露天矿开采中的研究与应用

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组合台阶开采技术具有生产采剥比较均衡、基建工程量较少等特点，在露天矿开采中较为常用，工作帮的坡角通常为20～30°。一些露天矿开采使用单台阶等宽平台作业，该作业方式具有回旋余地大、采场时空关系松弛等优势，同时存在后期采剥比较小的问题，造成露天矿开采成本较高，不利于提高露天矿的经济效益。陡帮开采技术有效解决了露天矿生产成本高的问题，有利于露天矿开采活动可持续发展。因此，为了提高露天矿的经济效益，研究组合台阶开采技术在露天矿开采中的应用策略尤为重要。

1组合台阶开采技术及其应用价值

1．1组合台阶开采技术露天矿开采平台主要分三类:一是单台阶等宽平台，每个台阶均可视为一个工作平盘，各平盘上部均布设运输线路及采掘设备，为顺利完成开采任务各平台的采宽均有富余，同时确保各平台宽度一致;二是双并段台阶，位于工作帮上的2个台阶组合到一起，一个台阶为满足运输设备作业需求的平盘，另一个台阶适当加宽处理;三是组合台阶，露天矿在开采过程中容易形成鸡窝状、螺旋状矿床，需利用水平降深提高采掘效率，使用组合台阶开采技术能扩大工作盘或工作帮的坡角，可有效增加采煤量，凸显该技术的实用价值。在组合台阶开采(见图1)过程中，组合台阶的数量由一台电铲的服务能力确定，仅有一个平盘具备穿爆与采装运输的能力。开采过程中电铲顺延工作线方向从上到下采、剥，直至最后一个工作面为止，以组为单位完成开采任务，各组的台阶由暂不作业工作台阶、作业台阶构成，通过逐个台阶施工提高间断性，展开循环式开采活动。Φ为组合台阶工作帮的坡角(坡度);Be为运输平盘宽度;Bg为组合台阶工作平盘的宽度图1组合台阶开采图例

1．2组合台阶开采技术应用的价值第一，露天矿开采中使用组合台阶开采技术具有减少年均征地工程量的作用。在矿山运营过程中排土场用地、采场用地、广场用地的面积较大，为合理使用土地资源，解决浪费土地资源的问题，需使用组合台阶开采技术，增大工作帮坡角的方式减少年均土地开采总量，确保露天矿正常运营的前提下稳步提高经济效益;第二，使用组合台阶开采技术能提高矿山剥采比的均衡性。衡量露天矿经济效益的指标之一是剥采比，有效应用组合台阶开采技术能解决剥采比失调的问题，在露天矿发展不稳定时期使用该技术能调整剥采比，最大程度利用资金资源，通过减少剥离量的方式达到控制资金投入的目的，露天矿生产成本随之降低;第三，组合台阶开采技术可缩短运输距离，主要源于工作帮的坡角变大，排土场、采场间的距离减小，基础上减少运输成本，提高采掘工作效率;第四，使用组合台阶开采技术露天矿的边坡更为稳定，利于营造安全的露天矿生产氛围［1］。

2组合台阶开采技术在露天矿开采中的应用要点

2．1穿爆使用组合台阶开采技术的过程中，部分台阶暂不作业，这部分台阶成为爆破岩块缓冲地段，爆破时暂不作业台阶的宽度与旁冲距离相比要小，大部分因爆破而剥落的岩块会落到坑线上及暂不作业平台上，不会阻碍其他台阶的运输。若无暂不作业平台，在爆破后大量岩块会掩盖下部坑线，造成下部坑线无法正常运输的后果。基于此，使用组合台阶开采技术时，专职人员会调整好暂不作业平台的宽度，联合使用控制爆破技术，结合实际情况首选扩大工作帮坡角的方案，确保暂不作业台阶的宽度与爆破旁冲距离相契合，通常情况下台阶的宽度比爆破旁冲距离要小，确保大部分岩块能落到平盘上，提高露天矿开采运输效率。

2．2采掘缓坡开采过程中专职人员会同时启动多台电铲，在不同平盘上展开开采。多个工作台阶开采量不一致时需积极调整电铲，确保各点的采出量较为均衡。需要专职人员在露天矿开采过程中频繁地调整电铲，存在浪费时间与人力问题，很难提高工作效率。在露天矿开采中使用组合台阶开采技术，电铲循环往复地展开开采活动，按照从上至下的顺序调整开采位置，运动到最后一个工作台阶，就会进入下个组合台阶开采程序，依托循环作业模式提高采掘效率。开采时电铲基于掘坑线连续采掘，无需专职人员频繁地调整电铲的运行参数。

