安太堡露天煤矿采区转向过渡若干问题及对策_徐志远

收稿日期:2006-06-15

基金项目:国家自然科学基金项目(50474069)

作者简介:徐志远(1968-),男,山西大同人,高级工程师,在读博士,1990年毕业于中国矿业大学露天开采专业,

现为平朔煤炭洗选运输中心主任,从事露天煤矿生产与技术管理工作。

安太堡露天煤矿采区转向过渡若干问题及对策

徐志远1

,才庆祥1

,刘宪权

2

(11中国矿业大学能源与安全工程学院,江苏徐州 221008;21安太堡露天煤矿,山西朔州 036006)

摘 要:文章对安太堡露天矿三个采区两次转向过渡期间开拓运输系统优化的若干问题及相应的对策进行了分析研究。在分区开采转向过渡期间,应根据内排土场可利用排弃空间的容量和位置,为不同区段的剥离物寻找最佳的运输通路;为减小运距,可适当加快采区局部工作帮的推进,使其提前靠帮,并在该处建立新的排土区域。按照这些原则,安太堡露天矿实施的搭桥方案、反向高段内排方案及/树枝形0运输系统等措施,解决了生产中存在的实际问题,为企业带来了可观的经济效益。

关键词:露天煤矿;分区开采;转向过渡

中图分类号:TD824 文献标识码:B 文章编号:1671-0959(2006)12-0009-040 引 言

近水平及缓倾斜矿床露天开采时,因受限于产量规模、开采强度、设备规格及使用经济性等因素,往往采用分区开采。根据矿床的地质条件,在技术可行和经济合理的前提下,将被开采的矿田划分为若干采区,从首采区开始,按照既定的开采顺序,依次开采各采区,直至全矿开采结束,国内外多数开采大面积近水平及缓倾斜矿床的露天矿都采用分区开采。既定的采区划分和开采顺序方案不是一成不变的,多数情况下需要根据随开采过程被揭露的矿床地质条件实况等因素进行修改和完善,以获得最佳经济效益[1-3]。

从理论上讲,在整个开采区内剥采比稳定的情况下,当前一采区逐步靠界、剥采比开始减小的过程中,相应的新采区应开始逐步缓帮,两采区累计的剥采比应接近正常,不会存在问题。但是,实际生产中由于前后采区在工作线长度、推进方向、地形、煤量煤质、排土和运输系统等方面的变动,加上新采区外部环境的准备是否及时到位等因素的影响,转向过渡期间的生产接续会出现一些问题和困难,尤其是运输系统的改造、布设、物料流向、排土空间的合理利用等因素会影响到运输功能及运输成本等主要运营指标。现对平朔安太堡露天矿分区开采转向过渡期间遇到的问题及应采取的措施进行分析研究。

安太堡露天煤矿1985年7月1日破土动工,

1987年9

月10日建成投产,设计能力为15133M t /a ,可采煤层为自上向下的4号煤、9号煤和11号煤三个煤层。安太堡露天煤矿原为中外合作企业,1985年6月/合作合同0划分了

开采的合同区范围,原/作业规划0中将合同区划分为6个采区,

1992~1995年期间已成功地实现了第一次分区过

渡,即从首采区向Ⅱ采区的转向过渡。Ⅱ采区上部已于1999年后半年开始逐步靠界,于是又开始了第二次分区过渡,进入Ⅲ采区。该矿技术人员结合第一次分区过渡的经验以及对合同区开采程序的深入研究,否定了原/作业规划0中设计的6个采区方案和1992年所做的3个平行采区方案,提出了新的分区过渡方案,即从Ⅱ采区扇形转向,Ⅲ采区北部及东部采到合同区边界,南部让开了较大范围的4号煤无煤区和9号煤中高硫区,并完全利用了Ⅱ采区留沟的东帮和南帮三角区域以减小剥采比(图1)[4-5]

。

图1 安太堡露天矿采区划分及开采程序示意图1 采区间搭桥

安太堡露天矿在向二采区转向过程中,一采区东北角

腾出了大量内排空间,而二采区由于内排土场工作帮的缓帮造成内排空间不足。如果将二采区下部平盘的大量物料运往一采区,会影响二采区内排土场下部平盘的正常推进。为了充分利用一采区东北部内排空间以缓解二采区内排空间的紧张状况,同时保证二采区内排下部平盘的均衡推进及运距最短,决定在二采区东帮1300m 标高处搭桥。这样,二采区1300平盘上部2个平盘的剥离物就可以通过搭桥运往一采区内排土场排弃(图2)。施工时,提前将搭桥处一采区的9号煤、11号煤采出,

