哈尔乌素露天煤矿复合煤层开采技术

哈尔乌素露天煤矿复合煤层开采技术
赵宇
【摘要】对哈尔乌素露天煤矿现阶段的岩、土剥离及采煤工艺技术做了初步分析介绍.针对哈尔乌素露天煤矿5#煤及矿煤开采技术做了探讨,对5#煤回收、9#煤端帮煤开采提供了参考,也对主采煤层6#煤开采工艺技术做了总结,方便其他露天矿山借鉴.
【期刊名称】《露天采矿技术》
【年(卷),期】2014(000)002
【总页数】5页(P30-33,36)
【关键词】露天煤矿;复合煤层;采煤方法
【作者】赵宇
【作者单位】神华准格尔能源有限责任公司,内蒙古鄂尔多斯010300;辽宁工程技术大学资源与环境工程学院,辽宁葫芦岛125105
【正文语种】中文
【中图分类】TD824
哈尔乌素露天煤矿位于内蒙古自治区鄂尔多斯市准格尔旗（薛家湾镇）东部，属晋陕蒙交界地区，北邻黑岱沟露天煤矿。

该矿2006年5月开工建设，2009年3月开始试生产，2011年8月通过竣工验收。

在国内外专家学者对复合煤层的开采方案做了很多研究。

倪应玲［1］等在1988年针对缓倾斜情况下的复合矿层进行了露天采矿法的设计。

提出的方案主要有：全
部混采方案，部分混采方案，分采分剥方案。

范洪[2]在1990年根据选采要求的
煤层厚度及含矸系数以回采率最大为目标函数建立数学模型，解决复合煤层的分层问题。

通过实际情况和限制要求选择合适的开采方案。

近年来露天采矿设备、及采矿技术更加完善，能够更好的回收煤炭资源。

针对哈尔乌素露天煤矿的5#煤和9#煤的开采方案进行初步探讨。

哈尔乌素露天煤矿矿区构造简单，区内地层倾角均小于10°，一般为5°左右。

在
哈尔乌素沟以东露头区，倾角约为30°，为一地层走向NNW-SSE向西倾斜的单
斜构造。

区内断层稀少，断距不大，在东北角有基性岩浆喷出。

哈尔乌素露天区共含煤12层，其中6#煤层为主要可采层，9#煤层为次要可采层，5#、6#上、6#下、8#煤层为局部可采煤层。

露天矿区煤层上部岩层厚度60～130 m，平均厚度100 m；岩层上部是黄土层，厚度20～70 m，平均厚度40 m；剥离层总体分布趋势哈尔乌素区内黄土层较薄，岩层增厚，特别是首采区内受黑岱沟冲沟冲刷影响，采场中部黄土层分布不连续。

