CN113047840B - 一种露天煤矿剥离半连续倒堆工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种露天煤矿剥离半连续倒堆工艺，特别是涉及一种新的露天煤矿无运输倒堆工艺，工艺系统由单斗挖掘机、移动式破碎站、转载机、排土机组成，布置在露天煤矿最下部水平煤层顶板的剥离台阶上，通过本发明的剥离半连续倒堆工艺，将深凹露天煤矿最下部水平煤层顶板的剥离物直接排入露天煤矿的内排土场，取消汽车运输，克服最下部水平剥离内排汽车运输产生的运费问题。与上部水平剥离台阶的单斗挖掘机‑汽车工艺及采煤的设备及穿孔、爆破、采装开采参数完全一致，协调性好，互补性强，便于选采。适合开采深度大、岩层硬度大、煤层数多、内排开采的露天煤矿。由于没有运输设备，没有运费，经济效益突出，实用范围广。

Description

一种露天煤矿剥离半连续倒堆工艺

技术领域

本发明涉及一种露天煤矿剥离半连续倒堆工艺，特别是涉及一种新的露天煤矿无运输倒堆工艺。

背景技术

对深凹露天煤矿，下部水平剥离物内排基本上全部都是采用单斗挖掘机-汽车工艺，由于采用汽车运输，运费高，经济效益不好。

吊斗铲倒堆工艺只适用于埋藏浅、覆盖层松软、单一煤层的露天煤矿条件。对埋藏深度大、岩层硬度大、煤层数多的露天煤矿，吊斗铲倒堆工艺与上部剥离台阶的单斗挖掘机-汽车工艺相互间干扰大，对下部采煤作业干扰大，不能选采等，开采经济效果不佳，除黑岱沟露天煤矿外，其它所有露天煤矿都没有采用，就连与黑岱沟露天煤矿毗邻、埋藏条件完全一致、同属一个公司、同一生产规模的哈尔乌素露天煤矿也没有采用。

吊斗铲倒堆工艺对埋藏深度大、岩层硬度大、煤层数多的露天煤矿存在如下问题：

一、当开采深度大，剥离台阶数量多时，吊斗铲倒堆工艺只能承担煤层顶板处少量的剥离台阶，上部大部分剥离台阶都要采用单斗挖掘机-汽车工艺完成。汽车运输单位运费高，对运距敏感，台阶长度需要短；吊斗铲倒堆由于作业方式及线性尺寸的关系，存在无法作业的端部死区，为了降低死区占比，台阶长度需要长。露天煤矿剥离主体是单斗挖掘机-汽车工艺，工程布置以单斗挖掘机-汽车工艺为主，由此造成吊斗铲倒堆工艺效能不能得到发挥，对汽车内排造成干扰，增加了内排汽车的运距；

二、当岩层硬度大，爆破开采时，吊斗铲倒堆剥离台阶需要与采煤台阶合并组成近80 m的超高开采台阶（穿孔、爆破），对下部水平采煤作业构成完全干扰。吊斗铲因故停产时，需把压在煤层顶板上的合并超高台阶逐一调整成数个适合单斗挖掘机作业的低台阶，调整工程量大，影响时间长，对煤炭生产影响大，管理复杂。

三、当煤层数多，吊斗铲倒堆作业时，吊斗铲倒堆作业只能顾及主煤层，主煤层附近的薄煤层都被当做剥离物排入了内排土场，无法选采，造成资源浪费；

所以，吊斗铲倒堆工艺不适合埋藏深度大、岩层硬度大、煤层数多的露天煤矿。

发明内容

本发明的一种露天煤矿剥离半连续倒堆工艺，是一种新的露天矿无运输倒堆工艺。本发明的露天煤矿剥离半连续倒堆工艺由单斗挖掘机、移动式破碎站、转载机、排土机组成，作业位置处于煤层顶板，与上部水平剥离台阶的单斗挖掘机-汽车工艺及采煤的设备及穿孔、爆破、采装开采参数完全一致，协调性好，互补性强，便于选采。不存在相互干扰的问题。由于没有运输设备，没有运费，经济效益突出，实用范围广，具有普遍意义。适合于开采深度大、岩层硬度大、煤层数多、内排开采的露天煤矿。

