露天矿煤层选采理论与方法研究

Opencast Mining Technology Feb. 2〇88

D01：10.13235/j.cnki.ltcm.2018.01.002

引用格式：张灵童.露天矿煤层选采理论与方法研究[J].露天采矿技术，2018; 33(1 ):5-8.

露天矿煤层选采理论与方法研究

张灵重

(中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司，辽宁沈阳110015)

摘要：在露天矿煤层开采过程中常常会遇到矸石赋存的情况，需要对煤层及夹矸精确开采，从 而减小煤损及混矸[1]。对于矸石赋存较为复杂的露天矿来说，煤层选采工作显得尤为重要。由于不 同矿山的煤层条件和煤质赋存条件不同，因此，需要对露天矿的煤层选采主要研究内容进行分 析，为露天矿选采工作提供思路和方法。关键词：矸石；选采；露天矿；精确开采中图分类号:TD216

文献标志码:B

文章编号：1671 - 9816 (2018) 01 - 0005 - 04

Research of coal seam selected mining theory and method in Open-pit Mine

ZHANG Lingtong

(China Coal Technology and Engineering Group Shenyang Design & Research Institute, Shenyang 110015, China)

Abstract ： In the mining process, the open-pit mine usually comes across the occurrence of gangue, need to preciously mine the

coal seam and gangue to reduce coal damage and mixing gangue. For complex gangue in open-pit mine, coal seam selected mining seems particularly important. Due to different coal seam conditions and coal seam occurrence conditions, it is necessary to analyze main research content about coal seam selected mining in open -pit mine, which provide ideas and methods for the open -pitmining.

Key words： gangue; selected mining; open-pit mine

0

引言

煤层选采工作研究的主要内容包括选采煤层的 赋存条件分析、含矸率与发热量预测、选采原则的 确定、选采工艺比选、设备选型与数量计算、经济对 比等。1

地质赋存条件分析

矿山的开采条件是选采研究的理论基础。因此 需要确定要进行选采的煤层及特征以及矸石的赋存 情况。

1)选采煤层的确定主要是对每层煤的纯煤厚度 分布规律进行研究，纯煤厚度指的是煤层顶底板之 间总的煤层厚度扣除所有矸石厚度后得到的煤层厚

收稿日期:2017-09-19

作者简介：张灵童（1986—)，女，辽宁海城人，工程师，学 士，2009年毕业于辽宁工程技术大学矿物资源工程专业，现 就职于中煤国际工程集团沈阳设计研究院，主要从事露天矿 设计工作。

度。利用3dmine模型提取出的含矸率为矸石厚占煤 矸总厚的比例，因此以 厚度后，

每层煤的

利用模型的含矸率

的纯煤 煤层总煤层厚 内每层煤

以及矸层数，

的

煤层中矸石

，进确 分析，

通

纯煤厚度 以直观的

进行纯煤厚度的计算。计算所有煤层

纯煤厚度的比来确定选采主要研究的煤层， 同时通过制成厚度等线 度的分布规律。

2)矸石赋存情况主要是分析开采 中矸石赋存层数、工作线 矸石除厚度原则以提 制成矸石层数等线 定同 过 有 excel

的 以

以

层数的分布规律，分析同煤层的选采

选采主要研究的煤层对。

确定煤层选采 以

有

利用，对于图件

的

时以利用工

• 5 •

的

煤层倾角3方面考虑。通过3dmine软件输入不同的

矸石层数以 特征，

煤层矸石的间的赋存

，

第33卷第1期2018年2月

Opencast Mining Technology

Vol.33 No.lFeb. 2018

分析矸石层分布规律，16@下煤煤矸结构钻孔柱状图 如图1。

煤层

■矸石层E3顶底板厚度

孔号

图1 16@下煤煤矸结构钻孔柱状图

3 5倾角分析可以通过切割系列剖面的方式确定 出煤层倾角较陡的范围，也可以在煤层底板等高线 图上等高线的疏密程度来确定煤层倾角分布规律， 但是上面2种方法只能粗略的划分出煤层倾角较陡 和较缓的分界线，而利用minex网格计算方法可以 得出全区的煤层倾角等值线，更能方便快捷的满足 设计的要求。由于不同的 要求的

