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准东露天煤矿采区划分论证
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摘要：采区的合理划分对指导煤矿的安全生产和效益有很大的影响，本文就准东露天煤矿采区的划分进行了科学论证，以便于正确的指导生产实践。
关键词：露天煤矿、采区划分、论证
1 露天煤矿建设条件
1.1 概况 准东矿区位于吉木萨尔县北偏西约350°方向，直线距离90km，公路距离120km。行政区划隶属吉木萨尔县三台镇。勘探区位于古尔班通古特沙漠南缘，地势平坦、开阔，为卡拉麦里西南山前戈壁荒漠地带。地表植被稀少，水系不发育。海拔600m左右，相对高差30m～50m左右。露天矿内地表无常年水流，夏季降雨形成的暂时性水流多向南排泄于沙漠中根据用户需求及资源可利用情况分析，露天矿设计规模为20.0Mt/a。
1.2 地质条件 露天矿位于区域性褶曲构造——帐篷沟背斜的西翼，露天矿内的侏罗系地层呈向西北倾的单斜构造，地层产状：倾向270°～295°，倾角4°～31°，一般8°～20°，露头段11°～31°，表现为浅部陡、深部缓，16线以北的300m水平以浅最陡达15°-31°，向南过渡至L15线440m水平以浅只有11°～20°，再南浅部均小于13°的变化规律。露天矿内未发现断距大于20m的断层。露天矿内为缓倾斜的简单单斜，沿走向和倾向产状变化不大，无断层破坏。故整个露天矿构造复杂程度属简单型。
露天矿内煤层分为A、B、C三个煤组，分别赋存于八道湾组、西山窑组、石树沟群下亚群中。西山窑组地层赋存的B煤组煤层厚度巨大，八道湾组中的A煤组由于厚度较小、埋深较大，不适合露天开采，露天矿只开采B煤组煤层。
2 采区划分
露天矿根据煤层赋存条件，合理进行采区划分是本矿的难点之一。对于本矿田，更需进行合理的采区划分，以使露天矿近期经济效益最好和后续发展的采区接续关系得以很好的结合，同时考虑露天矿扩大规模的可能性。
2.1 矿山开采范围的特点 设计的范围基本为五彩湾矿田露天矿勘查区，该区的范围形状类似倒梯形，北宽南窄，北部3.15km，南部1.8km，南北长约7km，西部边界呈上、下直线，东部边界南端呈弧形线，上宽下窄。
2.2 采区宽度确定 在倾斜和缓倾斜煤层条件下的采区（条区）划分，其影响采区宽度的因素较多，主要有露天矿田尺寸、地质构造、剥离物厚度、煤层厚度、开采工艺及运输方式等。
当今比较适用的采区宽度分析理论是经济分析法，该方法的实质是露天矿田内的剥离费用最少。以下就单斗-卡车开采工艺和单斗-卡车胶带机半连续两种开采工艺，后续合理采区宽度的确定分述如下：
2.2.1 单斗-卡车开采工艺合理的采区宽度（Lc） 在卡车运输的条件下，由于矿山规模较大，卡车运费较高，所以端帮双翼内排是必然要采用的。按双翼内排生产费用（静态值）最低的原则，确定采区合理宽度（Lc）的公式如下：
B-露天矿田宽度，1600m(2000-1200)（沿煤层倾向划分条区）
n2-沿煤层倾向划分的条区（采区）的数目；
C-剥离物卡车单位运输费用，2.0元/m3·km；
HB-剥离物平均厚度，300m（平均值）；
KP-排土场剥离物松散系数，1.15；
β-端帮松散剥离物的稳定帮坡角，20°；
γ-实体土岩的稳定帮坡角，35°；
Q-重复剥离物的采掘和排土费用，1.8元/m3；
Lzd-重复剥离物在端帮的运距，m。
工作帮一侧四分之一的椭圆周长，m；
内排土场一侧四分之一椭圆周长，m；
内排土场到工作帮的安全距离，60m；
式中：ψB——采场工作帮坡角，12°；ψP——内排土场工作帮坡角，14°。
