端帮采煤技术在露天煤矿的应用.pdf

Serial No． 511 November． 2011 现代矿业 MODERN MINING 总 第511 期 2011年 11 月第 11 期 蔡利 1970 ， 男， 队长， 助理工程师， 010300 内蒙古呼和浩 特薛家湾。 端帮采煤技术在露天煤矿的应用 蔡利1孙进步2马占一1 1． 神华集团准格尔能源有限责任公司; 2． 中国矿业大学矿业工程学院 摘要通过展现端帮采煤技术在国内外露天煤矿的发展过程， 比较了主要的工艺形式、 技术 装备、 适用性， 结合我国露天煤矿的发展现状， 探讨了端帮采煤技术在我国的应用前景， 以推动端帮 采煤技术在我国的应用， 提高露天稀缺、 优质煤炭资源的回收率。 关键词端帮采煤工艺形式露天煤矿 近年来随着国家对煤炭产业政策的调整， 国内 煤炭价格不断攀升， 煤炭企业的经济效益不断改善， 促进了国内煤炭资源的大开发。与此同时， 大型现 代化露天矿山的发展速度也不断加快。国家“十二 五” 规划中明确指出 ， “十二五” 期间， 将推动大型露 天煤矿在条件适合的地区 内蒙古、 山西、 新疆等 的发展， 在重点矿区逐步淘汰落后的生产工艺形式， 提高煤炭资源的回收率。端帮采煤技术作为残煤资 源回收的重要手段， 伴随着露天采煤产业的发展而 不断完善， 目前已形成多种工艺形式。笔者通过比 较各种工艺在技术装备、 适用性、 优缺点等方面的差 异， 探讨了端帮采煤技术在我国的应用现状及前景， 以推动端帮采煤技术在我国的应用， 丰富我国露天 开采工艺形式， 提高煤炭资源回收率及露天采矿技 术装备水平。 1端帮采煤技术的发展及工艺形式 1． 1端帮采煤技术的发展 我国拥有数量众多的露天煤矿端帮、 边帮及露 头煤， 由于种种原因， 这些煤层大部分不得不被放 弃， 其中不乏优质煤种。只有少量用井工开采方法 的进行了简易回收， 或在露天矿闭坑后由相邻的矿 井开采， 增大了开采成本。 端帮采煤技术就是利用露天煤矿采场端帮出露 煤层布置采煤设备进行原煤开采的技术， 不需要单 独进行剥离或基建。伴随着采煤设备的不断更新， 端帮采煤技术的工艺形式也在不断变化， 其主要的 生产工艺为 端帮井巷工程采煤工艺、 端帮螺旋钻采 煤工艺、 端帮采煤机 SHM 采煤工艺。 1． 2端帮采煤技术特点 端帮采煤技术伴随着露天开采的发展得到不断 发展， 最早的端帮采煤技术受到技术装备落后的限 制， 主要的形式即在露天煤矿端帮煤层布置巷道， 在 巷道之间留设保安煤柱。这种方式技术简单， 相当 于露井联采的生产工艺。螺旋钻 见图 1 端帮采煤 工艺在国外出现的较早， 国内在上世纪 70 ～80 年代 开始在一些矿山应用， 由于受技术装备的限制， 该工 艺生产能力小， 生产效率低， 在露天煤矿的应用效果 不太理想， 但是由这项技术发展而来的螺旋钻采煤 技术在国内井工矿薄煤层开采中得到了广泛的应 用。端帮采煤机 见图 2 采煤工艺是近几年才出现 的新型端帮采煤技术， 端帮采煤机的切割部类似于 井工矿的房柱式采煤机。以上 3 种生产工艺形式的 技术特征见表 1。 由表 1 可以看出， 端帮采煤技术随着技术装备 水平的提高适应能力不断增强， 在露天煤矿端帮煤 开采、 薄煤层开采方面有广泛的应用前景。端帮采 煤主要技术特点 ①提高了资源回收率， 避免边角及 36 表 1端帮采煤技术特征 采煤工艺优点缺点适用条件应用前景 井巷工程 1． 工艺简单， 便于管理; 2． 布置灵活。 1． 端帮布置工作面安全性差; 2． 在端帮煤层布置巷道， 对支护 要求高; 3． 