安太堡露天矿过背斜期间南部并帮区排土优化

排土工作的任务就是选择合理的排土工艺、制定排土参数、选择排土设备，组织排土工序,各环节紧密配合，发挥排土场的最大能力，保障露天矿的持续均衡生产[1-2]。

露天矿的排土工艺主要分为推土犁排土、带式排土机排土、机械铲排土、推土机排土。

安太堡露天矿采用的是推土机排土工艺，这种工艺需要推土机和自卸卡车配合作业，卡车-推土机排土又可分为边缘排土和场地排土2种作业方式，安太堡矿主要采用的是边缘排土，即卡车以后退的方式排卸土岩，一般卡车后轮距离排土台阶坡顶线约
1.5~3.0m，物料即可排弃到边坡之下，为了保障安全卸载，防止排土台阶下沉，需在台阶坡顶处设置土棱作为车档，使排土场坡顶面形成不小于2%的反向坡度，边缘排土主要适用于岩石坚硬，边坡稳定的排土场。

露天矿排土场分为内排土场和外排土场，外土场需要占用大量的土地，还会造成环境污染，所以露天矿只要具备内排条件就会选用内排土场进行物料排弃。

露天矿排土场的工艺选择、参数确定、排土程序等对露天矿经济效益以及边坡稳定具有重要意义[3]。

1安太堡露天煤矿概况
安太堡露天矿主要采掘3层煤层，自上而下为4#煤、9#煤、11#煤，矿坑在向东推进的过程中，遇到楼子沟背斜区，受背斜影响，矿坑由近水平煤层变为倾斜煤层，煤层平均倾角达到8°~12°，局部最大倾角24°，背斜区地表和基岩下降50~100m，煤层下降更为剧烈，最大下降超270m，11#煤底板标约1050 m水平。

1）背斜区开采情况。

受背斜区影响，煤层由水平变为倾斜后，开采方式将由水平推进变为延深与推进并存，而且以延深为主，端帮道路需要不断延深降段才能与采场搭接。

过背斜期间由于11#煤底板倾角较大，11#底板已不具备内排条件，排土场已不能向东跟进，背斜区范围纵向1.2km，横向2.3km，随着东部工作平盘的不断延深，端帮道路在矿坑延深
DOI:10.13235/ki.ltcm.2020.04.026
引用格式：魏世壮.安太堡露天矿过背斜期间南部并帮区排土优化［J］.露天采矿技术，2020，35（4）：88-91.
安太堡露天矿过背斜期间南部并帮区排土优化
魏世壮
（中煤平朔集团有限公司安太堡露天矿，山西朔州036000）
摘要：为了解决安太堡露天矿过背斜期间排土空间不足、剥离运距以及提升高度不断增加的问
题，通过对安太堡矿南部并帮区运输系统、排土参数、排土程序进行优化，同时对优化后南部并帮
区进行稳定性分析评价，形成技术可行、经济合理的排土方案，对类似排土空间不足的露天矿具
有一定的参考价值
关键词：露天煤矿；过背斜；并帮区；排土优化；稳定性分析
中图分类号：TD824文献标志码：B文章编号：1671-9816（2020）04-0088-04 Dumping optimization of southern bench group during over anticline in Antaibao Open-pit Mine
WEI Shizhuang
（Antaibao Open-pit Mine，China Coal Pingshuo Group Co.，Ltd.，Shuozhou036000，China）Abstract:In order to solve the lack of dumping space,haul distance and height difference are increasing.Through optimizing transport systems,dump parameters,dump procedures in southern bench group,the article analyzes the stability of the slope after optimizing in southern bench group,forms the feasible and rational dumping system scheme,which have certain reference value to dumping space in other open-pit mines.
Key words:open-pit mine；over anticline；bench group；dumping optimization;stability analysis
收稿日期：2020-02-09
作者简介：魏世壮（1989—），辽宁鞍山人，工程师，本
科，2012年毕业于辽宁工程技术大学，从事采矿设计工作。

拉沟位置已不能延深至最下部水平，导致下部平盘需经过采场折返去往端帮道路，再经过土场道路折
返去往内排土场加高排弃，过背斜期间采排关系示意图如图1。

2）过背斜前以及过背斜期间数据对比。

以2011
年安太堡矿过背斜前以及2018年过背斜期间数据为例，对2年的卡车、电铲能力以及柴油、轮胎单耗做对比，可以看出卡车、电铲能力明显下降，卡车效率下降37%，电产能力下降24%，柴油、轮胎单耗明显提高，柴油单耗及轮胎单耗提升至1倍左右，安太堡矿过背斜前以及过背斜期间数据对比见表1。