把HB、KP、ψB、ψP代入上式，则b1＝ HBKPctgΦB＝1146m；b2＝ HBKPctgΦp＝978m；a ＝HBKPctgβ＝671m；K21＝1- ＝0.657；K22＝1- ＝0.529
把C、B、HB、KP、β、γ、Lzd、Q代入n2式得：
取n2=1.6，Lc＝1600÷1.6＝1000
因此，当开采条区在单斗-卡车开采工艺条件下，采区宽度确定为1000m是合适的，但根据本矿的生产规模，若初期（首采区）采用单一的单斗-卡车开采工艺是不合适的，其理由是本矿开采深度大，达300m左右，采用单斗-卡车开采工艺势必造成汽车运距的增加。因此宜结合其它可行开采工艺统一考虑采区宽度的确定。
2.2.2 单斗-卡车-（半移动式破碎机）-胶带机半连续开采工艺合理采区宽度确定。
结合本矿煤岩赋存的特点，属于倾斜及缓倾斜煤层，沿着煤层的倾向方向布置采掘工作线，两端高差较大，所以，剥离台阶数目相对较多，西多东少，采用单斗挖掘机直接装入移动破碎机再转入胶带机运输，对于胶带机的布置有难度，且胶带机的数目要成倍增加，因此本设计采用单斗-卡车-（半移运式破碎机）-胶带机半连续开采工艺。
在上述确定工艺的条件下，采区划分宜采用单翼内排的方式确定合理的采区宽度（Lc）。
单翼内排的优点是：条区宽度小（约为双翼内排的1/2），初始（基建）工程量小，可以优先选择剥采比较小的地段进行开采。其缺点是：奇数条区剥离工作线长度与内排的排土工作线长度不一致，前长后短，内排空间得不到充分利用，给排土增加一点难度。
在单翼内排条件下，按单翼内排生产费用（静态值）最低，确定采区合理宽度（Lc）的公式如下：
式中：B-露天矿田宽度，（最大值）2400m；n1-单翼内排时，沿煤层倾向划分条区的数目；
C-剥离物（单斗-卡车-（半移动破碎机）-胶带机半连续工艺）单位运输费用，0.9元/m3·km；
HB-剥离物平均厚度，300m（平均值）；
KP-排土场剥离物松散系数，1.15；
β-端帮松散剥离物的稳定帮坡角，20°；
γ-实体土岩的稳定帮坡角，35°；
Q-重复剥离物的采掘和排土费用，2.0元/m3；
Lzd-重复剥离物在端帮的运距，（与双翼内排相同）2960m。
把C、B、HB、KP、β、γ、Lzd、Q代入n1式得：
取n1＝1.3，Lc＝1600/1.3＝1230m
根据上述计算结果，本次单斗-卡车-（半固定破碎机）-胶带机半连续工艺的采区宽度确定为1200m（沿煤层倾向划分采区）。
需要说明一点，本矿设计为什么没有沿煤层走向划分条区？其理由有四：①沿煤层走向（A）划分条区与沿煤层倾向（B）划分条区相比，重复剥离量较大，前者比后者多1/2（A-B）HB2KP·（cotβ cotγ），约等于7.5亿m3。②沿煤层走向划分条区，其剥采比变化较大，其趋势为小（1.5）→大（5.0）→小（1.5）→大（5.0）……，不利于生产管理和经济效益。③沿煤层走向划分条区，其采掘推进方向为由东向西，由于其煤层倾角一般为8-20°，故很难实现全部内排要求。④沿煤层走向划分条区，其采区数为5条（首采区除外）。沿煤层倾向划分条区，其条区数仅有2条，由此，前者的条区过渡要增加3次不利于生产管理。
2.3 采区宽度确定的结论
2.3.1 由于煤层走向大于煤层倾向（6km>2.4km），因此确定采区划分沿煤层走向（A）进行。
2.3.2 按半连续开采工艺条件下，确定合理的采区宽度为1200m。
3 采区划分及开采顺序
在首采区确定之后，沿煤层露头南部则确定为二采区,在20～13剖面之间按采宽为1200m，剩余条区最宽处不足2km，平均宽度为1.5km，将其作为一个采区进行开采，这样有利于露天矿后期生产规模的扩大。 来源: 《建筑中文网》.
