胡存虎 罗怀廷，2

（1.哈尔乌素露天煤矿，内蒙古自治区准格尔市，010300；2.中国矿业大学矿业工程学院，江苏省徐州市，221116）

根据露天采矿设计理论可知绕端帮内排运输需要设定端帮运输通道，势必造成设计帮坡角减小，引起补充扩帮量，由此造成汽车的运距长，运输成本增加，而且由于最下部水平的运输通路造成压煤，影响开采的经济效果。因此，考虑在下部水平采用中间搭桥运输系统，以减少运距和扩帮量，实现矿山经济效益最大化。

1 哈尔乌素露天矿概况

准格尔煤田位于内蒙古自治区鄂尔多斯市准格尔旗东部，哈尔乌素露天矿位于薛家湾镇。哈尔乌素露天矿区煤田被约30m 厚黄土所覆盖。矿田可采原煤储量17.1亿t，煤层平均厚度为21.01 m，全矿平均剥采比为6.626 m3／t，设计服务年限79a，首采区服务年限32a。首采区设计服务年限达27a，平均剥采比3.96 m3／t，基建工程量86.00mm3。

哈尔乌素露天矿区共含煤12层，其中6＃煤层为主要可采层，属较稳定煤层，其自然厚度0.40～39.54m，平均为21.01m，6＃煤层储量占露天矿全部可采储量的80%。哈尔乌素露天矿是大型露天煤矿，产量达3500 万t／a，推进度为400m／a，首采区采取沿走向布置工作线，全区自西向东纵采。工作线长度为2000 m。上部剥离台阶采取水平分层，多排孔微差爆破，北端帮实现靠帮开采。

2 中间搭桥主要参数

（1）桥面宽度。桥面宽度根据汽车运输所需要的宽度，汽车运输道路宽度：

式中：Bd——汽车运输道路宽度，m；

Bc——两辆汽车交车时的安全距离，m；

Bs——汽车离边坡的安全距离，m；

Lc——汽车的车体宽度，m。

（2）搭桥的坡面角。搭桥的坡面角主要取决于剥离物的自然安息角，则：

式中：θ——搭桥的坡面角，（°）；

θa——搭桥剥离物的自然安息角，（°）。

（3）搭桥长度。搭桥桥面的长度是由搭桥高度、坑底宽度决定，计算式：

式中：Lb——搭桥长度，m；

hi——搭桥高度，m；

α——采场工作帮帮坡角，（°）；

β——排土工作帮帮坡角，（°）。

（4）桥的高度。搭桥最高水平位置的设置涉及物料垂直方向的运输，同时工程量的大小也影响搭桥高度的设置。搭桥水平高度越高，剥离物的运距会减小，尤其是在接近地表的台阶水平，但搭桥费用越高；搭桥水平高度越低，搭桥费用越少，剥离物的运距越大，这样就有一个最优的水平位置，以搭桥高度hi为自变量，费用S 为变量，绘制费用的变化趋势，见图1。

图1 搭桥费用和运输费用关系

为求得A 点位置，则取搭桥可以得到的经济效益为目标函数，搭桥高度为自变量，搭桥可以得到的经济效益为：

式中：Sd——搭桥可以获得的经济效益，元；

Sy——搭桥节省的运输费用，元；

Sdq——搭桥费用，元；

b——剥离物的吨公里运费，元／m3·km；

r——搭桥单位工程量的费用，元／m3；

ΔD——减小的内排运距，m；

P——搭桥的工程量，m3。搭桥高度为hi，排土台阶数为n，因此搭桥高度的范围 ｛h1，h2，…hn｝，则搭桥工程量为：

式中：P——搭桥工程量；

B——搭桥底部宽度，m；

φ——搭桥边坡的角度，（°）。

从搭桥上通过的剥离物量为：

减小的内排运距：

式中：Ld——采场最底宽度，m；

Lp——排土场最底宽度，m；

x——搭桥以下重心高度。

得：

根 据 式 （10），求 得hi，由 于hi∈｛h1，h2，…hn｝，若有hj≤hi≤hk，需要求得Sd（hj）和Sd（hk），然后比较两个值的大小。

（1）如果Sd（hj）≥Sd（hk），则取搭桥设置高度hj；

（2）如果Sd（hj）≤Sd（hk），则取搭桥设置高度hk。

3 搭桥位置的选择

3.1 桥体平面位置的选择

根据边坡稳定性分析，后期北帮+1085 运输平台进行陡帮开采，故+1085以下的剥离物通过采场中部土桥运往排土场。如图2所示建立直角坐标系，取+1085m 运输平盘为Y 轴，采场底部+990m 平盘 （煤层底板）为X 轴。

