初始煤巷处，并将其巷口掩 埋． 取一典型剖面 剖面南北坐标7 1 6 0 0 ，见图3 进行分析．从南、北帮初始煤巷开始开掘至其巷口 被内排土场掩埋所经历的时间 T l t 14 - t 2 t 3 t ， 式中f 。为从初始煤巷开始开掘至4 4 煤底板以下 工作帮形成所经历时间．a ；￡。为采、排工作帮底部 间安全距离形成的时间．a ；t 。为从开始内排至4 “ 煤底板水平以下排土工作帮形成所经历的时间，a ； t 。为排土工作帮推进厶 厶所经历的时间，a ． 图3 过渡生产时东西向典型剖面示意图 F i g ．3 S k e t c hm a po ft y p i c a le a s t - w e s ts e c t i o n d u r i n gt h ep r o d u c t i o ni n t e r i m t 1 一L l ／2 v ， 式中口为采、排工作帮年推进速度，m ／a ；L 1 为4 4 煤底板所在水平对应于t 。所推进的距离 m ，L - h c o t c R L 其中h 为4 4 煤底板至坑底的垂直距 离，m ；体为采掘工作帮坡角， 。 ；厶为初始煤巷开 始开掘时4 4 煤底板以下采掘帮水平投影宽度， m ． t 3 厶／2 v ， 式中 为坑底水平对应于t 。所推进距离 m ，L 。 一h c o t 讳一L 。 其中体为排土工作帮坡角， 。 。 为初始煤巷开始开掘时4 “煤底板水平以下排土帮 水平投影宽度，m ． t 4 一 j ，2 L I 旭． 代人数据得厶 6 6 C O t9 ．5 。一1 2 0 2 7 4 ．4m ，f 1 2 7 4 ．4 ／ 2 3 0 0 一0 ．4 6 a ．t 2 5 0 ／3 0 0 0 ．1 7 a ，厶一6 6 c o t l 3 ．7 。一17 0 1 0 0 ．7m ，屯一1 0 0 ．7 ／ 2 3 0 0 0 ．1 7 a ，t 4 1 7 0 1 2 0 ／3 0 0 0 。9 7 a ，故 T 】一t l t 2 f 3 t 42 0 ．4 6 0 ．1 7 0 ．1 7 0 ．9 7 1 ．7 7a ． 即南、北帮初始煤巷的服务时间为1 ．7 7 a ．而当采 掘、排土工作帮正常推进时．煤巷的服务时间则取 决于采、排工作帮坡角、年推进速度、两帮帮底间安 全距离及巷口底至坑底的垂直距离 见图4 T 一 L 向，其中L H c o t l3 ．7 。4 - c o t 9 ．5 。 5 0 ． 图4 正常生产时东西向典型剖面示意囝 F i g ．4S k e t c hm a po ft y p i c a le a s tw e s ts e c t i o nd u r i n g t h en o r m a lp r o d u c t i o np e r i o d 由前述知I t 4 5 ～7 0 m ，故 L 一5 0 3 ．5 ～7 5 5 ．5 m ． T 2 1 ．7 ～2 ．5a ≈2 0 ～3 0 月． 即采、排工程决定的煤巷 包括运输巷和回风巷 服 务年限最短为2 0 个月，最长为3 0 个月， 煤巷的服务年限由巷道本身推进的时间和由 其服务的采区两翼的回采时间构成．经计算每条运 输巷的掘进时间为1 ．5 个月，每条回风巷的掘进时 间为1 个月，采区每翼的回采时间为1 4 ．5 个月．可知 由推进和回采速度决定的煤巷服务年限最短为 1 5 ．5 个月，最长为1 6 个月． 由此可得出结论由推进和回采速度决定的巷 道服务年限小于由采、排工程决定的巷道服务年 限．换句话说，采、排工程为巷道推进和采区回采在 - 中国矿业大学．山西平朔安家．争露天煤矿端帮采煤方法可行性研究．2 0 0 0 ． _ 丁 万方数据 第1 期 尚涛等露天矿端帮采煤与露天采排工程的时空关系 时间上提供了可能． 而空间上是否有可能则取决于在南帮或北帮 上可以同时布置几个端帮煤回采区．经计算．端帮 煤设计年产量要求在每个端帮上同时布置两个采 区，东西长度为4 0 0 m ．而由前面的计算可知，无论 是在南端帮，还是在北端帮，4 4 煤任一时刻的暴露 长度至少为5 0 3 m ．显而易见，端帮煤设计产量在空 间上也得到了保证． 运输 采区 需要指出的是，上述时空保证指的是在采排工 程正常发展时期．在开采初期，尽管巷道掘进和采 区回采在时间上有保证．但窄小的采空区难以布置 若干个采区同时工作．也就是说，端帮煤的产量是 由小到大逐步达到设计规模的，达产时间取决于煤 巷掘进速度、采区回采时间和采场工作帮推进速度 见图5 ，北端帮的情况类似 ．