本发明采用如下技术方案：

本发明所述的一种露天煤矿剥离半连续倒堆工艺，在深凹内排开采的露天煤矿的最下部水平煤层顶板的剥离台阶上，布置由单斗挖掘机、移动式破碎站、转载机、排土机组成剥离半连续倒堆工艺系统；通过半连续倒堆工艺将将煤层顶板的剥离物直接排入露天煤矿的内排土场；该半连续倒堆工艺步骤如下：

一、将煤层顶板的剥离台阶以水平正视面分成左、右两部分，由单斗挖掘机-移动式破碎站-排土机组成的剥离半连续倒堆工艺在剥离台阶的中部开切口，先倒堆开采剥离台阶的左侧部分，至左端帮后，随后返回至中部，接着倒堆开采剥离台阶的右侧部分，至右端帮；

二、排土机沿着煤台阶坡顶边接受由单斗挖掘机→移动式破碎站→转载机传递过来的剥离物料向前走行，边将剥离物倒堆至内排土场采空区，进行不间断的作业；

三、当一个采掘带剥离倒堆作业完成后，单斗挖掘机-移动式破碎站-排土机组成的剥离半连续倒堆工艺再重新返回剥离台阶的中部重新开切口，倒堆开采下一个采掘带，倒堆开采剥离台阶的左侧部分，至左端帮后，随后返回至中部，接着倒堆开采剥离台阶的右侧部分，至右端帮；以此循环往复。

本发明所述的一种露天煤矿剥离半连续倒堆工艺，剥离半连续倒堆工艺工作面超前于采煤工作面；剥离半连续倒堆工艺工作面与采煤工作面呈追踪状；之间的追踪距离保持在200 m左右。

本发明所述的一种露天煤矿剥离半连续倒堆工艺，采煤开拓运输系统布置在露天煤矿的内排土场，出入沟设置在内排土场中部。不在采煤台阶上设置运煤出入沟，便于排土机沿着煤台阶坡顶进行倒堆作业，不出现排土机沿着煤台阶坡顶进行倒堆作业时需跨越运煤出入沟造成的作业困难问题。

本发明所述的一种露天煤矿剥离半连续倒堆工艺，最下部水平端帮部位的煤台阶与2～3岩石剥离台阶合并，取消内排汽车运输平台，组成 ＜ 70 m的端帮合并台阶，回收端帮煤。采用汽车运输内排时，内排汽车从工作帮去内排土场要在两侧端帮设置运输平台，占用两侧端帮的平台宽度，采用本发明的露天煤矿剥离半连续倒堆工艺后，取消内排汽车运输，不设运输平台。所以，可以回收相应部位的端帮煤。

本发明所述的一种露天煤矿剥离半连续倒堆工艺，单一台阶作业时，台阶高度 12m～16 m；组合台阶作业时，台阶高度 20 m～32 m。采掘带宽度 30 m～80 m。排土机站立中心距台阶坡顶线安全距离10 m～20 m。

本发明所述的一种露天煤矿剥离半连续倒堆工艺，所述的排土机可以是普通排土机，也可以是连接桥式排土机，连接桥式排土机是去除普通排土机的平衡臂及配重，卸料臂相对于中间连接桥不进行左右回摆转动，卸料方向调整靠机体摆动实现。

本发明所述的一种露天煤矿剥离半连续倒堆工艺，所述的连接桥式排土机由受料臂、中间连接桥、卸料臂、支架、回转平台、履带走行部组成。受料臂、中间连接桥、卸料臂采用桁架结构，内置带式输送机。中间连接桥桁架架设在两个支撑的支架上，与支架铰接，每个支撑由支架、回转平台及履带走行部组成，中间连接桥桁架相对于支架可上下转动；受料臂与中间连接桥铰接，可上下转动；卸料臂与中间连接桥铰接，可上下转动，为悬吊式结构，采用钢丝绳斜拉；所述的两个支架，其中一个支架可围绕另一个支架回转；所述的两个支架相对于中间连接桥桁架可以扭转。连接桥式排土机可前后、左右、上下调整作业位置。