面坡

度不同，

煤层倾角的分析是用于确定可的开

的作业范围

煤层倾角<5°近水

平煤层，煤层倾角5° \" 10°为缓倾斜煤层，煤层倾角 10° \"45°倾斜煤层，煤层倾角>45°急倾斜煤 层。若按倾斜方式划分阶， 面和 方的倾 角

设

要求的

度的

，而按

水平方式划分阶则可不 煤层倾角。16@下

煤煤层倾角等值线图如图2。

图2 16@下煤煤层倾角等值线图

• 6 •

2含矸率与发热量预测含矸

是

度计划 的煤按 定的 算，不同的 矸不同，进而

也不同

的开下的矸以

的分析，

下 的开采原则的确定

， 要求确定出

煤阶的计划

， 的计划 在本阶段设计中可以不

利

用 计算要出要煤层的

板面底板面， 全区范围

下

煤层 上开采煤层

的

角，

的含矸。

通过

矸率的预测可以判断出不同年份需

要

的煤层以 矸率大小，确定 的

原则，而

的

也是 确定的要

，若 值较高可

矸要求，

值较

要高矸率的要求。-

，而煤的

的高

水分、全水分 高

等 ，煤的

矸率较

钻孔的矸通过不同

下

钻孔的矸

度、煤层度

矸层以及煤

矸容等计算得出，了钻孔矸，可以得不 同钻孔的煤

，得

煤 基

等值线。但是由于

是按定的 角 ， 可以利用

算出的含矸 煤 两者之间

算的煤

更符 山实际

。

矸及

可以确定选

的要象以及

后的煤

，由于

不同的 下含矸率及发热量不同，因此矸及

的要求不同，终确 定 的 要包括 度、范围确定，

度要是考虑不同的矸剔

除度

下矸层分布

以及

矸 ；

，通过不同 度 下矸率差异情况确定的

度，不同

度的

差异折线图如图3 示

范围要矸石层较多的范

围并结合矸石赋存的空间规律 范围圈定。

3

选采工程量

在确定了选采对象、选采范围及选采原则后，可

以计算 的煤和矸 ，并对不同 的

第33卷第1期2018 年 2 月

Opencast Mining Technology Feb. 2018

一 0.1 计一 0.2 计一0.3 计一0.4 计一0.5 计

图3不同选采厚度的发热量差异折线图

工程量进行均衡。在此基础上，计算不同的选采工艺 在完成相同的工程量情况下的选采设备及设备数量 以及经济对比。4

选采工艺

根据选采的工艺设备不同，选采的标准也不同， 选采的效果差异很大?2@。露天矿适合选采的工艺主要 有单斗-卡车工艺、露天采矿机工艺、轮斗挖掘机工 艺及上述几种工艺的综合工艺等。

1)单斗-卡车工艺。单斗-卡车工艺选采原则为 从上而下实行“层层扒皮”，并实现分采分运，将选采 出的煤与矸石分别装人 卡车，

卡车运

[M]。单斗挖掘机分为

2种， 驱动的机械式单斗挖掘机，它具有

挖掘大、适应性强、作业安全等特点，

大型

露天煤矿应 的采装设备。 设备

斗 完成挖掘 ，斗的挖

掘， 单斗

的挖掘

为

单一， 挖掘 大，因此选采效果差，

为露天矿 主要煤层的开采设备，以

高效采为主，不

选采。

挖掘机采

式液压传动来传递动力， 与单斗电铲相比具有量轻、挖掘大、挖掘

、动

等

。相对于单斗

斗挖掘而言，液压挖掘机采

动的斗强制切人岩层挖掘，可以实现 的

挖掘式。 分为 2种，可以沿矿层

轮

、

、

等运动，进行分层采，沪 平、根、石不 设备。当选采复合煤层 ，以采用机动灵活的 为主。斗的在

露天煤矿选采 应

为

， 应

术也为成。据

，工艺的选采效果较好，

的矸石 0.1 m，但随着

的减， 的效率也随之降低。

根据土机在选采的

大

，可将其分为

以 -汽车工艺为主和以土机为主2个

不同侧重的子工艺。以 -汽车工艺为主适煤层顶板（三角岩层 0:

露煤和倾斜分层采煤。以土机为主，进行煤层顶板（三角层台

阶g 露煤分层及分层矸，适 煤层夹砰

层

，分煤层或分夹矸

，挖掘机采装满斗率不

适要求，所占比例大，其工序先犁 ]