2过背斜期间南部并帮区改造
南部并帮区排土是在安太堡矿南部缩界区改造
的背景下进行的。

由于安太堡矿煤层底板倾角较大，内排土场不能及时跟进，
剥离物只能加高加远排弃，这样就会导致运输成本居高不下，
为解决成本问题，开采程序的改造势在必行。

安太堡矿内排空间不足，减少剥离量是解决安太堡矿排土空间不足的有效途径，故提出缩短采掘工作线长度来减少排土量[4]。

1）合理工作线的确定。

合理的工作线长度对露
天采矿至关重要，根据安太堡矿生产能力、推进度、煤层平均厚度、煤的密度等指标，最终确定安太堡矿合理的工作线长度为1400m ，为减少过背斜期间的剥离量[5-6]，坑底工作线由原来的2km 缩短为1.1k m 左右，过背斜之后工作线逐渐恢复到合理工作线
长度，矿坑工作线示意图如图2。

2）南部缩界区开拓运输系统。

安太堡矿并帮区
自上而下进行组合台阶改造，每2个工作平盘合并
成1个台阶，中间留有10m 的保安平台，每2个平盘留设1个40m 的运输平盘，从上到下依次形成1240、1210、1180、1150、1120m 水平永久运输道路，剥离物料经工作帮移动坑线经并帮区道路、南帮运输道路去往外排土场（南寺沟排土场）以及缩界区内排土场进行排弃。

靠帮之后的缩界区将会优先于矿坑北部采出原煤，充分释放缩界区排土空间。

3缩界区排土规划
3.1
排土参数
根据排弃物料性质、地形特点、气候条件，确定卡车分台阶多段排弃，卡车排土工作平盘形成3%~5%的反坡，坡顶由推土机堆成大于1.5m 高的挡车土堤，排土时在靠近台阶坡顶线卸载或远离坡顶线
卸载再由推土机推下。

1）内排土场最终帮参数[7]。

内排土场最终帮是
指在矿坑使用的排土场，
各平盘均排弃到设计位置，停止继续排土后全部边帮平盘的组合。

为保证内排土场边坡稳定性，内排土场最终平盘宽度确定为55m ，内排土场最终帮典型断面如图3。

2）内排土场工作帮参数。

内排土场工作帮是指
在矿坑采矿工程发展过程中，排土场各工作平盘自
表1
安太堡矿过背斜前以及过背斜期间数据对比
图2
矿坑工作线示意图
阶段电铲能力
/（万m 3·
台-1
·a -1
）卡车能力/（万m 3·
台-1
·a -1
）柴油单耗/（kg ·m -3）轮胎单耗/（条·10-6·m -3）过背斜前过背斜期间725550
99620.5701.244 3.5816.662同比/%
-24-37118
86
图1过背斜期间采排关系示意图
上至下的组合。

内排土场工作帮典型断面图如图4。

3）内排土场最小工作平盘宽度。

卡车运输推土机排土内排土场最小工作平盘确定为65.6m，卡车运输推土机排土最小工作平盘示意图如图5。

B=L1+L2+L3+e（1）式中：B为最小平盘宽度，m；L1为台阶边缘安全宽度，一般取2m；L2为计算卡车全长，取15.6m；L3为双车道路面宽度，取40m；e为大块滚动距离，取
8m 。

3.2排土场建设
2019—2021年南部缩界区排土场发展规划如图6。

图5卡车运输推土机排土最小工作平盘示意图
图62019—2021年南部缩界区排土场发展规划图4内外排土场工作帮典型断面图
1）2019年南部缩界区内排土空间较大，因此内排土场的建设由南向北逐步发展，当排弃至1105 m采场水平时，排土台阶以一定安全距离追踪排弃，当1120~1270m排土平盘建立起来后排土台阶随之向前跟进排弃即可。

2019年缩界区排土标高1270m共6个排土台阶，计划排土量4200万m3。

2）2020年南部缩界区计划新起1300m水平排土台阶，南部缩界区已经基本排弃到界，排弃标高1300m，其上部仍有空间可排弃。

1300m以下排土台阶可做新的南部端帮。

计划排土量1500万m3。

3）2021年南部缩界区在2020年的1300排土平盘上部再排弃1个排土台阶排弃至1330m水平，计划排土量1500m3。

4边坡稳定性
南帮缩界区排土后，经过3年规划的排土方案，缩界区将形成高度达200m以上的排土边坡，同时在排土场坡底将形成高约100m的采场端帮边坡，此时排土场边坡和采场边坡将形成高度300m以上的土-岩复合边坡，存在极大的滑坡隐患[8]。

