将军戈壁二号露天煤矿采区间留沟参数优化研究.pdf

第38 卷第4期2023年8 月DOI:10.13235/ki.ltcm.2023.04.002董志龙，孙进步，王宏健，等,将军戈壁二号露天煤矿采区间留沟参数优化研究J.露天采矿技术,2 0 2 3,38(4):7-9.DONG Zhilong,SUN Jinbu,WANG Hongjian,et al,3D model of open-pit iron mine mining area based on移动扫码阅读improved SIFT algorithmJJ.Opencast Mining Technology,2023,38(4):7-9.露天采矿技术Opencast Mining TechnologyVol.38No.4Aug.2023将军戈壁二号露天煤矿采区间留沟参数优化研究董志龙，孙进步，王宏健，车志翔（新疆天池能源有限责任公司，新疆昌吉8 3110 0）摘要：露天矿相邻2 个采区平行推进时，可在首采区相邻端帮处留沟内排，将极大地减少二采区重复剥离费用，带来良好的经济效益。以将军戈壁二号露天煤矿首采区和二采区为研究对象，综合分析矿山采剥工程情况，确定留沟时间及留沟参数，综合对比留沟后增加的剥离运费及减少的二次剥离费用，测算出采区间留沟的综合收益为3.8 亿元，经济效益显著。关键词：内排；留沟深度；相邻采区；重复剥离；经济性分析中图分类号：TD672Study on optimization of ditch retention parameters between mining areas in Jiangjun Gobi No.2Abstract:When two parallel open-pit mining areas are advanced in parallel,the dumping can be left in the adjacent end slope ofthe first mining area,which will greatly reduce the cost of repeated stripping in the second mining area and bring good economicbenefits.This article takes the first mining area and the second mining area of Jiangjun Gobi No.2 Open-pit Coal Mine as theresearch object,comprehensively analyzes the mining and stripping engineering situation of the mine,and determines the ditchretention time and ditch retention parameters.We comprehensively compare the increased striping freight and reduced secondarystripping cost after ditch retention,and calculate the comprehensive income of ditch retention in the mining area is 380 milionyuan,with significant economic benefits,Key words:inner dumpingi ditch depth;adjacent mining areai re-stripping strippingi economic analysis近年来，我国大力发展西部露天煤炭资源，露天矿在煤炭产量中占比不断增大，而露天矿开采在设计初期，为了使整个服务周期内产生的经济效益和生产效率最优，通常采用分区开采的形式11-2 1。在露天矿扩帮扩能、采区转向及并行采区平行开采时，为了减小后行采区的剥离量，会采用先行采区在内排土场留沟内排的方式3。留沟作为一种“失利在前，得利在后”的方案，其合理的设计可以保证开采合理性的同时获得最大限度的收益(4-1,因此，相邻采区间合理留沟内排方式的选择尤为重要16-7。