不利于端帮边坡稳定; 4． 独头采煤， 生产效率低; 5． 生产连续性、 适应性差。 1． 煤层较厚， 推进 度不强; 2． 露天煤矿水文地 质情况简单; 3． 边坡稳定性好。 一般， 不适应现代 大型露天煤矿。 螺旋钻 1． 设计先进， 工作紧凑; 2． 无人工作面， 安全性好; 3． 采出煤质好， 含矸率低; 4． 资源回收率高; 5． 维修方便。 1． 截割面积小， 生产效率低; 2． 接卸钻杆时间长， 生产效率低; 3． 采深浅， 一般 60 ～90 m; 4． 地质条件要求高; 5． 设备体积大， 场地要求高。 1． 薄煤层开采; 2． 地质条件稳定; 3． 硬度不高的矿 岩。 1． 一般， 不适应现 代大型露天煤矿。 2． 经改进后， 在部 分井工矿薄煤层开 采中应用广泛。 端帮采煤机 1． 开采方法简单、 环保， 无需大量矿建、 地下 支护， 没有塌陷危害; 2． 设备先进、 智能化控制、 无人工作面; 安全 性高; 3． 组合切割刀盘， 适应不同煤层厚度; 4． 生产能力大， 效率高， 最大采深达300 多 m; 5． 操作人员、 辅助设备少， 便于管理; 6． 地质条件要求低。 1． 设备成本高， 初期投资相对前 两种形式大; 2． 对设备操作人员要求高。 1． 陡坡开采; 2． 薄煤层开采; 3． 破碎顶板、 松软 底板开采; 4． 倾斜、 断层、 波浪 煤层开采。 1． 应用前景广泛; 2． 适用于各种复杂 地质条件。 境界煤的丢失; ②煤层厚度适应范围广， 从 0． 7 ～ 6． 0 m; ③无塌陷开采， 满足保护区、 环保区等特殊 条件下的开采要求; ④生产能力大， 生产效率不断提 高， 端帮采煤机最大采深可达 300 m 以上; ⑤可适应 破碎顶板、 松软底板、 波浪形底板煤层开采; ⑥设备 先进， 实现无人工作面生产， 自动化控制; ⑦端帮采 煤， 不利于端帮边坡稳定; ⑧延迟内排土场推进， 相 对增大运距。 1． 3端帮采煤技术的适用条件及应用前景 端帮采煤技术由传统的井巷工程炮采工艺逐步 过渡到以螺旋钻、 端帮采煤机为主采设备的自动化 生产工艺， 以端帮采煤机为主的采煤工艺应用前景 更加广泛， 此种工艺形式不仅具备设备灵活可靠的 优点， 更是一项环保高效的工艺形式， 既可用于大型 露天矿的边、 端帮及边角煤的开采， 又可作为沟渠、 山坡开采露头煤中小型煤矿的主力开采设备。由于 开采过程中对地表的破坏远远小于传统露天矿， 山 体上的灌木、 乔木将不受开采破坏。在美国自然保 护区内， 端帮采煤机成为开采较浅煤层的首选， 对于 0． 7 ～6． 0 m 的煤层， 端帮采煤机采煤工艺的回采率 能够达到 60 ～75， 远远高于我国中小煤矿的回 采率。在我国西部地区及西南地区的一些矿区， 这 一工艺形式将会有广泛的应用前景。 2端帮采煤技术应用实例 该矿山位于西弗吉尼亚州 Kanawaha 县， 采用端 帮采煤机 SHM 和 PTM2 旁侧推板装卸机， 现场电 力供应来自电网。2004 年投入生产， 煤层厚度在 1． 3 m以下， 煤种为焦煤， 覆盖层厚度 60 ～80 m。该 煤层曾采用螺旋钻设备进行过开采，钻孔直径为 0． 5 m左右。自2004 年 Magnum Coal 公司采用 SHM 薄煤层截割头， 掘进断面宽度 3． 5 m， 支撑煤柱宽度 为 2 m， 回采率达 63。该矿每日安排 2 个班，每 班8 h，每周生产 5 d 周六、 周日不生产 ， 月产煤量 为 6 万 ～7 万 t。