露天礦開采中的研究與應用

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組合臺階開采技術具有生產采剝比較均衡、基建工程量較少等特點，在露天礦開采中較為常用，工作幫的坡角通常為20～30°。一些露天礦開采使用單臺階等寬平臺作業，該作業方式具有回旋余地大、采場時空關系松弛等優勢，同時存在后期采剝比較小的問題，造成露天礦開采成本較高，不利于提高露天礦的經濟效益。陡幫開采技術有效解決了露天礦生產成本高的問題，有利于露天礦開采活動可持續發展。因此，為了提高露天礦的經濟效益，研究組合臺階開采技術在露天礦開采中的應用策略尤為重要。

1組合臺階開采技術及其應用價值

1．1組合臺階開采技術露天礦開采平臺主要分三類:一是單臺階等寬平臺，每個臺階均可視為一個工作平盤，各平盤上部均布設運輸線路及采掘設備，為順利完成開采任務各平臺的采寬均有富余，同時確保各平臺寬度一致;二是雙并段臺階，位于工作幫上的2個臺階組合到一起，一個臺階為滿足運輸設備作業需求的平盤，另一個臺階適當加寬處理;三是組合臺階，露天礦在開采過程中容易形成雞窩狀、螺旋狀礦床，需利用水平降深提高采掘效率，使用組合臺階開采技術能擴大工作盤或工作幫的坡角，可有效增加采煤量，凸顯該技術的實用價值。在組合臺階開采(見圖1)過程中，組合臺階的數量由一臺電鏟的服務能力確定，僅有一個平盤具備穿爆與采裝運輸的能力。開采過程中電鏟順延工作線方向從上到下采、剝，直至最后一個工作面為止，以組為單位完成開采任務，各組的臺階由暫不作業工作臺階、作業臺階構成，通過逐個臺階施工提高間斷性，展開循環式開采活動。Φ為組合臺階工作幫的坡角(坡度);Be為運輸平盤寬度;Bg為組合臺階工作平盤的寬度圖1組合臺階開采圖例

1．2組合臺階開采技術應用的價值第一，露天礦開采中使用組合臺階開采技術具有減少年均征地工程量的作用。在礦山運營過程中排土場用地、采場用地、廣場用地的面積較大，為合理使用土地資源，解決浪費土地資源的問題，需使用組合臺階開采技術，增大工作幫坡角的方式減少年均土地開采總量，確保露天礦正常運營的前提下穩步提高經濟效益;第二，使用組合臺階開采技術能提高礦山剝采比的均衡性。衡量露天礦經濟效益的指標之一是剝采比，有效應用組合臺階開采技術能解決剝采比失調的問題，在露天礦發展不穩定時期使用該技術能調整剝采比，最大程度利用資金資源，通過減少剝離量的方式達到控制資金投入的目的，露天礦生產成本隨之降低;第三，組合臺階開采技術可縮短運輸距離，主要源于工作幫的坡角變大，排土場、采場間的距離減小，基礎上減少運輸成本，提高采掘工作效率;第四，使用組合臺階開采技術露天礦的邊坡更為穩定，利于營造安全的露天礦生產氛圍［1］。

2組合臺階開采技術在露天礦開采中的應用要點

2．1穿爆使用組合臺階開采技術的過程中，部分臺階暫不作業，這部分臺階成為爆破巖塊緩沖地段，爆破時暫不作業臺階的寬度與旁沖距離相比要小，大部分因爆破而剝落的巖塊會落到坑線上及暫不作業平臺上，不會阻礙其他臺階的運輸。若無暫不作業平臺，在爆破后大量巖塊會掩蓋下部坑線，造成下部坑線無法正常運輸的后果?；诖耍褂媒M合臺階開采技術時，專職人員會調整好暫不作業平臺的寬度，聯合使用控制爆破技術，結合實際情況首選擴大工作幫坡角的方案，確保暫不作業臺階的寬度與爆破旁沖距離相契合，通常情況下臺階的寬度比爆破旁沖距離要小，確保大部分巖塊能落到平盤上，提高露天礦開采運輸效率。

2．2采掘緩坡開采過程中專職人員會同時啟動多臺電鏟，在不同平盤上展開開采。多個工作臺階開采量不一致時需積極調整電鏟，確保各點的采出量較為均衡。需要專職人員在露天礦開采過程中頻繁地調整電鏟，存在浪費時間與人力問題，很難提高工作效率。在露天礦開采中使用組合臺階開采技術，電鏟循環往復地展開開采活動，按照從上至下的順序調整開采位置，運動到最后一個工作臺階，就會進入下個組合臺階開采程序，依托循環作業模式提高采掘效率。開采時電鏟基于掘坑線連續采掘，無需專職人員頻繁地調整電鏟的運行參數。