白润才等18 通过采用数学期望法和费用补偿法收稿日期：2 0 2 2-0 9-0 6责任编辑：陈毓作者简介：董志龙（198 6 一)，男，内蒙古锡林浩特人，高级工程师，硕士，2 0 16 年毕业于中国矿业大学，从事露天矿技术管理方面的工作。文献标志码：BOpen-pit Coal MineDONG Zhilong,SUN Jinbu,WANG Hongjian,CHE Zhixiang(Xinjiang Tianchi Energy Co.,Ltd,Changji 831100,China)文章编号：16 7 1-98 16(2 0 2 3)0 4-0 0 0 7-0 3建立以压帮长度为单一变量的一元二次函数，分析得出了国能平庄煤业集团平西白音华一号露天矿压帮内排转变为留沟内排的最优位置；张丁等19通过建立留沟高度数学模型确定了影响留沟高度的关键因素，结合黑岱沟与哈尔乌素生产状况与实际问题,得出了最佳留沟位置及不同留沟水平情况下留沟降低经济性临界值；韩万东等10)通过建立二维模型并从技术与经济角度进行全留沟-搭桥、全留沟、半留沟方案对比，得出全留沟-搭桥方案最为合适，为黑岱沟露天矿顺利转向提供了最优解。通过比较将军戈壁二号露天矿（简称将二矿)2.7第38 卷第4期2023年8 月采区间留沟高度、长度与宽度等参数并考虑开采连续性、合理性及经济性确定优化的留沟参数，为类似露天矿采区接续研究提供参考。1将军戈壁二号露天煤矿概况将二矿深部境界东西平均长为7.7 0 km,南北平均宽为8.6 5km，目前首采区设计宽度1.2 km，地表境界东西平均长为8.6 0 km，南北平均宽为9.53km。根据矿床的地质条件，在技术可行和经济合理的前提下,将被开采的矿田划分为4个采区,从首采区开始，按照既定的开采顺序，依次开采各采区，直至全矿开采结束。各采区间近乎平行，因此先开采的采区压帮内排（现阶段的开采方案)会在后续采区开采时产生二次剥离，从而增大后续采区的剥采比,增加生产成本。将二矿首采区由东向西开采，按照30 0 0 万t/a生产能力剩余服务年限约11年。首采区转向二采区为18 0 转向,在首采区开采结束前二采区地表南北向拉沟降深过渡接续。内排土场留沟，减少压帮剥离物排弃量,直接降低二次剥离成本，但会切断工作帮剥离物料的内排运输通道，同时要将南帮留沟处的剥离量调整到北侧排土，增加先期开采采区内物料的运输成本。因此合理优化采区间的压帮内排参数，进行动态的技术经济测算，对于将二矿资源开发的整体效益具有重要意义。相邻采区间留沟内排示意图如图1。内排土场首采区推进方向B煤B，媒采区分界重复利离采区间搭桥采区间留沟(a）平面图原酷地表彩区间留沟采区间搭桥原始地层首菜区内排土场一采区类型首采区编销BB煤B，媒（h）断面图图1相邻采区间留沟内排示意图2买采区间留沟参数优化2.1矿山采剥工程总体分析将二矿2 0 2 2 一2 0 30 年采排计划见表1。8露天采矿技术Opencast Mining Technology表1将二矿2 0 2 2 一2 0 30 年采排计划采煤量剥离量/年度万t202227502023300020243000202530002026300020273000202830002029300020303000由表1可知：将二矿2 0 2 2 一2 0 2 5年采排关系紧张，内排土场排弃到590 m水平后不具备留沟条件；2026年开始，内排容量大于当年剥离总量，具备留沟空间，但具体留沟时间需要结合留沟效益进行最终确定。2.2留沟模型综合考虑经济因素，构建将军戈壁二号露天煤矿端帮内排压帮高度优化模型，确定首采区不同开采位置的合理内排压帮高度和排土场参数。压帮高度优化原则为：保证露天矿采排空间平衡，通过计算确定采用外排还是内排加高方案；调研首采区剥离物内排运输费用、二采区剥离费用、原煤提升运输费用、资金的时间价值；当压帮高度减小时，剥离物运距将增加，二次剥离量少，当压帮高度增大排土场时，剥离物运距减少，二次剥离量大。压帮内排示意图如图2。