为加速搭桥创造出内排空间。

图2 安太堡露天矿一、二采区间搭桥示意图从1300标高到坑底约有100m 高,安太堡矿设计排土段高30m 。由于搭桥主要是解决二采区1300标高以上2个平盘物料的排弃问题,故搭桥处物料的排弃可以采用高段排土。根据整个采场物料分流和排土场稳定情况,决定搭桥处从1300标高采用高段排土,段高60m 。高段排土时,采取以下措施保证安全:①高段排土只限于岩石台阶,严禁黄土和岩石混合实施高段排土;②设置一定高度的挡土墙;③卡车垂直于排土线排土;④在排土坡面未形成之前,用推土机向下推弃物料;⑤随时监视排土情况,及时处理意外情况。

生产组织中合理安排下部平盘物料流向,二采区下部物料在保证其内排土场正常推进的同时,尽可能运往一采区1240水平排弃,以确保1300平盘的排弃段高控制在60m 左右。延迟1300平盘的搭桥与一采区1300排弃平盘的对接,主要目的是有足够的时间对运输系统进行改造,同时加大一采区1240平盘的利用,为加大1300平盘搭桥的排弃量创造条件。在搭桥封口前,加快运输系统的改造,主要包括一采区至坑底的运输道路东移和二采区内排土场内形成1300平盘)))1250平盘)))坑底的运输通路。

搭桥使用了18个月,通过它排弃了约20M m 3的剥离物,平均节省运距017k m 。在1996年底卡车数量相对不足的情况下,为全面完成生产任务起到了积极的作用。搭桥封口后,形成了二采区至工业广场的主要运输道路,成为矿山运输系统的重要组成部分。

2 反向内排方案的实施

安太堡矿开采的是近水平煤层,在二采区正常开采时,

除地表部分剥离物进入采场外的北排土场排弃外,其余大部分剥离物均实现了内排。内排方式为:4号煤以下双侧压帮、双向内排;

4号煤以上东侧留沟、西侧压帮、单向排

土。二采区向三采区的过渡采用扇形转向,按照原设计,转向过程中,三采区地表缓帮北部剥离物运往外排,地表南部剥离物进入南寺沟排土场排弃,而中部的剥离物经二采区北帮和西帮进入内排土场。经计算,虽然内排土场容量能够满足转向期间剥离量的排弃要求,但三采区1360)1300四个水平剥离物的平均内排运距达515k m,露天矿面临卡车不足和运输成本增加的局面。

为解决上述问题,决定实施反向内排方案。在二采区靠界过程中,优先将靠近三采区东部区域全面靠界,腾出空间。同时在内排土场的发展规划上,适当滞后东部,优先推进西部,从而在二采区的东北角形成一定的空间。这样,三采区1360)1300四个平盘的剥离物可以从4号煤底板直接由北向南向下排弃,实现反向高段内排,段高达100m,三采区4号煤顶、底板缓帮剥离物的内排运距大大减小(图3)。反向排土的排土平盘会从1个(1300)逐渐增加到4个(1300、1345、1375、1405),绕二采区北帮和西帮进入内排土场的量逐渐减少,

最终实现内排的南北对接。

图3 反向排土方案示意图

反向内排方案实施过程如下:首先优先并加快二采区11号煤顶板剥离台阶和11号煤的靠界;在三采区4号煤底板北端开始延深时,修筑一个坡道,剥离物从坡道运出,直接从4号煤底板向西、向南在采空区进行高段排土;随着1300平盘的推进,逐渐向上建立各反向排土平盘。该方案从2002年年初开始实施,仅2002年一年就节省剥离物运费3150万元,效益显著。

3 /树枝形0开拓运输系统

2000~2003年是安太堡露天矿实施转向和三采区缓帮

的关键时期。三采区的缓帮剥离带来了转向期间的许多困难:缓帮初期(1330以上平盘)剥离物均需从北部运输到内排和外排,无法实现两侧同时延深,缓帮速度慢;由于所缓的工作帮原来是二采区的非工作帮,每2)3个平盘才留有一条运输通道,而且由于多年塌落,宽度不足,设备难

以进入,因此在从上向下的缓帮过程中,南部1360以下由于本平盘没有缓出运输通道,无法继续延深,严重制约了9号煤的露煤进度和接续(因为北部由于购地影响已经滞后, 9号煤采出量只有依靠南部)。这些因素制约了三采区的正常延深和原煤的开采接续,进而严重影响了商品煤的生产和成本。