2．3运输使用组合台阶开采技术，专职人员将运输系统设置在暂不作业平台，依据工作线的长度布置坑线，每组台阶的数量与坑线系统数相关，使用直进式、回返式两种技术手段布置坑线系统，该系统根据露天矿开采的情况调整。组合台阶开采时位于上部的台阶持续扩帮，工作线长度随之改变，改变外部运输出口的位置，需要专职人员朝着反方向或向左、向右布置坑线。在坑线位移期间运输线路只要能保持畅通，组合台阶开采工作面均立足实际灵活调整。组合台阶开采与缓帮开采相比卡车运输效率较低，造成这一现象的原因有以下几个:第一，暂不作业平台宽度有限;第二，暂不作业平台堆积岩块。基于此，在使用组合台阶开采技术时，需设置岩石运输出口，及时清理平台的岩块，通常情况下各采掘区有一个运输出口，轻重车可分向运行，以提高运输管理灵活性［2］。

2．4首采面准备露天矿开采过程中使用组合台阶开采技术需专职人员做好首采面准备工作，为做到这一点专职人员需实地踏勘，了解露天矿的具体情况，在此基础上科学地确定首采工作面，为工作台阶逐层下移并产生新的采掘面奠定基础，保障新采掘面不会影响车辆运输。

3组合台阶开采技术在露天矿开采中的应用策略

3．1选定组合台阶开采参数为有效应用组合台阶开采技术需专职人员选定技术参数，工作帮坡角计算公式为φ=tg－1Nh/b1+N(b2+hotgα)，式中，φ为工作帮坡角，N为组内台阶数量，h为台阶高度，b1为单次循环推进宽度，b2为暂不作业平台的宽度，α为台阶坡面角，组合台阶开采的结构受露天矿开采装备水平、矿山规模、矿体赋存条件、采剥推进形式、开沟位置等因素影响。涉及因素较多，参数间的关联性、制约性较强，需遵循如下原则合理设定各项参数:一是技术参数满足露天矿规模化生产需求;二是技术参数与露天矿开采设备效率、性能相适应;三是组合台阶开采技术方案具有可行性及简明性，确保露天矿开采活动能够高效展开;四是尽量追加工作帮坡角;五是保障开采现场安全稳定。不同参数的确定方式存在差异，以台阶坡面角为例，该角度的大小与露天矿岩石性质有关，受采剥推进方式、岩石裂隙发育程度、后排孔装药量、爆破参数等因素影响，需要专职人员在确定参数前广泛地占有露天矿相关资料，在此基础上通过实测、类比等方式明确台阶坡面角的范围，加之计算最终得出精确的台阶坡面角。在应用组合台阶开采技术时，亦可通过试验的方式选定技术参数，以非工作平台的宽度为例，依据工作帮坡角、非工作平台宽度的递减函数关系展开试验活动，实证技术参数是否会影响非工作平台运输的效率，调整开采参数，确保非工作平台能有一定的宽度且宽度合理［3］。

3．2从实际出发合理使用开采技术露天矿开采过程中使用组合台阶开采技术，需专职人员从实际出发，了解该技术适用条件，在此基础上优化开采环境，提高技术应用有效性。例如，在水平矿体使用组合台阶开采技术，同时矿体、地形一致(见图2)，图2中的工作帮坡角、组合后陡帮角度分别为β1、β2，φ、δ代表最终帮坡角。在露天矿顺延某个境界拉沟降深的条件下，北部工作帮在台阶持续降深的过程中逐个到界，此时得到最终边帮，南部工作帮将工作帮坡角的自然降深、地表的交界点视为基准予以设置。通过观察图2，在露天矿工程触及煤层顶板时，陡帮β1比β2多剥离一个三角岩量，虽然该岩量能在生产期间采掘出来，但露天矿生产期间不能延迟剥离，基于此在生产初期露天矿的剥采比并不理想，这说明组合台阶开采技术不适合在水平矿体上应用。再如，在缓倾斜矿体(见图3)使用组合台阶开采技术，矿体倾斜角度为5～25°，最终帮坡角通常情况下与煤层底板的角度相同，通过观察图3，在工作帮点1运动至1’时，开采深度随之增加，增加量为一个ΔH，相比缓帮开采，陡帮开采能少剥离岩石，少剥离量为一个ΔV，在矿体倾角持续增大的条件下，ΔV的总量会增多，使用组合台阶开采技术能在初期减小剥采比，在此基础上提高露天矿的经济效益。