剥离岩层基本为中硬岩石，开采前需要松动爆破。

哈尔乌素露天煤矿岩、土剥离主要采用单斗-卡车工艺。

该工艺灵活，适应性强。

单斗—卡车剥离系统的台阶划分采用水平分层。

由于采用多排孔松动爆破，考虑
爆堆隆起和安全作业条件，为简化穿孔、爆破作业，借鉴国外先进经验，岩石台阶采用并段爆破分层采掘。

在采掘场南部建有1#矿山道路，北部建有2#矿山道路，外排时期剥离物由采掘场经这2条矿山道路去外排土场排弃。

由1#矿山道路可去地面各辅助设施如加油站、加水站、矿本部、调度楼、选煤厂等；同时经南坪公路可与矿区外部联系。

达产时运输系统总平面布置如图1。

4.1 露天矿5#煤概况
5#煤层位于山西组下部，距4#煤层1.35～17.79 m，平均4.91 m。

层间岩性底
部以砂质泥岩为主，中部为细砂岩，上部为泥岩，砂质粘土岩。

煤层属不稳定煤层，其自然厚度0.12～5.75 m，平均1.39 m。

煤层厚度及煤层间距示意图如图2。

煤层结构尚属简单，夹矸层数0～6层，岩性主要为炭质泥岩、泥岩和砂质粘土岩。

主要分布于石圪咀正断层以西及不连沟与石圪咀正断层之间9线以南地区，不连
沟以东地区5#煤层多不可采。

哈尔乌素露天地质勘探报告5#煤赋存储量5 359
万t。

4.2 露天矿5#煤开采技术探讨
目前露天矿薄煤层的开采方式一般有：①铲运机采装；②松土犁刨松—前装机采装；③露天采矿机刨松—前装机采装；④单斗铲采装。

由于在矿区5#煤分布相对较为集中，而且平均厚度较薄，同时处于主采6#煤层上部，主采煤层6#煤采用单斗—卡车间断工艺采运，具有极强的灵活性，故5#煤
资源能够得到很好地利用。

5#煤开采主要可行性方案见表1。

上述3个方案都是可行的。

现阶段5#煤开采主要是采用方案二单斗+卡车工艺。

同时5#煤开采也可以采用煤岩混合台阶开采[3]。

根据煤（岩）在台阶上的位置及厚度不同，采用不同的选采方法。

当煤（岩）在台阶顶部，厚度小于2 m时，利
用推土机推至下部平盘上，如图3；厚度大于2 m时，用前装机、挖掘机向下倒，倒下来的煤（岩）再用挖掘机采装，如图4。

5.1 露天矿6#煤概况
6#上煤层位于太原组顶部，距5#煤层2.75～29.86 m，平均12.24 m。

该煤层为6#煤的上分叉，属不稳定煤层，其自然厚度0.20～7.27 m，平均2.83 m。

主要
分布于11线以南及30线以西地区，在30线以东、10线以北地区6#上与6#煤
层合并。

虎石圪旦正断层两侧及以东地区6#上煤层相变为粘土岩、泥岩等。

煤层
结构尚属简单，夹矸层数0～6层。

煤层顶底板多为泥岩，夹矸岩性多为泥岩、炭泥岩、砂泥岩等。

6#煤层为主要可采煤层。

距6#上煤层平均15 m。

层间以灰白色含砾粗砂岩（K3）为主，夹泥岩薄层。

属较稳定煤层，其自然厚度0.40～39.54 m，平均21.01 m。

除浅部煤层变薄或缺失外，全区发育，以不连沟、石圪嘴正断层之间发育最好，厚度多在30 m以上。

6#下煤层自然厚度0.10～7.61 m，平均2.35 m，主要分布在哈尔乌素沟、井子
沟以西、29线以东区域。

煤层结构比较简单，夹矸0～5层。

顶板岩性多为泥岩，占30%，砂岩占29%；底板岩性多为泥岩，占93%。

5.2 露天矿6#煤开采方案初步分析
1）露天矿6#煤开采工艺的选择。

影响哈尔乌素露天煤矿主采6#煤层的开采工艺因素众多，总结有以下3个方面：①矿区自然条件，包括煤岩性质、矿床埋藏条件、地形特点、气候条件等；②可供选用的设备类型、规格和数量；③产量规模。

根据上述影响因素，结合哈尔乌素露天矿的具体条件，可用于本矿土、岩、煤开采工艺有[4]：表土轮斗连续开采工艺、下部岩石吊斗铲倒堆开采工艺、岩石半连续
开采工艺、土岩单斗—卡车开采工艺、煤层单斗—卡车开采工艺（坑内）。