经分析计算知达产 时问为1 2 个月． 第t 2 n 长度／⋯ 当前时刻 3691 2 1 51 8 2 1 2 4 2 7 3 03 33 6 时间／月 图5 南端帮采场工作帮推进与端帮煤回采的时空关系 F i g ．5S p a c e t i m er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ea d v a n c eo fw o r k i n gs l o p ea n dt h ee x t r a c t i o no fc o a li nt h es o u t h e r ne n ds l o p e 3 结论 从以上分析计算可以得出结论．对于开采近水 平矿床的露天矿，进行端帮煤回采时，端帮采煤与 露天采排工程的时空关系至关重要．露天采剥工程 与端帮采煤的关系主要体现在空间上，即采剥工程 能为端帮采煤提供多大的空间，此空间内能同时布 置多少个端帮采煤区，这最终决定着端帮采煤的开 采强度 即年产量 ；露天排土工程与端帮采煤的关 系主要体现在时间上，从巷道开始掘进至其巷V I 被 内排土场掩埋所经历的时间也就是运输巷或回风 巷的掘进时间及其所服务采区的回采时间之和，而 这最终将影响每个采区内端帮煤的回采量 即回采 率 ．从理论上讲，最好是改进采煤方法，提高开采 强度．也可以通过采剥工作帮端部超前剥离和排土 工作帮端部滞后排土的方法来增大端帮煤的出露 长度及延长每个采区内端帮煤的回采时间，以提高 端帮煤的开采强度和回采率．但这是以巨大的超前 剥离量和内排空间的损失为代价的，生产实际中是 否采用须经论证． S p a c e T i m eR e l a t i o n s h i pB e t w e e n E n d S l o p eC o a lE x t r a c t i o na n dD u m p i n ga n dM i n i n go fO p e n - P i t s S H A N GT a o ，S H Uj i s e n ，C A IQ i n gx i a n g ，C H EZ h a o x u e C o l l e g eo fE n e r g yS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g ，C U M T X u z h o u J i a n g s u2 2 1 0 0 8 ，C h i n a A b s t r a c t B a s e do nt h ea n a l y s i so ft h es p a c e t i m er e l a t i o n s h i pb e t w e e ne n d s l o p ec o a le x t r a c t i o na n dd u m p i n g a n dm i n i n go fo p e np i ti nA n j i a l i n gS u r f a c eM i n e ，t h ee f f e c to fm i n i n g ，s t r i p p i n ga n dd u m p i n go fo p e n p i to n t h em a i nt e c h n i c a lp a r a m e t e r so fe n d s l o p ec o a le x t r a c t i o ni nt i m ea n ds p a c e s u c ha sm i n i n gi n t e n s i t ya n dr e - c o v e r yc o e f f i c i e n t ，w a si n v e s t i g a t e d ．T h er e s e a r c hr e s u l ti so fg e n e r a ls i g n i f i c a n c ef o rt h es u r f a c em i n e sm i n i n gf l a ts e a m s ． K e yw o r d s s u r f a c em i n i n g ；e n d s l o p ec o a le x t r a c t i o n ；m i n i n ga n dd u m p i n gw o r k s 万方数据