关键词：露天煤矿、采区划分、论证
1 露天煤矿建设条件
1.1 概况 准东矿区位于吉木萨尔县北偏西约350°方向，直线距离90km，公路距离120km。行政区划隶属吉木萨尔县三台镇。勘探区位于古尔班通古特沙漠南缘，地势平坦、开阔，为卡拉麦里西南山前戈壁荒漠地带。地表植被稀少，水系不发育。海拔600m左右，相对高差30m～50m左右。露天矿内地表无常年水流，夏季降雨形成的暂时性水流多向南排泄于沙漠中根据用户需求及资源可利用情况分析，露天矿设计规模为20.0Mt/a。
1.2 地质条件 露天矿位于区域性褶曲构造——帐篷沟背斜的西翼，露天矿内的侏罗系地层呈向西北倾的单斜构造，地层产状：倾向270°～295°，倾角4°～31°，一般8°～20°，露头段11°～31°，表现为浅部陡、深部缓，16线以北的300m水平以浅最陡达15°-31°，向南过渡至L15线440m水平以浅只有11°～20°，再南浅部均小于13°的变化规律。露天矿内未发现断距大于20m的断层。露天矿内为缓倾斜的简单单斜，沿走向和倾向产状变化不大，无断层破坏。故整个露天矿构造复杂程度属简单型。
露天矿内煤层分为A、B、C三个煤组，分别赋存于八道湾组、西山窑组、石树沟群下亚群中。西山窑组地层赋存的B煤组煤层厚度巨大，八道湾组中的A煤组由于厚度较小、埋深较大，不适合露天开采，露天矿只开采B煤组煤层。
2 采区划分
露天矿根据煤层赋存条件，合理进行采区划分是本矿的难点之一。对于本矿田，更需进行合理的采区划分，以使露天矿近期经济效益最好和后续发展的采区接续关系得以很好的结合，同时考虑露天矿扩大规模的可能性。
2.1 矿山开采范围的特点 设计的范围基本为五彩湾矿田露天矿勘查区，该区的范围形状类似倒梯形，北宽南窄，北部3.15km，南部1.8km，南北长约7km，西部边界呈上、下直线，东部边界南端呈弧形线，上宽下窄。
2.2 采区宽度确定 在倾斜和缓倾斜煤层条件下的采区（条区）划分，其影响采区宽度的因素较多，主要有露天矿田尺寸、地质构造、剥离物厚度、煤层厚度、开采工艺及运输方式等。
当今比较适用的采区宽度分析理论是经济分析法，该方法的实质是露天矿田内的剥离费用最少。以下就单斗-卡车开采工艺和单斗-卡车胶带机半连续两种开采工艺，后续合理采区宽度的确定分述如下：
2.2.1 单斗-卡车开采工艺合理的采区宽度（Lc） 在卡车运输的条件下，由于矿山规模较大，卡车运费较高，所以端帮双翼内排是必然要采用的。按双翼内排生产费用（静态值）最低的原则，确定采区合理宽度（Lc）的公式如下：
B-露天矿田宽度，1600m(2000-1200)（沿煤层倾向划分条区）
n2-沿煤层倾向划分的条区（采区）的数目；
C-剥离物卡车单位运输费用，2.0元/m3·km；
HB-剥离物平均厚度，300m（平均值）；
KP-排土场剥离物松散系数，1.15；
β-端帮松散剥离物的稳定帮坡角，20°；
γ-实体土岩的稳定帮坡角，35°；
Q-重复剥离物的采掘和排土费用，1.8元/m3；
Lzd-重复剥离物在端帮的运距，m。
工作帮一侧四分之一的椭圆周长，m；
内排土场一侧四分之一椭圆周长，m；
内排土场到工作帮的安全距离，60m；
式中：ψB——采场工作帮坡角，12°；ψP——内排土场工作帮坡角，14°。
把HB、KP、ψB、ψP代入上式，则b1＝ HBKPctgΦB＝1146m；b2＝ HBKPctgΦp＝978m；a ＝HBKPctgβ＝671m；K21＝1- ＝0.657；K22＝1- ＝0.529
把C、B、HB、KP、β、γ、Lzd、Q代入n2式得：
取n2=1.6，Lc＝1600÷1.6＝1000