由于 SHM 截割头可以进行快速推 进及撤出煤层， 整个采煤过程无人员进入巷道， 且经 过周密计算的安全煤柱可以防止煤层整体跨塌，因 此在 1 个班的时间内， SHM 可以完成一个长达 300 m， 宽 3． 5 m， 高 1． 3 m 随煤层变化而改变 的 巷道。完成采掘过程后，整个山体不会发生整体塌 陷，对地表植物的影响极小。 由此可以看出， 端帮采煤机 SHM 的生产效率 极高。该设备产量主要取决于煤层厚度， 1 ～ 1． 3 m 薄煤层， 月产量为 4． 5 万 ～ 9． 0 万 t; 在 2． 1 m 煤层 条件下， 使用中煤层截割头，月产量高达到 12． 5 t; 在厚煤层中， 生产能力将更高。 3结语 露天煤矿的端帮、 边帮由于受采区边界等开采 限制， 有部分煤层不得不被放弃， 要采出这部分煤炭 资源， 采取的解决办法主要是以下 2 种方式 一种是 用房柱式炮采回收， 此种方式存在用工多， 安全环境 差、 管理复杂等诸多问题， 同时成本也较高; 另一种 办法就是采用机械化开采。露天端帮采煤机每班只 需 4 人， 无需人员进入工作面， 生产辅助设备只需一 台前装机配合装卸输送单元， 具有较高的生产效率。 该项新技术、 新工艺， 对于提高我国露天采矿煤炭资 源回收率， 增强煤炭企业经济效益 下转第74页 46 总第 511 期现代矿业2011 年 11 月第 11 期 10． 1的尾矿， 精矿 TFe 品位为 18． 5， TFe 回收率 为 90． 23; 弱磁粗选所得粗精矿破碎到 －3 mm， 再 经 CG2 永磁多辊干选机精选后， 抛弃尾矿 TFe 品位 8． 0; 经过两次磁选最终可抛弃尾矿 总 产 率 38． 0， 最终尾矿 TFe 品位 8． 9， 最终精矿 TFe 品 位 22． 6，精矿 TFe 总回收率 80． 37。对比表 6 和表 2 铁物相分析结果可知 物料经过 BX 筒式永 磁干选机弱磁粗选和 CG2 型永磁多辊干选机精选 后， 物料中磁性铁占有率由 66． 27 提高到了 80． 09， 赤褐铁矿和硅酸盐中铁的占有率分别由 27． 81、 5． 33下降到了 15． 93 和 1． 33。经计 算精矿中磁铁回收率为 97． 13， 说明通过两次弱 磁预选抛弃了大部分非磁性铁， TFe 品位22． 6 的 精矿经过换算相当于 TFe 品位 27． 3 的原矿， 满足 入磨物料的 TFe 品位要求。 3结语 极贫磁铁矿经过干式预选提高 TFe 品位后， 所 得粗精矿与包钢巴润矿业有限公司选矿厂现生产工 艺中最终破碎产品一起给入一段磨矿作业， 不再建 设磨矿选别车间。因为 BX 筒式永磁干选机 处理 量大 和 CG2 永磁多辊干选机 适合细粒干式磁选 各有优点， 因此干式预选推荐两种选矿设备流程。 第一种预选选矿流程 BX 筒式磁选机 中铁精矿磁 性铁含量为 78． 18， 磁性铁回收率 99． 5， TFe 品 位 22． 0 的铁精矿经过换算相当于 TFe 品位 26． 0的原矿。第二种预选选矿流程 CG2 永磁多 辊干选机 中铁精矿磁性铁含量为 80． 09， 磁性铁 回收率97． 13， TFe 品位 22． 6的铁精矿经过换算 相当于 TFe 品位 27． 3 的原矿。应用预选流程可 及时抛尾， 免去新建磨选车间， 可经济地处理白云鄂 博西矿超贫磁铁矿， 由此提高白云鄂博西矿资源储 量， 从而提高包钢集团铁矿石的自给率。 参考文献 ［ 1］邵凤俊， 戴翠红， 赵礼兵． 超贫磁铁矿选矿工艺流程优化［J］ ． 中国矿业， 2010 9 71- 72 ［ 2］马淮湘， 胡义明， 皇甫明柱， 等． 