2．3運輸使用組合臺階開采技術，專職人員將運輸系統設置在暫不作業平臺，依據工作線的長度布置坑線，每組臺階的數量與坑線系統數相關，使用直進式、回返式兩種技術手段布置坑線系統，該系統根據露天礦開采的情況調整。組合臺階開采時位于上部的臺階持續擴幫，工作線長度隨之改變，改變外部運輸出口的位置，需要專職人員朝著反方向或向左、向右布置坑線。在坑線位移期間運輸線路只要能保持暢通，組合臺階開采工作面均立足實際靈活調整。組合臺階開采與緩幫開采相比卡車運輸效率較低，造成這一現象的原因有以下幾個:第一，暫不作業平臺寬度有限;第二，暫不作業平臺堆積巖塊。基于此，在使用組合臺階開采技術時，需設置巖石運輸出口，及時清理平臺的巖塊，通常情況下各采掘區有一個運輸出口，輕重車可分向運行，以提高運輸管理靈活性［2］。

2．4首采面準備露天礦開采過程中使用組合臺階開采技術需專職人員做好首采面準備工作，為做到這一點專職人員需實地踏勘，了解露天礦的具體情況，在此基礎上科學地確定首采工作面，為工作臺階逐層下移并產生新的采掘面奠定基礎，保障新采掘面不會影響車輛運輸。

3組合臺階開采技術在露天礦開采中的應用策略

3．1選定組合臺階開采參數為有效應用組合臺階開采技術需專職人員選定技術參數，工作幫坡角計算公式為φ=tg－1Nh/b1+N(b2+hotgα)，式中，φ為工作幫坡角，N為組內臺階數量，h為臺階高度，b1為單次循環推進寬度，b2為暫不作業平臺的寬度，α為臺階坡面角，組合臺階開采的結構受露天礦開采裝備水平、礦山規模、礦體賦存條件、采剝推進形式、開溝位置等因素影響。涉及因素較多，參數間的關聯性、制約性較強，需遵循如下原則合理設定各項參數:一是技術參數滿足露天礦規模化生產需求;二是技術參數與露天礦開采設備效率、性能相適應;三是組合臺階開采技術方案具有可行性及簡明性，確保露天礦開采活動能夠高效展開;四是盡量追加工作幫坡角;五是保障開采現場安全穩定。不同參數的確定方式存在差異，以臺階坡面角為例，該角度的大小與露天礦巖石性質有關，受采剝推進方式、巖石裂隙發育程度、后排孔裝藥量、爆破參數等因素影響，需要專職人員在確定參數前廣泛地占有露天礦相關資料，在此基礎上通過實測、類比等方式明確臺階坡面角的范圍，加之計算最終得出精確的臺階坡面角。在應用組合臺階開采技術時，亦可通過試驗的方式選定技術參數，以非工作平臺的寬度為例，依據工作幫坡角、非工作平臺寬度的遞減函數關系展開試驗活動，實證技術參數是否會影響非工作平臺運輸的效率，調整開采參數，確保非工作平臺能有一定的寬度且寬度合理［3］。

3．2從實際出發合理使用開采技術露天礦開采過程中使用組合臺階開采技術，需專職人員從實際出發，了解該技術適用條件，在此基礎上優化開采環境，提高技術應用有效性。例如，在水平礦體使用組合臺階開采技術，同時礦體、地形一致(見圖2)，圖2中的工作幫坡角、組合后陡幫角度分別為β1、β2，φ、δ代表最終幫坡角。在露天礦順延某個境界拉溝降深的條件下，北部工作幫在臺階持續降深的過程中逐個到界，此時得到最終邊幫，南部工作幫將工作幫坡角的自然降深、地表的交界點視為基準予以設置。通過觀察圖2，在露天礦工程觸及煤層頂板時，陡幫β1比β2多剝離一個三角巖量，雖然該巖量能在生產期間采掘出來，但露天礦生產期間不能延遲剝離，基于此在生產初期露天礦的剝采比并不理想，這說明組合臺階開采技術不適合在水平礦體上應用。再如，在緩傾斜礦體(見圖3)使用組合臺階開采技術，礦體傾斜角度為5～25°，最終幫坡角通常情況下與煤層底板的角度相同，通過觀察圖3，在工作幫點1運動至1’時，開采深度隨之增加，增加量為一個ΔH，相比緩幫開采，陡幫開采能少剝離巖石，少剝離量為一個ΔV，在礦體傾角持續增大的條件下，ΔV的總量會增多，使用組合臺階開采技術能在初期減小剝采比，在此基礎上提高露天礦的經濟效益。