因此，当开采条区在单斗-卡车开采工艺条件下，采区宽度确定为1000m是合适的，但根据本矿的生产规模，若初期（首采区）采用单一的单斗-卡车开采工艺是不合适的，其理由是本矿开采深度大，达300m左右，采用单斗-卡车开采工艺势必造成汽车运距的增加。因此宜结合其它可行开采工艺统一考虑采区宽度的确定。
2.2.2 单斗-卡车-（半移动式破碎机）-胶带机半连续开采工艺合理采区宽度确定。
结合本矿煤岩赋存的特点，属于倾斜及缓倾斜煤层，沿着煤层的倾向方向布置采掘工作线，两端高差较大，所以，剥离台阶数目相对较多，西多东少，采用单斗挖掘机直接装入移动破碎机再转入胶带机运输，对于胶带机的布置有难度，且胶带机的数目要成倍增加，因此本设计采用单斗-卡车-（半移运式破碎机）-胶带机半连续开采工艺。
在上述确定工艺的条件下，采区划分宜采用单翼内排的方式确定合理的采区宽度（Lc）。
单翼内排的优点是：条区宽度小（约为双翼内排的1/2），初始（基建）工程量小，可以优先选择剥采比较小的地段进行开采。其缺点是：奇数条区剥离工作线长度与内排的排土工作线长度不一致，前长后短，内排空间得不到充分利用，给排土增加一点难度。
在单翼内排条件下，按单翼内排生产费用（静态值）最低，确定采区合理宽度（Lc）的公式如下：
式中：B-露天矿田宽度，（最大值）2400m；n1-单翼内排时，沿煤层倾向划分条区的数目；
C-剥离物（单斗-卡车-（半移动破碎机）-胶带机半连续工艺）单位运输费用，0.9元/m3·km；
HB-剥离物平均厚度，300m（平均值）；
KP-排土场剥离物松散系数，1.15；
β-端帮松散剥离物的稳定帮坡角，20°；
γ-实体土岩的稳定帮坡角，35°；
Q-重复剥离物的采掘和排土费用，2.0元/m3；
Lzd-重复剥离物在端帮的运距，（与双翼内排相同）2960m。
把C、B、HB、KP、β、γ、Lzd、Q代入n1式得：
取n1＝1.3，Lc＝1600/1.3＝1230m
根据上述计算结果，本次单斗-卡车-（半固定破碎机）-胶带机半连续工艺的采区宽度确定为1200m（沿煤层倾向划分采区）。
需要说明一点，本矿设计为什么没有沿煤层走向划分条区？其理由有四：①沿煤层走向（A）划分条区与沿煤层倾向（B）划分条区相比，重复剥离量较大，前者比后者多1/2（A-B）HB2KP·（cotβ cotγ），约等于7.5亿m3。②沿煤层走向划分条区，其剥采比变化较大，其趋势为小（1.5）→大（5.0）→小（1.5）→大（5.0）……，不利于生产管理和经济效益。③沿煤层走向划分条区，其采掘推进方向为由东向西，由于其煤层倾角一般为8-20°，故很难实现全部内排要求。④沿煤层走向划分条区，其采区数为5条（首采区除外）。沿煤层倾向划分条区，其条区数仅有2条，由此，前者的条区过渡要增加3次不利于生产管理。
2.3 采区宽度确定的结论
2.3.1 由于煤层走向大于煤层倾向（6km>2.4km），因此确定采区划分沿煤层走向（A）进行。
2.3.2 按半连续开采工艺条件下，确定合理的采区宽度为1200m。
3 采区划分及开采顺序
在首采区确定之后，沿煤层露头南部则确定为二采区,在20～13剖面之间按采宽为1200m，剩余条区最宽处不足2km，平均宽度为1.5km，将其作为一个采区进行开采，这样有利于露天矿后期生产规模的扩大。 来源: 《建筑中文网》.
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200907/13202.htm
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