最终确定哈尔乌素露天煤矿6#煤层开采工艺为：煤层单斗—卡车开采工艺。

2）露天矿6#煤开采工艺技术。

哈尔乌素露天煤矿土岩剥离采用单斗挖掘机—卡
车间断开采工艺，采煤采用单斗挖掘机—卡车—地表半固定破碎站—带式输送机
半连续工艺。

煤层倾斜划分为2个采煤台阶，2台挖掘机追踪开采。

根据哈尔乌素露天矿实际情况，煤层倾斜划分为2个台阶开采比较合理。

该方式实行6#煤全层（含6Ⅱ）穿孔爆破，并划分为高度大致相等的两个采煤台阶，每个台阶约16 m，优劣煤混采，每个台阶配备1台单斗挖掘机，实行端工作面开采，向220 t卡车装载，2台挖掘机之间实行追踪开采。

哈尔乌素露天煤矿在设计开采6#煤时生产能力设计计算如下：
式中：Qm—生产系统的生产能力，t/h；
Am—露天煤矿设计年生产能力，t/a；
k1—不均衡系数，一般为1.2～1.5；
d—露天煤矿生产系统年工作日数，d=330；
h1—生产系统每日有效工作小时数，h1=16 h。

采用单斗—卡车开采工艺，开采5#、6#上和6#煤层；6#煤层（包括6#Ⅱ煤层）平均厚度28.04 m，采用倾斜分层，划分1个台阶，并段穿孔爆破，分层采掘，
依据单斗挖掘机的最大挖掘高度，分层采掘台阶高度最大不超过16 m。

6.1 露天矿9#煤概况
9#煤层位于太原组下部，距8#煤层0.40～12.61 m，平均1.97 m。

层间岩性以
泥岩为主。

该煤层属较稳定煤层，其自然厚度为0.22～9.08 m，平均厚度4.08 m，全区发育，以不连沟以东发育较好，厚度一般在5 m左右，井子沟两侧，煤厚＞6 m，不连沟以西厚度逐渐变薄。

9#煤B+C区总储量13 795万t。

9#下煤层：为9#煤层的下分叉，分布零星，主要在黑岱沟乡一带，7线以北地区。

全区仅个别点达到可采厚度。

自然厚度0～2.75 m，平均0.71 m，无开采价值。

6.2 露天矿9#煤开采方案初步分析
现阶段哈尔乌素露天煤矿9#煤尚未开始开采。

由于哈尔乌素露天煤矿内排土场空
间受限，而且正处于首采区转向阶段开拓运输系统复杂。

9#煤平局距离主采煤层
6#煤底部17.66 m。

如果选择通常的露天开采方式至少需要再推进一个工作平盘。

而且6#下煤在开采9#煤时亦可回收。

9#煤可行的开采方案有[5]：全部混采方案，部分混采方案，分采分剥方案。

这3
种方案均是基于爆破情况下的开采方案。

对照5#煤的开采方案依旧可以选择露天
采矿机进行开采，则省掉了中间的穿爆环节，利于在时间上保障主采煤层6#煤的
开采及工作线的推进。

9#煤的开采亦可选择井工开采方式。

在6#煤向前推进一段距离后，9#煤完全处于内排土场下，采用井工开采的方式进行回收。

目前主要的井工开采方式见表2。

当9#煤采用井工开采时需做好以下工作：①检测巷道围岩受到的露天矿爆破震动
效应的影响；②加强排土场边坡及露天矿边坡稳定性的检测及维护；③加强9#煤
层顶板的检测与支护。