因此，开展安太堡矿南部缩界区边坡稳定性研究，有效解决过背斜期间遇到的困难，扭转生产经营的被动局面，确保矿山安全、经济、高效运行具有重要意义。

1）南部缩界区排土场物力力学参数。

通过综合考虑和分析，得到的安太堡矿南部缩界区排土场力学参数见表2。

2）稳定性分析方法选取以及安全储备系数的确定。

本次稳定计算利用GEO-SLOPE计算软件，采用Morgenstern-Price方法计算边坡稳定性系数。

根据目前对安太堡露天矿背斜区地质条件、构造条件及边坡重要程度等情况进行考虑，本次稳定计算安全储备系数的选取充分考虑边坡稳定的时效特性，出
图3内排土场最终帮典型断面图
2）同时应做好相应的记录以及地下水位观测及记录工作，保证设计与实际相结合，为下一步优化提供可靠数据。

参考文献：
［1］中国矿业学院.露天采矿手册第二册［M］.北京：煤炭工业出版社，1987.
［2］中国地质调查局.水文地质手册［M］.北京：地质出版社，2013.［3］GB50197—2015煤炭工业露天矿设计规范［S］.［4］GB51173—2016煤炭工业露天矿疏干排水设计规范［S］.［5］杨丽萍，吴野.巴基斯坦塔尔地区疏干防排水设计［J］.
露天采矿技术，2014（7）：41-43.
［6］中国市政工程华北设计研究院.给水排水设计手册-第12册［M］.北京：中国建筑出版社，2012.
［7］GB50268—2008给水排水管道工程施工及验收规范［S］.［8］GB50013—2006室外给水设计规范［S］.
【责任编辑：张东旭】
表2安太堡矿南部缩界区排土场力学参数
指标名称石灰岩
细砂岩
砂质泥岩
粉砂岩11煤底板内排物料
爆破物料密度/(g·cm-3）
2.52~2.70
2.47~2.78
2.26~2.58
2.35~2.48
2.23~2.31
1.91~
2.12
2.12~2.34
黏聚力/MPa
0.12~3.83
0.06~3.21
0.06~1.05
0.24~2.68
0.04~1.20
0.01~0.08
0.02~0.05
内摩擦角/（°）
31.5~35.3
26.5~34.7
22.8~29.6
22.8~32.5
15.4~23.5
17.0~27.2
22.3~27.2
弹性模量/MPa
12.50
15.20
11.30
9.10
5.60
3.31
1.02
泊松比
0.35
0.33
0.29
0.27
0.31
0.35
0.35
单轴抗压强度/MPa
54.31
44.22
16.27
45.53
11.10
0.70
0.90
于安全考虑，对于内排土场边坡，选取边坡安全储备系数为1.2（服务年限小于10年）计算。

3）南部缩界区未来3年设计排土工程边坡稳定计算结果分析。

排弃物料型滑动是指滑坡集中发生在排弃物料内部，在排土段高达到一定数值后，由于外荷载作用诱使排弃物压密，变形增大，处于极限平衡后，排土场后部区在自重载荷下先期压实沉陷而形成的主动楔形区，在其它外力或降雨等因素的诱发下，下部阻挡被动楔体难以支撑，导致滑坡。

通过对未来3年南部缩界区设计排土工程典型地质剖面进行分析，得出2019—2021年边坡稳定性计算结果均满足安全储备系数要求。

5结语
针对安太堡露天矿过芦子沟背斜期间煤层底板倾角大、内排空间不足等问题，优先采出南部缩界区域的4#、9#煤，在保证边坡稳定性计算结果满足安全储备系数要求条件下，利用此区域的空间进行排土，可腾出排土空间7200万m3，达到充分利用内排空间和保证露天矿产能顺利衔接的目标，扭转安太堡矿受复杂地质构造影响下生产被动局面，并帮区排
土可节省卡车运距2000m左右，大幅降低露天矿运输成本，经济效益显著。

参考文献：
［1］李三川，白润才，刘光伟，等.露天煤矿排土场建设发展程序优化研究［J］.煤炭科学技术，2017，45（3）：49.［2］黄甫.内排条件下露天矿长远排土规划研究［D］.徐州：中国矿业大学，2017.
［3］韩流，舒继森，尚涛，等.排土场散体软岩重塑物理力学参数研究［J］.采矿与安全工程学报，2019，36（4）：
820-826.
［4］薛万海.安太堡露天矿过背斜期间内排土场优化［J］.露天采矿技术，2016，31（12）：23-25.
［5］宫玉成.哈尔乌素露天煤矿单斗—卡车工艺优化研究［D］.包头：内蒙古科技大学，2013.
［6］万蒙蒙.基于露天矿斜坡道的排土规划研究［D］.徐州：中国矿业大学，2016.
［7］才庆祥，周伟，车兆学，等.近水平露天煤矿端帮靠帮开采方式与剥采比研究［J］.中国矿业大学学报，2007
（6）：743-747.
［8］韩光.露天矿顺层岩质高边坡稳定性及安全控制关键技术研究［D］.北京：北京科技大学，2017.
【责任编辑：陈毓】
（上接第87页）。