针对三采区南段北部1330、1345和下部平盘缓帮剥离物没有运输系统导致缓帮滞后的局面,可以利用原/1300横桥0,在缓帮过程中,尽可能从工作线两端分别延深,以加快延深速度,实现原煤生产的接续,维持商品煤正常产量。同时尽可能地实现部分平盘的双向运输,以缩短运距,平抑运输洪峰。为此决定从三采区南段北部利用原/横桥0向上形成1315)1330运输坡道,待1330平盘采出一定范围后,进而分别向上和向下形成1330)1345、1330)1315运输坡道,并进一步向下形成1315)1300运输坡道。上述运输坡道从整体上形成/树枝形0分叉运输系统,使中部1300)1345共4个平盘的剥离物进入二采区1300及其以下排弃平盘。此系统缩短了剥离物的运距,加快了二采区1300平盘以下大量内排空间的回填速度,对1300以上平盘的正常推进起到了积极的保障作用(图4)。

图4/树枝形0运输系统示意图

该项目从2001年9月开始实施,到2002年2月系统基本形成。具体实施过程为:从2001年9月开始,自1300中部/横桥0向上排弃,达到1330标高,将电铲调入直接从中部挖掘1330平盘,使1330平盘南段可以从两头延深,剥离物运距比全部从南头运出减少700m;随后,1330平盘采出一定范围后,分别向上和向下形成1345)1330、1330)1315运输坡道;最后形成1315)1300运输坡道。2002年底,三采区南部延深到了坑底11号煤,达到了预期效果。2001~2002年三采区南部通过/树枝形0运输完成24个电铲台月,总剥离量916M m3,其中1315平盘以上约4Mm3,运距比绕北帮和西帮缩短119k m,共节约运费1520万元。

4结论

通过对安太堡露天煤矿三个采区两次转向期间出现的若干问题及对策的分析,得出以下主要研究结论:

1)转向过渡期间,逐年可利用的排弃空间数量和位置各不相同,排弃程序各有特点。应该根据这些特点为每年不同区段的剥离物寻找最佳的运输通路,以期达到减小运距、提高经济效益的目的。安太堡露天矿从一采区向二采区过渡时,一采区由于剥离物减少腾出大量内排空间,而二采区则因缓帮内排空间不足,为保证二采区内排土场下部平盘的正常推进,可将二采区上部平盘的剥离物运往一采区排弃,但二采区半压帮的内排方式切断了上部平盘的东环内排通路。为此,在二采区东帮1300标高处搭桥,搭桥不仅使二采区上部两个平盘的剥离物可以通过东环运往一采区内排土场,节省了运距,而且搭桥封口后,形成了采区到工业广场的主要运输通路,成为矿山运输系统的重要组成部分。

2)转向过渡期间,可适当加快旧采区采掘工作帮靠近新采区部分的推进,使其提前靠帮,从而可以在该处形成新的排土区域,减小剥离物运距。安太堡露天矿二采区向三采区过渡时,按照正常的采排程序,三采区中部4个平盘的剥离物要经二采区北帮和西帮进入内排土场,单程运距达515km。针对这种情况,在二采区靠界过程中,优先将其邻近三采区的东部区段提前靠界,同时适当滞后二采区内排土场东段的推进,在其东北角形成一定的排弃空间。上述4个平盘的剥离物即可在这一区域从4号煤底板由北向南向下排弃,实现反向高段内排,段高达100m。剥离物平均运距节省211k m,仅2002年就节省运费3150万元。上述方案的实施,极大地缓解了安太堡露天矿2002年上半年下部内排推进受阻的局面,加快了三采区的延深速度,理顺了采、排物料分布与流向,降低了开采成本,尤其对解决转向期间出现的采、排空间及位置分布不均匀及下部内排空间难以快速回填的实际生产问题具有重要意义。

3)/树枝形0运输系统结合了直进和折返运输系统的优点,并利用/人工工程0创造出布铲条件,达到了双向延深、加快缓帮的目的,为顺利实现生产接续起到了积极的作用。同时在不压帮内排的条件下,通过修建临时辅助工程,实现了双向内排,缩短了运距,降低了成本。

4)上述针对安太堡露天矿采区转向过渡期间出现的问题而采取的对策,一方面从实际出发,解决了生产中存在的实际问题,为企业带来了可观的经济效益,另一方面又具有近水平矿床露天矿分区开采的共性,丰富了露天矿转向接续关键技术的理论和应用研究。