3．3確定工作盤、非工作盤的寬度為有效應用組合臺階開采技術，需工作盤的寬度與爆堆寬度相適應，還要能為各類設備提供成長運輸與運行的條件，基于此工作盤寬度需綜合考慮道路寬度、安全生產距離、道路外側到下個臺階坡頂線的距離、爆堆坡底線到運輸道路的距離，設置道路寬度時還需考慮露天礦卡車的尺寸及其運輸方式。非工作盤屬于輔助爆堆地點、運輸道路，在設置其寬度時需考慮爆堆寬度及運輸設施高效、安全通行所需最大寬度，還需立足實際，從減少投入的角度出發，合理確定非工作盤寬度［4］。

3．4按照順序開采露天礦開采過程中使用組合臺階開采技術，將電鏟服務的臺階總數設定為一組臺階數量，各組臺階設置一個具備運輸、采裝、鉆爆功能的平盤，剩下的平盤通常只具備運輸功能。各組臺階的最上部電鏟開始運作，最后一個臺階為止，電鏟工作面與工作盤寬度一致，電鏟使用推土機修筑邊坡，亦可下挖坡道，目的是電鏟運動至下組臺階并進行新一輪的開采，原有運輸平盤隨之轉為工作平盤，同時工作平盤轉變成了運輸平盤，從上到下構建露天礦開采循環系統。

3．5加強技術管理露天礦開采時為充分發揮組合臺階開采技術的優勢，需專職人員注重技術管理，確保邊坡設計符合安全生產要求，解決臺階設置與區域內物料堆放、廢石堆放等用地存在沖突的問題，使用組合臺階開采技術的過程中要加強邊坡變形監測，運用信息技術提升實時監測水平。要求多臺階開采時控制好并段數量，通常情況下3段可同時作業，保障多臺階并段不影響露天礦邊坡的安全與穩定。在工作盤上使用電鏟、運輸等設備需遵守操作規程，以降低生產設施發生故障的概率，同時提高露天礦的生產效率。為確保技術管理具有科學性、規范性、權威性，需煤礦制訂技術管理制度，對組合臺階開采技術應用流程、標準等內容予以說明，營造透明、安全的技術管理氛圍，還需推行培訓制度，專職人員在上崗前需研究、學習組合臺階開采技術，從露天礦生產實際情況著手制訂該技術應用方案，加之組合臺階開采過程性監管，有效約束專職人員行為，發揮技術優勢，提高開采效率，助力煤礦增加經濟效益［5］。

4結束語

綜上所述，在露天礦開采中使用組合臺階開采技術減少成本、優化剝采比，基于此專職人員需在露天礦開采中合理使用該技術，將運輸、穿爆、采掘及首采作業面準備視為要點，在此前提下通過實測、計算、試驗等方式選定組合臺階開采的參數，從實際出發合理地使用組合臺階開采技術，確定好非工作盤、工作盤寬度，按順序開采并加強技術管理，打造高效、安全的露天礦開采環境。組合臺階開采技術應用空間較大，在設備更新、技術升級的條件下，露天礦開采效益不斷提高，助推露天礦開采事業可持續發展。

參考文獻:

［1］周志友．組合臺階開采技術在露天礦開采中的研究與應用［J］．煤礦現代化，2022，31(04):67－69+73．

［2］孫明亮，郭章．組合臺階陡幫開采在山西某露天鐵礦的應用研究［J］．現代礦業，2021，37(08):68－72．

［3］李陽，陳鐳．組合臺階陡幫開采在露天礦開采中的應用探討［J］．內蒙古煤炭經濟，2020(23):176－177．

［4］宋揚．組合臺階陡幫開采在露天礦開采中的應用探討［J］．科技創新與應用，2020(09):180－181．

［5］昌珺．露天礦臺階尖滅方案優化研究［J］．采礦技術，2019，19(01):57－60.

作者:江杰 單位:河南能源化工集團 中聯潤世新疆煤業有限公司 中聯潤世露天煤礦