3．3确定工作盘、非工作盘的宽度为有效应用组合台阶开采技术，需工作盘的宽度与爆堆宽度相适应，还要能为各类设备提供成长运输与运行的条件，基于此工作盘宽度需综合考虑道路宽度、安全生产距离、道路外侧到下个台阶坡顶线的距离、爆堆坡底线到运输道路的距离，设置道路宽度时还需考虑露天矿卡车的尺寸及其运输方式。非工作盘属于辅助爆堆地点、运输道路，在设置其宽度时需考虑爆堆宽度及运输设施高效、安全通行所需最大宽度，还需立足实际，从减少投入的角度出发，合理确定非工作盘宽度［4］。

3．4按照顺序开采露天矿开采过程中使用组合台阶开采技术，将电铲服务的台阶总数设定为一组台阶数量，各组台阶设置一个具备运输、采装、钻爆功能的平盘，剩下的平盘通常只具备运输功能。各组台阶的最上部电铲开始运作，最后一个台阶为止，电铲工作面与工作盘宽度一致，电铲使用推土机修筑边坡，亦可下挖坡道，目的是电铲运动至下组台阶并进行新一轮的开采，原有运输平盘随之转为工作平盘，同时工作平盘转变成了运输平盘，从上到下构建露天矿开采循环系统。

3．5加强技术管理露天矿开采时为充分发挥组合台阶开采技术的优势，需专职人员注重技术管理，确保边坡设计符合安全生产要求，解决台阶设置与区域内物料堆放、废石堆放等用地存在冲突的问题，使用组合台阶开采技术的过程中要加强边坡变形监测，运用信息技术提升实时监测水平。要求多台阶开采时控制好并段数量，通常情况下3段可同时作业，保障多台阶并段不影响露天矿边坡的安全与稳定。在工作盘上使用电铲、运输等设备需遵守操作规程，以降低生产设施发生故障的概率，同时提高露天矿的生产效率。为确保技术管理具有科学性、规范性、权威性，需煤矿制订技术管理制度，对组合台阶开采技术应用流程、标准等内容予以说明，营造透明、安全的技术管理氛围，还需推行培训制度，专职人员在上岗前需研究、学习组合台阶开采技术，从露天矿生产实际情况着手制订该技术应用方案，加之组合台阶开采过程性监管，有效约束专职人员行为，发挥技术优势，提高开采效率，助力煤矿增加经济效益［5］。

4结束语

综上所述，在露天矿开采中使用组合台阶开采技术减少成本、优化剥采比，基于此专职人员需在露天矿开采中合理使用该技术，将运输、穿爆、采掘及首采作业面准备视为要点，在此前提下通过实测、计算、试验等方式选定组合台阶开采的参数，从实际出发合理地使用组合台阶开采技术，确定好非工作盘、工作盘宽度，按顺序开采并加强技术管理，打造高效、安全的露天矿开采环境。组合台阶开采技术应用空间较大，在设备更新、技术升级的条件下，露天矿开采效益不断提高，助推露天矿开采事业可持续发展。

参考文献:

［1］周志友．组合台阶开采技术在露天矿开采中的研究与应用［J］．煤矿现代化，2022，31(04):67－69+73．

［2］孙明亮，郭章．组合台阶陡帮开采在山西某露天铁矿的应用研究［J］．现代矿业，2021，37(08):68－72．

［3］李阳，陈镭．组合台阶陡帮开采在露天矿开采中的应用探讨［J］．内蒙古煤炭经济，2020(23):176－177．

［4］宋扬．组合台阶陡帮开采在露天矿开采中的应用探讨［J］．科技创新与应用，2020(09):180－181．

［5］昌珺．露天矿台阶尖灭方案优化研究［J］．采矿技术，2019，19(01):57－60.

作者:江杰 单位:河南能源化工集团 中联润世新疆煤业有限公司 中联润世露天煤矿