图2 压帮内排示意图由图2 可知,第I部分可以实现双环内排,第I部分由于留沟只能单侧排土，因此运距增加的剥离量为：1V=-lo+(H+H)c o t -2式中：V为运距增加的单位推进距离剥离量，m;lo为坑底工作线长度，m;H为露天矿开采深度，Vo1.38No.4Aug.2023剥采比/内排容量/万m(mt-)63812.3268312.2870752.369.8463.2882132.74102783.4389022.9774122.4758331.94.(H-AH)(cot+cot)(H-AH)(1)2万m6400700070009800897910858911775128833第38 卷第4期2023年8 月m;H 为压帮高度,m;为最终帮坡角，（）;为二次剥离最终帮坡角，（）。假设该部分运量为沟底以上且与沟同侧的剥离量，内排运距的增加值为该部分运量运距的增加值。运距增加值为：d=1+2(H+H)c o t 式中：d为运距增加值,m;l为坑底工作线长度，m;H为露天矿开采深度,m;H 为压帮高度,m;为最终帮坡角，（）。2.3留沟方案2026年剥离量8 2 13万m，采煤量30 0 0 万t，剥采比2.7 4m/t。在满足全部内排的情况下，按照二次剥离边界及57 5m水平排满为界限：56 0 m留沟水平，减少二次剥离量约419万m；545m 水平部分留沟，减少二次剥离约347 万m,共计减少二次剥离量约7 6 6 万m。2027年剥离量10 2 7 8 万m，采煤量30 0 0 万t，剥采比3.43m/t。在满足全部内排的情况下，按照二次剥离边界及57 5m水平排满为界限：57 5m留沟水平，减少二次剥离约58 0 万m590m水平按照二次剥离线以上排满且占用2 0 2 6 年59 0 m水平部分排土空间。2028年剥离量8 9 0 2 万m，采煤量30 0 0 万t，剥采比2.97 m/t。在满足全部内排情况下，590 m水平按照二次剥离线排满，57 5m水平部分留沟，减少二次剥离量约2 15万m。2029年剥离量7 412 万m，采煤量30 0 0 万t，剥采比2.47 m/t。剥离物部分排至59 0 m水平，57 5m水平减少二次剥离量约10 0 万m。2030年剥离量58 33万m，采煤量30 0 0 万t，剥采比1.9 4m/t。沿二次剥离线56 0 m水平至515m水平留沟，减少二次剥离量约30 0 0 万m。2.4留沟参数均衡考虑到实际工程的需要，对上述留沟方案进行均衡，整体按照二次剥离线为界，以北590 m水平排满，以南56 0 545m水平留沟。其中2 0 2 6 年多余内排量为10 0 6 万m,2027年多余内排量为38 7万m,2028年多余剥离量为8 6 0 万m,2029年多余剥离量为110 0 万m，至2 0 30 年内排量刚好。2 0 2 8、2029年多余剥离量排至59 0 m水平，其中2 0 2 9 年部分剥离量需等待2 0 30 年内排土场跟进后，排至590m水平。留沟参数均衡后年减少的二次剥离量：2026年7 6 6 万m;2027年58 0 万m;2028年2 15露天采矿技术Opencast Mining Technology万m；2 0 2 9年10 0 万m；2 0 30 年30 0 0 万m。3 留沟效益在实施采区间留沟方案后，二采区在进行开采时将大幅减少二次剥离费用，2 0 2 6 一2 0 30 年共计减（2）少二次剥离量为46 6 1万m剥离费用按10 元/m，减少二次剥离费用4.6 6 1亿元。但在首采区留沟期间，开拓运输系统会随着留沟形态而改变，剥离物料运距加大，并出现提升运距。留沟前后运距及运费对比见表2。表2 留沟前后运距及运费对比不留沟水留沟水平留沟增加留沟增加留年度平运距运距/水平运费/提升运费/kmkm20262.98520272.74520282.40520292.29920302.422将军戈壁二号露天煤矿采用留沟方案后，总增加运费8 446.8 万元，但减少二次剥离费用4.6 6 1亿元，综合收益为3.8 亿元，经济效益显著。4结语1)将二矿首采区剩余服务年限约11年,内排土场留沟，合理优化采区间的压帮内排参数，进行动态的技术经济测算，对于将二矿资源开发的整体效益具有重要意义。2)2026年开始，将二矿内排容量大于当年剥离总量，具备留沟空间，可开始留沟。3)给出了2 0 2 6 一2 0 30 年的采区间留沟方案，综合对比留沟后增加的剥离运费及减少的二次剥离费用，测算出采区间留沟的综合收益为3.8 亿元，经济效益显著。