图2 采场示意图

采场+1085m 水平的开采台阶和排土台阶简化图如图3所示，则排弃土岩从开采台阶到排土台阶运输距离：

即：

式中：x——南端帮开采台阶到搭桥的距离，m；

y——北端帮开采台阶到搭桥距离，m；

m——南端帮排土台阶到搭桥的距离，m；

n——北端帮排土台阶到搭桥距离，m；

A——桥长，与内排空间有关，m；

（x+y）——开采台阶工作线长度，此后开采过程中基本保持不变，m；

（m+n）——排土工作线长度，此后开采过程中也基本保持不变，m。

由此得出，搭桥后内排运距基本保持不变。考虑到搭桥两次排土运距的有效均衡，故将桥体设置在靠近开采台阶和排土台阶中间位置。

图3 开采台阶和排土台阶简化图

3.2 桥体空间位置的选择

选取采场空间某一截面，建立如图4所示桥体空间位置计算模型：

图4 桥体空间位置

图中：α——内排土场边坡角，（°）；

β——工作帮帮坡角，（°）；

h1——煤层厚度，m；

h2——工作帮台阶总高度，m；

h3——排土台阶总高度，m；

x——排土台阶桥头离内排土台阶坡脚距离，m；

y——排土台阶桥头离排土台阶坡顶线距离，m；

a——工作帮桥头离煤面倾斜坡面距离，m；

b——工作帮桥头离工作帮坡顶线距离，m。

规定工作帮每个剥离台阶产出岩石排弃到相应排土台阶。则岩石排弃的加权平均运距：

式中：ni——煤层上部第i个剥离台阶的岩石产出量，m3。

若不考虑重车、轻车、上坡和下坡能量的转化，由式 （13）可以估算出桥体搭接在工作帮 （a+b）／2位置和非工作帮 （x+y）／2 位置附近运距最小。

4 搭桥方案

根据采场现有情况，采场和排土场连接桥的搭接方案有两种。

4.1 沿6＃煤层顶板水平搭桥方案 （方案一）

采场中部剖面如图5所示，工作帮已开采6＃煤层底板水平+980m，煤层平均厚度30m，煤面水平+1010 m，内排土台阶下部水平选取+1030 m，采用在+1010 m 水平到+1030 m 水平搭桥。桥体水平距离327.15m。同时，工作帮+1010 m水平以上的运输道路可以继续使用。排弃的岩石通过水平桥到达排土场+1030 m 水平以后继续向更高水平，运输排弃过程中需要在排土台阶直接修筑斜坡道才能到达更高水平排弃台阶进行排弃。

图5 采场中部搭桥位置

中部搭桥方案优缺点：

（1）可以在两端帮进行陡帮开采时保持土岩排弃通路的畅通，可以保证矿山生产正常进行。

（2）在矿岩运输过程中，因为土岩运输车辆在煤层顶板经过，较大限度地减少了其长时间接触煤层的机会，降低了土岩运输对煤质的影响。

（3）在进行土岩运输时，能在较大程度上减少土岩绕端帮时的运输距离。

（4）桥体将原来一个采煤工作面分割为两侧。因此，随着矿山工程的进行，两侧的煤炭要设立独立的运输通路进行运输。

（5）由于桥面位于较低水平 （+1010 m～+1030m），而煤层上部岩石台阶从+1010m 水平到+1085m 水平 （+1085m 水平以上的矿岩通过北帮+1085 m 运输平盘排弃）需要通过搭桥排弃，故会引起一部分反高程运输，增加了运输成本。

（6）桥体的土岩会造成二次剥离，需要支付额外的费用。

4.2 工作帮不动，内排台阶修筑斜坡道进行内排（方案二）

6＃煤层顶板以上需要排弃的岩石通过位于工作帮的运煤移动坑线向坑底运输，运输到+980m的煤层底板后，通过位于内排土台阶上的斜坡道爬升到较高水平进行排弃。

此方案的优点不需在坑底设置土桥，避免了二次剥离，后期端帮+1085m、以及+1055m 运输通道建立之后，可与此方案中的开拓运输系统相配合进行矿岩的运输，由于设立了两套运岩系统，在进行陡帮开采过程中可以实现生产的连续。

缺点为在进行陡帮开采过程中，端帮+1085 m 水平掘断后，所有物料必须全部运到坑底然后再向上运往相应的排土平台，出现了较大的反高程运输，使运输成本显著增加。且坑底空间有限，斜坡道的设置会造成更大的运距。

图6 排土台阶移动线路示意图

4.3 两种方案有关参数对比

将方案一与方案二的特性进行对比，见表1。

表1 两种方案特性对比

由表1看出两个方案各有优劣，需要在方案实施时结合具体的条件进行综合考虑，衡量运量、运能、搭桥工程量对于陡帮开采及煤质的影响，同时要计算方案的具体经济效益。在权衡各个方面的因素之后，选择最优的方案进行实施。

5 结论

（1）以哈尔乌素露天矿为实例，充分考虑到生产实际，建立中间桥模型，确定了露天矿采场搭设中间桥的桥宽、桥长、桥体坡面角、桥高等参数。

（2）提出了能在最大程度上节省汽车运距、减少运输成本及实现靠帮开采的两种下部运输方案，并对两种方案各项特性进行了比对分析。

［1］ 洛中洲.露天采矿学 ［M］.徐州：中国矿业大学出版社，1990

［2］ 杨荣新.露天采矿学 ［M］.徐州：中国矿业大学出版社，1990

［3］ 车兆学.安家岭露天煤矿内排开拓运输系统优化［J］.采矿与安全工程学报，2007 （4）

［4］ 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 （4）

［5］ 周伟，才庆祥，尚涛.大型近水平露天煤矿转向期间开拓运输系统优化研究 ［J］.采矿与安全工程学报，2008（4）