收稿日期:2006-10-11

作者简介:苗敬全(1966-),男,安徽砀山人,高级工程师,

1988年毕业于山西矿业学院采矿工程专业,现在神华

杭锦能源有限责任公司筹备处工作。

矿井主排水泵的允许吸水高度计算

苗敬全

1,2

,郭建平

2

(11太原理工大学,山西太原 030024;21神华集团,内蒙鄂尔多斯 016040)

摘 要:文章分析了水泵的汽蚀现象和安全运行的条件,根据新的水泵标准中允许汽蚀余量

计算水泵的允许吸水高度,并给出了水泵允许汽蚀余量与允许吸上真空度的换算公式。 关键词:汽蚀;汽蚀余量;吸水高度;吸上真空度

中图分类号:TD442+

12 文献标识码:B 文章编号:1671-0959(2006)12-0012-02

目前,在矿井设计中多选用离心水泵作为主排设备,其吸程的计算基本上是基于水泵的允许吸上真空度,但由于水泵标准的更新,在新的水泵样本中已废除了允许吸上真空度,改用允许汽蚀余量。而允许吸上真空度与允许汽蚀余量之间不能进行简单的换算,并且新版《煤炭工业设计规范》在81311条中又规定了排水泵的吸上真空度不应小于5m ,这样就给排水泵的选型设计和使用带来了困难和混乱,也可能造成水泵出现汽蚀和安全隐患,影响矿井正常排水。

图1 水泵吸水示意图

离心泵的安装高度是指吸水井里面矿井水的液面到离心泵入口处的垂直距离,即图1中的Z s 。在设计中选择的主排水泵的允许吸水高度要大于离心泵的安装高度,否则会出现汽蚀现象。

1 汽蚀现象

对如图1所示的入口管线,在s-s 和e-e 间列柏努利方程,可得:

P s Q g =Z s +P e Q g +u

2

e

2g

+E h

f (s -e)

(1)

式中 P s )))吸水井中作用在矿井水液面上的绝对压力,

可取水泵安装点的大气压力,N /m 2;

Q )))矿井水的密度,kg /m 3; Z s )))离心泵的安装高度,m ;

P e )))离心泵入口处的处e-e 断面的绝对压力,N /

m 2;

u e )))离心泵入口处e-e 断面的流速,m /s ; E h f(s -e))))吸水段的阻力损失之和,m 。

汽蚀现象是排水系统设计和运行中应充分注意的一个问题,离心泵第一级叶轮的水流进口处通常为压力最低区,加上水进入叶轮时的压降和损失,使该区最容易发生汽蚀。当进口处的最低压头低于饱和蒸汽压力时,就开始汽蚀。其具体表现为:①被输送流体在叶轮中心处发生汽化,产生大量汽泡;②汽泡在由叶轮中心向周边运动时,由于压力增加而急剧凝结,产生局部真空,周围液体以很高的流速冲向真空区域;③当汽泡的冷凝发生在叶片表面附近时,众多水滴像细小的高频水锤撞击叶片。

离心泵在汽蚀状态下工作:①泵体振动并发出噪音;②压头、流量下降,严重时不能输送水;③时间长久,在水锤冲击和水中微量溶解氧对金属化学腐蚀的双重作用下,

叶片表面出现斑痕和裂缝,甚至呈海绵状逐渐脱落。

因此,为保证水泵不产生汽蚀,必须有一定的汽蚀余量。

参考文献:

[1] 才庆祥,姬长生.大型露天煤矿采区转向方式研究[J].

中国矿业大学学报,

1996,25(4):45~49.

[2] 顾正洪,李曙光,于汝绶.近水平矿床露天矿采区的过渡方

式[J].阜新矿业学院学报(自然科学版),1997,

16(1):

24~27.

[3] 顾正洪,李曙光.近水平缓倾斜露天矿开采程序探讨[J].

化工矿山技术,

1993,22(1):10~13.

[4] 刘宪权,李志强,史建华.分区开采转向接续期间存在的问

题及对策[J].露天采煤技术,2001(4):8~9.

[5] 马进岩.条区转向接续期间排土系统优化[J].露天采煤

技术,2002(6):

9~10.

[6] 尚涛,才庆祥,刘勇,等.露天矿分区过渡期间合理开拓运

输系统选择[J ].中国矿业大学学报,2004,

33(4):

412~416.

(责任编辑 马光辉)