煤、矸，再集、集堆，以单斗-汽车进行装运?5@。

2)露天采矿机工艺。露天采矿机工艺自20世纪 80年代以来逐渐在世界各的露天矿山得到应用。 露天采矿机不仅适 有矿物采，也适

露

天矿 ，同在公路等工程进行、土的采挖， 故露天采矿机又称之为“采机”。露天采矿机具有 选采

、矿石贫化率低、

简单、生产

大

适应强等优点，填补了单斗挖掘机和轮斗挖掘机 采掘能力的空白，壮大了矿山采掘设备的队伍，使各 类采设备在不同的矿石物理 下发挥各的 势成为

，不同抗压强下各种采掘机械的生产

比较如图4。整合多项工序，

简单，采矿

程具有连续和随采随破的特点，从而可以实现“穿、 爆、采、破”合一，这就大幅节约了运营成本，提 经济效益。连续

间利用率生产

大，

割范围广适应强，割后的表 整均一，实现

卡车的 行 降轮 等 ^。

0

10 20 30 40 50 60 70 80

物料抗压强度/MP&

图4

不同抗压强度下各种采掘机械的生产能力比较

按露天采矿机的工作装置类型和安装方式，典 型露天采矿机可分为4类

露天采矿机、单露天采矿机、 露天采矿机、斗轮式露天采矿机。露天采矿机类如图5。

露天采矿机应 ，既与矿用自卸卡车配

合，也

接与带式输送机配合组成连续采工艺

统[7]。根据配运输设备的不同，露天采矿机开采 工艺可以分为3类。

• 7 !

第33卷第1期2018 年 2 月

Opencast Mining Technology Feb. 20.8

(3)中置滚筒

（d)前置斗轮

图5 露天采矿机类型

1)

露天采矿机-带式输送机工艺。露天采矿机

与带式输送机配合，可以充分发挥露天采矿机连续 开采的特点，实现连续作业，生产能力大。但带式输 送机随露天采矿机移设频繁，这就要求其有较长的 工作线，以减少带式输送机的移设次数。

2) 露天采矿机-卡车工艺。露天采矿机-卡车间断工艺是一种比较成熟的工艺，汽车运输机动灵活 的特点适合露天采矿机频繁走行的要求。露天采矿 机开采过的工作面不需平整即可满足汽车运行要 求，因此这种工艺系统效率高，生产成

，生产组

。3 采工艺。

机通过上的多个较小的铲

物料，铲斗从向

，

满

， 料带式输送机上。

机作业

有2个动作:①

的旋转，成铲的

② 平面内的动，从一 一

动次，完成一个分

的 。 成分

， 过

机

臂的

， 一分

从 有， 机向前走行，完成一个工作 从

分 开

的

。

生产能力的

机

，车机的 采效 较 ， 要因 机的铲较小

分

高较小。

点是

掘机的作业连续的， 高作业效率一与带式输送机相匹配。 机实现了分采，但要

实现分运

大的分系统，P

机进行选采满斗率较低，大

的作业效

率，

采作业 带，仍需 设备配

合

， 设 的 ， 工作面的

。

大多数露天矿选采都选用小型液压挖掘机与前 机卡车配合， 露天采矿机

采领

的 较少

初期投资高，但露天矿采矿机更

适合

较小的煤矸互严重情况下的薄煤[7]

薄夹矸的开采，具有采效 、设效率高、资

源回采率高、运营费 、不需爆破及破碎优点。

-卡车工艺、露天采矿机工艺

工艺

一定的条件

可以实现复合结构煤的选采，但露天矿

家地区、煤赋存条件以外

自 境方面条件的限制，一工艺

不能

适露天矿有地段的煤

采，综合开采工艺具

有更广泛的适性、可靠性及合性。

5

结语

通过技术和经济两方面对比，确定合理的选采 工艺设，根据择的工艺不 台阶行合

理的划分，规划合的开拓运输系统，降低不同开采

设之间的互 ，统筹生产排接续，解决矿

山含矸率高、发热量

生产带来的困难，高矿山

的经济效益。参考文献：

[1] 丁立明，才庆祥，王博文，等.露天采矿机煤层选采厚

度研究[J].采矿与安全工程学报，ZOlU/GhEBZ-

EBF.[2] 曹忠清.浅析露天采矿机在我国露天煤矿的应用[J]. 科技创新与应用，2012(4): 61.

[3] 苏利明.露天矿选采工艺的应用[].内蒙古煤炭经济，

2011(2):50-51.

[4]

，蔡忠超，张洪，等.露天矿选采工艺的应用与

效果分析[J].露天采矿技术，2012(3): 13-14.

[5] 姚勇，姚恒.反铲-自卸卡车采工艺在元宝山露天矿

的应用[].露天采矿技术，2014(6): 15-17.[6] 文

，才庆祥，张，.露天采矿机在我国露天煤

矿的应用展望[J].煤炭工程，2009(10): 108-110.

[7]

.

薄煤采煤工艺现

发

[J].煤矿

安全，2012,43(5): 147-149.[8]

煤工 设计研究院有限公司.伊敏露天矿

煤

采方案研究报告[R].

煤科工

设 研究 有限

，2017.

【责任编辑：陈毓】

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