卸料臂相对于中间连接桥不进行平面回摆。卸料臂相对于中间连接桥可上下转动，以适应不同的排弃高度；卸料臂的力矩平衡通过中间连接桥实现，中间连接桥可左右可转动，以便调整不同的站立方向。连接桥式排土机只朝前方排土，若需斜向排土时，调整机体站立方向。

本发明所述的一种露天煤矿剥离半连续倒堆工艺，单斗挖掘机、移动式破碎站、排土机的设备线性规格尺寸及能力根据具体露天煤矿的工作线长度、推进速度、煤层赋存厚度、采掘带宽度、沟底宽度、开采台阶高度、排土机站立中心距台阶坡顶线安全距离、煤台阶坡面角、物料松散系数、自然安息角等因素，用图解法确定。

本发明所述的一种露天煤矿剥离半连续倒堆工艺深凹露天煤矿是指覆盖层厚度＞ 60 m内排开采的露天煤矿。

有益效果

本发明提供的一种露天煤矿剥离半连续倒堆工艺，目的是对深凹露天煤矿最下部水平煤层顶板岩层的剥离，通过由单斗挖掘机-移动式破碎站-排土机组成的开采工艺系统，将剥离物直接排至露天煤矿的内排土场。解决深凹露天煤矿最下部水平剥离台阶采用单斗挖掘机-汽车工艺，采用汽车运输产生的运费问题，降低露天煤矿开采成本。

本发明提供的一种露天煤矿剥离半连续倒堆工艺，采煤开拓运输系统布置在内排土场后，可以避免采煤出入沟对本发明露天煤矿剥离半连续倒堆工艺作业的影响；将煤层顶板的剥离台阶分成左右两部分后，可以避免本发明露天煤矿剥离半连续倒堆工艺作业对采煤生产的影响。相互间可以保持空间差和时间差，避免相互影响。

本发明提供的一种露天煤矿剥离半连续倒堆工艺与单斗挖掘机-汽车工艺相比，由于挖掘机不存在欠车、供车率不足、停车不到位、入换时间长等因素，能力会更高。挖掘机配合移动式破碎站作业，生产能力可以提高 50% ～ 80%。

附图说明

图1 是本发明一种露天煤矿剥离半连续倒堆工艺系统布置示意图；

图2 是本发明剥离倒堆与采煤系统追踪开采左侧示意图；

图3 是本发明剥离倒堆与采煤系统追踪开采右侧示意图；

图4 是本发明组合台阶不留沟宽采宽带工艺系统布置示意图；

图5 是本发明组合台阶不留沟正常采宽工艺系统布置示意图；

图6 是本发明大夹矸层剥离半连续倒堆工艺系统布置示意图；

图7是本发明连接桥式排土机结构示意图；

图中：1－单斗挖掘机，2－移动式破碎站，3－转载机，4－排土机，5－端帮，6－坑底，7－剥离半连续倒堆工艺工作面，8－采煤工作面，9－内排土场，10－出入沟，11－采煤开拓运输系统，12－煤台阶坡面，13－连接桥式排土机，13-1－受料臂，13-2中间连接桥，13-3－卸料臂，13-4－支架，13-5回转平台，13-6－履带行走部，13-7－钢丝绳。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围：

如图1 、如图 2所示，对深凹露天煤矿最下部水平煤层顶板覆盖层的剥离物，通过单斗挖掘机1采装后→进入移动式破碎站2→由移动式破碎站2及转载机3→进入排土机4→将煤层顶板的剥离物直接排入露天煤矿的内排土场9。不需要运输设备。