露天矿9#煤选用井工开采可以减少9#煤至6#煤底板这一区域岩石的剥离，同时
能够保障露天矿正常的生产。

同时9#煤的井工开采巷道可以运输端帮采煤。

哈尔乌素露天煤矿现阶段尚未开采端帮煤。

在国内外端帮采煤有以下方案：
1）陡帮开采。

尽可能的回收端帮煤。

考虑边坡的时效性，在保障安全生产情况下，快速回收残留煤炭，此时的剥采比亦很低，有良好的回收效益。

2）露井联采。

需要投入新的设备进行回收，同时也能较高的回收端帮残煤。

可以与9#煤开采共同分析。

3）采用端帮采煤机回收。

端帮采煤机能够快速的回收端帮煤，采用留柱式回收。

对煤炭资源回收效率较高，同时能够保障边坡的稳定性。

陡帮开采[9]主要确定台阶参数如下：
①扩帮超前宽度。

最小扩帮超前宽度B为：
式中：h—采矿年垂直下降高度，m；
θ—矿体倾角，（°）；
α上(α下)—正常采剥上（下）工作帮坡角，（°）。

②组合台阶扩帮宽度。

最小剥离扩帮宽度：
式中：L—最小剥离扩帮宽度，m；
C—汽车运行安全宽度，m；
b—汽车车长的1/2，m；
E—汽车的运行线中心线间距，m；
F、G—分别同b、C；
B'—辅助设备联络道宽度，m。

③其它参数。

剥离扩帮宽度方向上工作平台宽度；剥离扩帮长度方向上的工作平台长度；非工作帮坡角；坡面角；阶段坡面角与安全平台宽度；工作帮坡角等参数。

如果选用井工开采端帮煤需要考虑以下问题[6-8]：
1）加强露井边界参数确定的研究对露井联采开采方法的顺利实施显得尤为重要。

2）哈尔乌素露天矿开采后，井工开采在其边坡下布置回采大巷，后期开采使回采大巷处在复杂的应力场环境中，导致大巷变形破坏严重，直接影响了井工矿的正常生产，因此需要研究露采边坡下大巷的变形机理、露井联采岩层移动规律、工作面停采线位置与巷道围岩稳定的关系。

3）由于露井联采不仅导致大巷变形破坏，同时也对哈尔乌素边坡产生威胁，由于煤层赋存条件复杂，煤层夹层、软弱层的存在使得边坡存在滑坡的可能。

4）由于露天边坡下大巷处在特殊的应力环境中，导致受露井联采影响的大巷矿压具有显著特点。

详细的总结了哈尔乌素露天煤矿现阶段的开采工艺及技术。

对与未开采的5#煤、9#煤及端帮煤可行性方案进行了探讨。

1）剥离工艺。

哈尔乌素露天矿现阶段剥离工艺采用单斗铲—卡车间断工艺。

在2004年初步设计准备采用抛掷爆破—吊斗铲倒堆工艺，但是现在一直没有采用，而是继续沿用单斗铲—卡车间断工艺，体现了这一工艺的灵活性。

2）采煤工艺。

选用单斗铲—卡车—带式输送机半连续工艺。

现阶段主要开采6#煤，由卡车运输至破碎站，经破碎后由带式输送机运出。

3）5#煤开采可行参考方案。

推土机带动松土犁松动—前装机—卡车工艺，单斗—卡车工艺，露天采矿机—前装机—卡车工艺。

这3种方案都有自己的优缺点还待继续研究。

4）9#煤开采可行参考方案。

基于穿爆环节下有：全部混采方案，部分混采方案，分采分剥方案。

亦可采用5#煤开采方案进行开采。

同时可考虑选用井工开采9#煤。

5）露天矿9#煤开采方案。

陡帮开采，露井联采，端帮采煤机回收。

3种方案中露井联采可以与9#煤选用井工开采时一同考虑。

并且在陡帮开采方案中给出了陡帮
开采需要计算的主要参数。

综上所述，哈尔乌素露天煤矿作为特大型矿山，煤层数相对较多、开采条件较好，应当尽可能的回收煤炭资源。

如何合理高效的回收需要哈尔乌素露天矿技术人员及专家共同的努力。

【相关文献】
［1］倪应玲，李健.缓倾斜多矿层露天采矿法设计［J］.化工矿山技术，1988，16（6）：5-8. ［2］范洪利.露天矿复合煤层的分层优化系统［J］.煤炭科学技术，1990（6）：30-35.
［3］孙宽.安家岭露天矿采煤方法研究［J］.露天采矿技术. 2012（增刊）：55-57.
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