参考文献：1 3王肇东.分区开采露天煤矿采区接续剥采工程优化研究D.阜新：辽宁工程技术大学，2 0 15.2李楠.多分区开采矿山采场结构参数优化J.矿业工程,2 0 14,12(4):12-14.3常常治国，陈亚军，马力，等.并行露天矿追踪式开采端(下转第13页）9Vol.38No.4Aug.2023留沟总运费增加/万元万元4.39610603.9386923.5432393.4111124.1915307万元150.01.210.069.6761.625.2264.212.0124.0780.06087.0第38 卷第4期2023年8 月济最优方案。究其原因是矿山生产年限不同时，受采运设备服务周期的影响，设备发生的投资次数是不同的，进而影响矿山设备动态投及经济计算结果。为了寻求采运设备服务周期和矿山生产年限影响设备选型比选结果的临界点，分别计算方案2 和方案6 生产年限5 40 年各种情况下经济费用，不同生产年限方案经济对比图如图1。21Hi-10110-们205图1不同生产年限方案经济对比图由图1可以看出：在其他条件一样的情况下，矿山生产15年以下，方案2 经济效益最优；矿山生产15年以上，方案6 经济效益最优。5结语1)在相同斗容12 m单斗挖掘机条件下，载重60t和7 0 t宽体自卸卡车方案优于载重9 1t和10 8t矿用自卸卡车方案。体现出宽体自卸卡车价格低、运营成本低的优势，符合我国目前剥离工程外包运营模式通常采用“小车”的情况。因此在车流密度、道路安全等因素满足要求的条件下，推荐采用宽体自卸卡车。（上接第9页）帮留沟搭桥内排方案研究J.煤炭工程，2 0 18,50(1):16-18.4#贺永军.露天煤矿分区开采的采区过渡方式及其应用J.露天采矿技术，2 0 12(6)：30-32.5李福平.哈尔乌素露天煤矿首采区南端帮留沟高度优化J1.露天采矿技术，2 0 18,33(2)：2 1-2 5.6 张幼蒂，李克民.露天开采优化设计理论与应用M.徐州：中国矿业大学出版社，2 0 0 0.7才庆祥，姬长生.大型露天煤矿采区转向方式研究J.中国矿业大学学报，1996（4）：45-49.【8 白润才，郭伟强，刘光伟，等.露天矿相邻采区间先压露天采矿技术Opencast Mining Technology2)在配备相同载重卡车条件下，矿山生产服务年限小于15年时，12 m液压铲方案经济指标较好，矿山生产服务年限大于15年，12 m电铲方案经济指标较好。因此，确定矿山生产服务年限15年为电铲和液压铲设备选型的临界点。在矿山开采条件均满足电铲和液压铲作业的条件下，矿山生产服务年限大于15年的矿山推荐采用电铲，反之推荐采用液压铲。3)不同矿山生产年限条件下，受采运设备服务周期的影响，采运设备投资次数不同，直接影响选型+乐2方案经济计算结果。因此，矿山设备选型时，应当充分考虑矿山服务年限和采运设备服务周期2 个方面影响因素。参考文献：1赵明.露天矿卡车平均行车速度计算研究J.露天采115211255135山T长Vol.38No.4Aug.2023矿技术,2 0 2 1,36(2):48-51.2刘树新，李博，张雪虎，等.AHP-FUZZY在露天矿设备选型中的应用J.矿业研究与开发，2 0 17,37（5)：98-100.3王家栋.露天矿采运设备选型J.露天采矿技术，2017,32(2):30-33.4肖国强，尚涛.基于装运系统数的露天矿设备选型J.露天采矿技术，2 0 14(7)：5-9.5 李大郡.露天矿山电铲与液压铲的选择J.科技创新与生产力,2 0 14(12)：10 8-10 9.6徐双喜，李德军.宽体自卸车在露天矿山的应用J.露天采矿技术,2 0 17,32(11):15-17.7董志龙，刘畅.将军戈壁二号露天煤矿二期工程设备选型研究J.采矿技术，2 0 2 0,2 0（6）：54-55.8CB50197一2 0 15煤炭工业露天矿设计规范S.帮后留沟内排方式研究J.露天采矿技术，2 0 2 0,35(6):16-20.9张丁,罗怀廷,刘宇，等.相邻露天煤矿采区间留沟高度经济性分析J.露天采矿技术，2 0 16,31（6)：41-45.10 韩万东，谷明宇，杨晓云.黑岱沟露天煤矿内排土场留沟方案比选J.煤矿安全，2 0 14，45（4）：2 0 1-2 0 3.13