排土机4沿着煤台阶坡顶边接受由单斗挖掘机1、移动式破碎站2、转载机3传递过来的剥离物料向前走行，边将剥离物倒堆至内排土场9采空区。

如图2 、如图 3所示 ，将煤层顶板的剥离台阶分成左右两部分，剥离半连续倒堆工艺工作面7与采煤工作面8呈追踪状。剥离半连续倒堆工艺工作面7超前于采煤工作面8，之间的追踪距离保持在200 m左右。剥离半连续倒堆工艺先倒堆开采剥离台阶的左侧部分，至左端帮5后，返回至中部，接着倒堆开采剥离台阶的右侧部分至右端帮5后，再返回中部，重新开切口，倒堆开采下一个采掘带剥离台阶的左侧部分，循环往复。采煤工作面8跟随剥离半连续倒堆工艺工作面7作业，过程相同。

如图2、如图3所示，采煤开拓运输系统11布置在露天煤矿的内排土场9，出入沟10设置在内排土场9中部。不破坏煤台阶坡面12，以保持排土机4能够靠近台阶坡顶走行内排作业。

采煤开拓运输系统11布置在内排土场9，避免采煤出入沟布置在采煤台阶上对本发明提供的露天煤矿剥离半连续倒堆工艺作业的影响；将煤层顶板的剥离台阶分成左右两部分后，可以避免本发明的露天煤矿剥离半连续倒堆工艺作业对采煤生产的影响，保持时空差，避免相互干扰。

如图 7 所示，排土机4可以是普通排土机，也可以是连接桥式排土机13。连接桥式排土机13是去除普通排土机的平衡臂及配重，卸料臂相对于中间连接桥不进行左右回摆转动，卸料方向调整靠机体摆动实现。

连接桥式排土机由受料臂13-1、中间连接桥13-2、卸料臂13-3、支架13-4、回转平台13-5、履带走行部13-6组成。受料臂13-1、中间连接桥13-2、卸料臂13-3采用桁架结构，内置带式输送机。中间连接桥13-2桁架架设在两个支撑的支架13-4上，与支架13-4铰接，每个支撑由支架13-4、回转平台13-5及履带走行部13-6组成，中间连接桥13-2桁架相对于支架可上下转动；受料臂13-1与中间连接桥13-2铰接，可上下转动；卸料臂13-3与中间连接桥13-2铰接，可上下转动，为悬吊式结构，采用钢丝绳13-7斜拉。所述的两个支撑，其中一个支撑可围绕另一个支撑回转；所述的两个支撑相对于中间连接桥桁架可以扭转。连接桥式排土机13可前后、左右、上下调整作业位置。

卸料臂13-3相对于中间连接桥13-2不进行平面回摆。卸料臂13-3相对于中间连接桥13-2可上下转动，以适应不同的排弃高度；卸料臂13-3的力矩平衡通过中间连接桥13-2实现，中间连接桥13-2可左右可转动，以便调整不同的站立方向。连接桥式排土机只朝前方排土，若需斜向排土时，调整机体站立方向。

连接桥式排土机13排弃的剥离物不需要平整，因为设备不在上面走行。所以，不需要卸料臂回转，不设卸料臂回转驱动装置，可去除配重等，简化设备机构配置和功能，减轻设备重量，增强目标功能。中间连接桥13-2可作为卸料悬臂13-3的力矩平衡臂。

本发明所述的露天煤矿剥离半连续倒堆工中的单斗挖掘机1、移动式破碎站2、排土机3设备线性规格尺寸及能力根据具体露天煤矿的工作线长度、推进速度、煤层赋存厚度、采掘带宽度、沟底宽度、开采台阶高度、排土机站立中心距台阶坡顶线安全距离、煤台阶坡面角、物料松散系数、自然安息角等因素，用图解法确定。

深凹露天煤矿是指覆盖层厚度 ＞ 60 m内排开采的露天煤矿。

如图1 、如图4、如图5、如图6所示 ，单一台阶作业时，台阶高度 12 m～16 m；组合台阶时，台阶高度 20 m～32 m。采掘带宽度 30 m～80 m。排土机站立中心距台阶坡顶线安全距离10 m～20 m。

如图 1所示，露天煤矿坑底6留沟，采掘带宽度 80 m，煤层厚度 30 m，剥离组合台阶高度 15 + 15 m，端帮合并台阶高度60 m，沟底宽度 40 m，排土机站立中心距台阶坡顶线安全距离20 m，排土机悬臂倾角15°，煤台阶坡面角70°，物料松散系数取1.3，自然安息角取40°时，卸料臂长度为 140 m。

