吉郎德煤矿倾斜煤层纵采转横采扇形转向技术优化

马风虎

（哈密市和翔工贸有限责任公司，新疆 哈密 839200）

吉郎德煤矿位于新疆哈密巴里坤县城北西140 km，煤矿探明资源储量2.3 亿t，其中露天可采储量1.48 亿t，设计规模2.0 Mt/a，服务年限63 年。自2011 年11 月1 日开工建设，于2013 年7 月完成基建并转入正常生产。目前土岩剥离采用单斗-卡车工艺，原煤开采采用单斗挖掘机-卡车-地面破碎站工艺。露天矿生产组织方式为采煤自营，剥离全部外委。原核准生产能力为200 万t/a，生产剥采比为9.71 m3/t。2020 年7 月国家能源局核增产能至300万t/a，正在办理核增手续。为了尽快实现300 万t/a生产能力，须对原开采方案进行优化。

1 矸露天煤矿概况

1.1 煤 层

区内可采煤层10 层，分别为B1～B6、B71、B72、B8 下、B8。其中B8、B8 下、B5 煤层为全区可采煤层，B2、B3 煤层为大部可采煤层，B1、B4、B72 煤层为局部可采煤层，B6 煤层为小部可采煤层，B71 煤层可采面积仅为6%。

B8 煤层目前为主采煤层，可采指数为100%，煤层厚度为1.73～39.79 m，平均厚度23.21 m，变异系数为29.60%，为全区可采巨厚煤层，煤层倾角10°～19°，东部及西部煤层埋藏较深。

1.2 开采现状

2019 年末吉郎德露天煤矿地表东西长2 km、南北宽1.2 km，坑底最低标高为+1 260 m，形成17 个剥离台阶，1 个采煤台阶，采区台阶高度为12 m、台阶坡面角为70°，最小平盘宽度50 m。最大开采深度204 m。其中：东帮为到界端帮；南帮深部为B8 煤层底板，1 382 m 水平以上为临时到界台阶；西帮为临时到界帮，帮坡角35°；北帮为正常工作帮，工作帮坡角17°。初步设计将矿区划分首采区和二采区2个采区，工作线“L”型布置，向北部、西部同时推进。现阶段北部西部还未到达设计首采区分区境界。其中：南帮仅开采B8 煤层，下部B8 下及B5 煤层未按照设计开采；北帮距离设计确定的首采区地表界约150 m；西帮距离设计确定的首采区地表界平均约600 m。按照首采区煤层北倾的覆存条件，南侧剥采比较小，越往北剥采比越大，且随运距和提升高度的增加，运输成本增加。

1）首采区南帮未到界区域。现状采掘场南帮已开采结束的煤层区域，主要包含煤层为B8 下煤层和B5 煤层。经计算，首采区南帮未到界区域可采资源量583.4 万t，剥离量2 666.75 万m3，平均剥采比4.57 m3/t，按照生产规模300 万t/a 计算，服务年限为1.9 年。

2）首采区西帮未到界区域。以首采区西帮东西向为界的西侧；以首采区北帮南北向为界的南侧，主要开采为B8、B8 下和B5 煤层。经计算，首采区西帮未到界区域可采资源量为1 678.6 万t，剥离量为10 122.9 万m3，平均剥采比6.03 m3/t，按照生产规模300 万t/a 计算，服务年限为5.6 年。

3）首采区北帮未到界区域。以首采区北帮南北向为界的北侧，主要开采为B8、B8 下和B5 煤层。经计算，首采区北帮未到界区域可采资源量2 340.2万t，剥离量11 582.4 万m3，平均剥采比4.95 m3/t，按照生产规模300 万t/a 计算，服务年限为7.8 年。

1.3 初步设计开采方案

北帮未到界区域按照首采区到界位置扩帮，西帮、南帮未到界区域同时开采，工作帮北、南、西3 个方向同时开采，其中西帮为主要开采区域，北帮、南帮搭配开采。经计算，首采区剩余范围内资源量为4 602.2 万t，剥离量为24 372.05 万m3，平均剥采比5.3 m3/t。按照生产规模300 万t/a 计算，服务年限为15.3 年。在现状采掘场基础上，完成65.75 万m3剥离量后，一期按照9.2 m3/t 剥采比生产3 年，二期按照6.9 m3/t 剥采比生产6 年，三期按照2.2 m3/t 剥采比生产6 年，首采区开采结束。西帮年推进度为130 m，北帮年推进度为100 m，南帮年推进度为50 m。因煤层均为北倾，在往北推进过程中剥离量较大，露煤周期慢，难以满足正常生产接续。西帮为临时到界端帮，在往西推进形成工作帮时，造成大量的缓帮量。南帮为顺倾边坡，前期开采未按照初步设计开采，南帮上部已形成排土场，形成高陡复合性边坡，且局部出现片帮，在开采过程中可能存在边坡失稳的情况。