河北某极贫铁矿石选矿试验 ［ J］． 金属矿山， 2011 4 58- 61 ［ 3］王陆新． 某极贫磁铁矿石选矿工艺研究［J］． 现代矿业， 2009 11 35- 39 ［ 4］杨军， 赵夕兵， 孙敬锋， 等． 内蒙古某地超贫铁矿选矿试验研 究［ J］ ． 内蒙古科技与经济， 2010 11 84- 86． ［ 5］李晓勤， 秦煜民， 魏有权． 某超贫磁铁矿选别工艺试验［J］． 矿 冶， 2006 9 18- 20． ［ 6］孙炳泉． 超贫铁矿资源化利用技术现状及发展趋势［J］． 金属 矿山， 2009 1 9- 12． 收稿日期 2011- 09- 07 櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄 上接第 57 页 因此采用该采矿法回采厚大破碎矿 体， 关键在于做好水压支柱的控顶， 做好挖机装矿和 斗车运矿之间、 挖机充填与斗车运充料之间的衔接。 21 世纪的矿业要广泛吸收各学科的高新技术， 开拓先进的、 非传统的采矿技术， 创造更高效率、 更 低成本、 最少环境污染和较好安全条件的采矿模式。 厚大破碎矿体开采一直是国内一些矿山企业和科研 院所面临的难题。水压支柱控顶和机械化开采具备 了实现厚大破碎矿体安全、 高效、 低贫损开采的条 件， 为厚大破碎矿体开采拓展了新思路。 参考文献 ［ 1］黄启富， 胡中华． 我国矿井支护设备的分析与探讨［J］ ． 黄金， 2003， 24 3 31- 35． ［ 2］李昌元， 张秉行． 水压支柱系统在沃溪矿区的应用实践［J］ ． 黄 金， 2004， 25 4 25- 29． ［ 3］任卫东， 杨彪． 水压支柱护顶房柱采矿法在豫西铝土矿中的 应用［J］． 中南大学学报， 2009， 9 2 8- 9． ［ 4］张根深， 刘赟， 王祥， 等． 水压支柱护顶壁式充填采矿法试 验研究［ J］ ． 采矿技术， 2006， 6 4 7- 9． ［ 5］黄仁东． 金属矿缓倾斜薄矿脉深井开采临时支护新技术应用 ［ J］． 中国矿业， 2004， 13 4 51- 54． ［ 6］曹志丰， 冯壹． 水压支柱全面法回采深井缓倾斜复杂矿体的 实践［J］． 江西有色金属， 2003， 17 4 19- 21． ［ 7］吴爱祥． 水压支柱支护特性及在深井开采中的应用［J］． 中南 大学学报， 2002， 33 6 564- 566． 收稿日期 2011- 08- 15 櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄 上接第 64 页 具有重要意义。 参考文献 ［ 1］刘泽民， 王社林， 才庆祥． 安家岭露天煤矿端帮采煤方法研究 ［ J］． 中国矿业大学学报， 2001， 30 5 515- 517． ［ 2］李纪青． 螺旋钻采煤法［ J］ ． 煤矿开采， 2001， 44 2 31- 34． ［ 3］程国明， 黄侃， 王思敬． 螺旋钻开采技术及其发展［J］． 矿冶 工程， 2003， 23 2 4- 6． ［ 4］刘玉华， 李世明， 秦志辉． 帮外残矿回采技术研究［J］ ． 矿业工 程， 2004， 2 3 17- 19． ［ 5］孟建华， 张兆琏． SHM 端帮联合采煤机赴美现场考察报告［ J］ ． 露天采矿技术， 2007 2 5- 6， 9． ［ 6］庞俊杰， 唐阁俊． 露天煤矿开采技术若干理论的探讨［J］． 民营 科技， 2009 6 20． 收稿日期 2011- 07- 27 47 总第 511 期现代矿业2011 年 11 月第 11 期