如图 2、如图 3所示，最下部水平端帮5部位的煤台阶与2～3岩石剥离台阶合并，取消内排汽车运输平台，组成 ＜ 70 m的端帮5合并台阶，回收端帮5煤。采用汽车运输内排时，内排汽车从工作帮去内排土场要在两侧端帮5设置运输平台，占用两侧端帮5的平台宽度，采用本发明的露天煤矿剥离半连续倒堆工艺后，取消内排汽车运输，不设运输平台。所以，可以回收相应部位的端帮煤。

按煤层厚度 30 m，原设置内排汽车占用的运输平台宽度40 m ，2 侧端帮，工作帮年推进速度 300 m/a，煤容重1.3 t/m³，回采率 90% 考虑，每年可多回收相应部位的端帮煤 84.24 万吨/a （30×40×2×300×1.3×0.9）。

如图 4所示，露天煤矿坑底6不留沟，采掘带宽度 80 m，煤层厚度 30 m，剥离组合台阶高度 15 + 15 m，排土机站立中心距台阶坡顶线安全距离20 m（与同上）时，卸料臂长度为 100 m。

如图 5所示，露天煤矿坑底6不留水沟，采掘带宽度 40 m，煤层厚度 30 m，剥离组合台阶高度 15 + 15 m，排土机站立中心距台阶坡顶线安全距离20 m时，卸料臂长度为 90m。

如图 6所示，利用已购的移动式破碎站、排土机、转载机等，将这些闲置设备利用起来，采用本发明露天煤矿剥离半连续倒堆工艺，剥离大夹矸层内排。如平朔东露天煤矿、白音华2号露天煤矿、白音华3号露天煤矿、黑岱沟露天煤矿（排土机、转载机）等。按夹矸层台阶高度（厚） 5 m，煤层厚度 5 m，沟底宽度 12 m，采掘带宽度 40 m，排土机站立中心距台阶坡顶线安全距离10 m时，卸料臂长度需为 50 m。

黑岱沟露天煤矿、哈尔乌素露天煤矿、宝日希勒露天煤矿、安太堡露天煤矿、安家岭露天煤矿、平朔东露天煤矿、伊敏河露天煤矿、神华北电露天煤矿、白音华矿区的1号露天煤矿、2号露天煤矿、3号露天煤矿、4号露天煤矿，霍林河矿区的南露天煤矿、北露天煤矿、扎哈淖尔露天煤矿，以及新疆神新公司的准东露天煤矿、红沙泉一号露天煤矿、黑山露天煤矿等，新疆天池能源公司的南露天煤矿、将军一号露天煤矿、将军二号露天煤矿等正在进行内排开采的30余座千万吨级的露天煤矿，全部都是采用单斗挖掘机-汽车工艺内排，年产煤炭规模达7亿吨以上，都具备采用本发明露天煤矿剥离半连续倒堆工艺的条件和需求。

按1200万

/a工程量考虑。采用单斗挖掘机-汽车工艺需 2 台单斗挖掘机、12 辆汽车（每台单斗挖掘机配 6 辆汽车），采用露天煤矿剥离半连续倒堆工艺不需要汽车，12辆汽车可全部免除，由于单斗挖掘机能力提高，原来需配置的2台单斗挖掘机减少 0.5 台考虑。

采用本发明提供的露天煤矿剥离半连续倒堆工艺一台排土机的价格约1.5 亿元，一台移动式破碎站的价格约1 亿元，一台转载机价格约0.5 亿元。由此，一套本发明提供的露天煤矿剥离半连续倒堆工艺系统设备购置费约需3 亿元左右。用本发明提供的露天煤矿剥离半连续倒堆工艺取代单斗挖掘机-汽车工艺，可节省汽车购置费 3.24 亿元 （12 ×2700）、节省单斗挖掘机购置费 0.5 亿元（按 0.5 台考虑）。合计可节省设备购置费 3.74亿元。设备追加投资约为 - 0.74亿元（3 - 3.74）。即，不但不需要增加设备投资，而且还可以节省 0.74 亿元。