2 纵采转横采扇形转向技术

露天煤矿中纵采即工作线沿露天矿走向（纵向）布置，倾向推进，简称纵采。横采即工作线沿露天矿倾向（横向）布置，走向推进，简称横采[1-3]。所谓“扇形”扩帮方法，即工作线以某一回转中心沿逆时针或顺时针方向旋转推进，推进方式类似展扇过程，因此称为“扇形”扩帮[4-6]。扇形扩帮方法具有如下特点：①由于工作线为扇形发展，自由面大，爆破效果好；②剥离工作线长，投入设备多；③运输系统可布置在扇端，占用作业面少，便于维护；④缓帮速度快，露煤量大。

2.1 横采及扇形转向技术优化

为进一步摸清南帮地质条件及边坡稳定性情况，暂缓南帮B5、B8 下煤层开采。对北帮进行靠帮作业，西帮转工作帮加速缓帮作业。其中，北帮上部台阶靠帮后为保证清扫平盘正常使用，1 428～1 368 m 水平平盘北扩21 m，上部1 428～1 404 m 水平、1 404～1 380 m 水平、1 380～1 356 m 水平形成300 m长的运输坡道，下部靠帮至1 308 m 水平台阶，靠帮后不再布置运输系统。下部台阶剥离、采煤依靠西帮运输系统，年末降深至1236 m 水平，平均推进71 m。

西帮北部向西平均推进65 m，西帮南部1452平盘至1380 平盘，纵采转横采向西平均推进288 m，西帮南部1380 平盘至1308 平盘扇形转角18°，向西平均推进146 m，转角至1 308 m 水平。西帮北部1404 坡 道～1392 坡 道、1380 坡 道～1368 坡 道、1356 坡道～1344 坡道优化为运煤专线，西帮运输系统形成至1 296 m 水平。

2020 年末各帮帮坡角为：北帮26°、东帮32°、西帮北部17°、西帮南部15°、南帮20°。年末西区南部增加采煤工作线长度200 m，增加露煤量15 万t。2020 年开采200 万t 原煤时，需要剥离量为2 300万m3。年末二量可采量为58 万t，开拓量为65 万t。同时，注意减少提升高度和运距，以降低剥离成本。

2.2 3 年接续计划

2021 年北帮北帮将继续靠帮至1 248 m 水平，平均推进29 m，年末降深至1 230 m 水平，形成1个采煤台阶，采煤工作线长度为427 m。西帮1 380～1 230 m 水平转角为18°。沿转角线平均推进103 m，平盘平均宽度由33 m 调整至37 m。西帮1 404 m 水平以下工作帮坡角由19°调整至17°，2021 年末形成1 368～1 236 m 水平12 个采煤半台阶，采煤工作线长度789 m。可实现采煤235 万t，剥离1 935万m3，生产剥采比8 m3/t。

2022 年北帮继续进行靠帮作业，2022 年末北帮靠帮至1 224 m 水平，降深至1 218 m 水平；西帮西扩150 m，西帮平盘平均宽度由37 m 调整至39 m，西帮帮坡角由17°调整至16°。2022 年末形成22 个剥离台阶，14 个采煤台阶，采煤工作线为912 m，2022 年末可实现采煤260 万t，剥离2 100 万m3，生产剥采比8 m3/t。

2023 年末北帮降深至1 212 m 水平，并靠帮；西帮西扩200 m，西帮平盘平均宽度由39 m 调整至43 m，西帮帮坡角由16°调整至15°。2023 年末形成22 个剥离台阶，14 个采煤台阶，采煤工作线长度为934 m，2023 年末可实现采煤300 万t/a，剥离2 535万m3。

3 纵采转横采扇形转向技术优化成果

1）经济方面。西帮为工作帮缓帮推进，纵采转横采扇形过渡，使得开采工作线长度增加，设备作业空间扩大，运距和提升高度减小，设备效率得以充分发挥。优化后，调整了采剥布局，增加了采煤工作线长度，且扇形过渡期间采煤量增加，剥离量减少。故从经济效益上考虑较为合理。

2）运输方面。在西帮横采推进时，在南帮中部布置直进式坡道，剥离物直接排弃于南排土场，运距较近。其次，运输系统布置灵活，均衡全年运距，可在西帮、南帮同时布置运输系统在缩短运距的同时降低了车流密度。

3）生产灵活性方面。纵采转横采[7-8]推进时，可以根据生产实际情况调整推进度，最大限度的露煤，保证煤炭接续。当煤炭需求较大时，可以加速采煤台阶推进，使其与上方剥离台阶保留很小的平盘宽度或合并为1 个台阶，加大出煤量。

4）安全方面。缓采B5、B8 下煤层，给南帮边坡治理预留了充分的时间，降低了边坡稳定风险。运输系统、剥离设备布置灵活，降低了运输及采装风险。

4 结语

按照优化方案，北帮进行靠帮、西帮进行缓帮作业，西帮南部以B8 煤层露头较浅区域沿煤层走向纵采转横采拉沟，增加了采煤工作线长度。西帮北部，以工作线推进方向为轴，转18°以东向西扇形推进，在安全、技术、经济方面是可行的，为煤炭的接续生产提供了保障，为实现煤矿300 万t/a 扩能打下了良好的基础。