按单位破碎运营成本（包括：电费、材料、维修、司机工资。不包括设备折旧、管理费及其它间接成本或分摊成本等） 0.5 元/

、排弃运营成本 0.7 元//>

、汽车岩石短距离运营成本 6.5 元//>

（参考外包单价） 考虑，每立米可节约成本约 5.3 元//>

（6.5 -0.5 - 0.7）。每年可节约运费约 6360 万元（1200 × 5.3）。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种露天煤矿剥离半连续倒堆工艺，其特征在于：在深凹内排开采的露天煤矿最下部水平煤层顶板的剥离台阶上，布置由单斗挖掘机、移动式破碎站、转载机、排土机组成剥离半连续倒堆工艺；通过半连续倒堆工艺将煤层顶板的剥离物直接排入露天煤矿的内排土场；该半连续倒堆工艺作业步骤如下：

一、将煤层顶板的剥离台阶以水平正视面分成左、右两部分，在剥离台阶的中部开切口，先倒堆开采剥离台阶的左侧部分，至左端帮后，随后返回至中部，接着倒堆开采剥离台阶的右侧部分，至右端帮；

二、排土机沿着煤台阶坡顶边接受由单斗挖掘机、移动式破碎站、转载机传递过来的剥离物料向前走行，边将剥离物倒堆至内排土场采空区，进行不间断的作业；

三、当一个采掘带剥离倒堆作业完成后，单斗挖掘机、移动式破碎站、转载机、排土机组成的剥离半连续倒堆工艺再重新返回剥离台阶的中部重新开切口，倒堆开采下一个采掘带，倒堆开采剥离台阶的左侧部分，至左端帮后，随后返回至中部，接着倒堆开采剥离台阶的右侧部分，至右端帮，以此循环往复。

2.根据权利要求1所述的一种露天煤矿剥离半连续倒堆工艺，其特征在于：剥离半连续倒堆工艺工作面超前于采煤工作面；剥离半连续倒堆工艺工作面与采煤工作面呈追踪状，剥离半连续倒堆工艺工作面与采煤工作面之间的追踪距离保持在200 m左右。

3.根据权利要求1所述的一种露天煤矿剥离半连续倒堆工艺，其特征在于：采煤开拓运输系统布置在露天煤矿的内排土场，出入沟设置在内排土场中部。

4.根据权利要求1所述的一种露天煤矿剥离半连续倒堆工艺，其特征在于：最下部水平端帮部位的煤台阶与2～3岩石剥离台阶合并，组成 ＜ 70 m的端帮合并台阶，回收端帮煤。

5.根据权利要求1所述的一种露天煤矿剥离半连续倒堆工艺，其特征在于：单一台阶作业时，台阶高度 12 m～16 m；组合台阶作业时，台阶高度 20 m～32 m；采掘带宽度 30 m～80 m；排土机站立中心距台阶坡顶线安全距离10 m～20 m。

6.根据权利要求1所述的一种露天煤矿剥离半连续倒堆工艺，其特征在于：所述的排土机为连接桥式排土机，连接桥式排土机包括受料臂、中间连接桥、卸料臂、支架、回转平台、履带走行部；

所述履带走行部上设置回转平台及支架；所述受料臂、中间连接桥、卸料臂均采用桁架结构，内置带式输送机；

所述中间连接桥的桁架架设在两个支架上且与每个支架铰接，

中间连接桥桁架相对于支架可上下转动；受料臂与中间连接桥铰接，可上下转动；卸料臂与中间连接桥铰接，可上下转动，为悬吊式结构，采用钢丝绳斜拉；所述的两个支架，其中一个支架可围绕另一个支架回转；所述的两个支架相对于中间连接桥桁架可以扭转；连接桥式排土机可前后、左右、上下调整作业位置。

7.根据权利要求1所述的一种露天煤矿剥离半连续倒堆工艺，其特征在于：深凹露天煤矿是为覆盖层厚度 ＞ 60 m内排开采的露天煤矿。

Images