李 伟，曹 慧，陈培祥，刘 刚

（1.华能伊敏煤电有限责任公司 露天矿，内蒙古 呼伦贝尔 021134；2.华能内蒙古东部能源有限公司，内蒙古 呼伦贝尔 021000）

伊敏露天矿2014 年开始通过扇形转向方式进行二、三采区过渡，2021 年年初剥离工作面已全部进入三采区，采区下部主采16#煤层。扇形转向相比基建拉沟，人工、机械、材料、管理等成本降低，同时剥采比控制在了经济可行范围内。在扇形转向过渡期间，伊敏露天矿也面临着剥离运距增加、内排空间受限等问题。为此，围绕转向期间采、排推进度关系，通过对采煤半连续系统工作线进行优化，即通过在半连续工艺系统原1#主运输带式输送机上增设1条垂直的3#带式输送机，实现采煤工作线推进方向90°转向的采矿技术方法（“L”形工作线）改变主采煤层主推进方向，彻底解决上述问题。

1 工程概况

伊敏露天矿采区下部主采煤层为16#煤，分为上分、主采、下分台阶，其中上分台阶由单斗-卡车间断工艺采掘相对灵活，半连续工艺系统负责主采与下分台阶，承担着900 万t/a 煤炭生产任务，半连续工艺系统流程主要设备为35 m3电铲-破碎机-A型转载机-1#工作面带式输送机-驱动头站-B 型转载机组成，其中1#带式输送机为主运输带式输送机。2014 年伊敏露天矿开始扇形转向过渡，随着过渡逐渐深入，剥离工作面现已全部进入三采区，主要16#煤层位于采区最下部最后进入三采区，半连续系统工作线因布置特殊性造成了提前进入三采区的剥离物运距逐渐增加，半连续工作线推进方向与三采区剥离推进方向达到90°，造成内排空间受限进而影响了边坡总体稳定性。因此需要对半连续工艺系统进行采矿设计优化，以化解转向期间采矿时空推进关系。

1）半连续系统运行稳定性。伊敏露天矿在二采区向三采区转向过渡期间，地质条件的变化出现了采区西南轴部区域煤层底板逐渐变深煤层变厚，东南煤层露头区域煤层底板逐层抬起煤层倾斜角度逐渐增大情况。同时半连续系统1#工作面带式输送机布置方向偏主采煤层倾向布置，采取技术措施虽能够保持半连续系统带式输送机布置及设备作业坡度不超过允许值，但1#工作面带式输送机仍存在近1 000 m的倾斜布置区域，不利于电缆料斗车安全运行同时影响采掘效率与设备站立行驶安全。

2）边坡稳定性。扇形转向期间，转向过渡期间轴部区域10 年内存在局部边坡长期暴露。而转向轴部区域，存在F8、F48断层并伴随褶曲构造，加上原岩台阶薄煤层、弱层较多，边坡稳定性存在一定隐患；同时，转向轴部区域推进度相对较小虽满足设计边坡角但相对工作帮边坡角仍处于陡峭状态，需要时刻进行实时边坡监测系统与现场踏勘方式确保边坡稳定性。扇形转向过渡末期，半连续工艺系统转向推进度相比剥离工作面推进度滞后，造成内排土场推进度受限；同时内排土场局部处于长期裸露状态，缺少局部支撑，内排土场边坡稳定性存在一定风险。

3）内排空间接续受限。内排空间受限一方面是在扇形转向末期，由于半连续系统工作面带式输送机长度长、推进度小，排土容量空间释放小于年度总剥离，内排总排土空间受限，导致内排土场的空间释放受限；另一方面，由于内排土场缺少对角互相支撑，为保证边坡稳定，内排土场边坡角保持稳定状态，将进一步影响内排空间释放。

4）运输能力受限。因半连续工艺系统的布置及扇形转向过渡，伊敏露天矿运输系统主要集中在绕帮运输半环形干线，剥离物料由工作帮、端帮绕行进入内排土场。进入转向转向过渡末期，剥离推进方向与采煤推进方向的严重不匹配造成剥离运距进一步增加、升降台阶提升高程显著增加，造成运输能力受限。

2 扇形转向优化方式

依据采矿设计与现场实践，解决剥离、采煤、内排时空关系推进过程中受限问题，解决问题的本质是改变半连续系统整体推进方向进行优化。优化的实施方式为采取半连续系统主采煤层16#煤，推进方向由沿走向布置工作线倾向推进变更为沿倾向布置工作面走向推进，改变采煤工作线角度实质是改变转向过渡时期半连续系统工作线与煤层倾向间的夹角[1-2]，在平行于倾向上增设1 条垂直于原1#带式输送机方向的3#工作面带式输送机，形成“L”形工作线，1#带式输送机由主运输带式输送机变更为辅助运输带式输送机，增设的3#带式输送机作为主运输带式输送机服务半连续工艺系统，半连续系统沿走向布置1#工作面带式输送机，采矿推进方向为沿1#带式输送机走向推进。初期3#带式输送机布设长度为450 m，1#带式输送机运输长度超过1 000 m，实现推进工作线长度由1 000 m 降为450 m，极大的提高采矿推进速度。半连续工艺系统的优化实现了推进方向的质变：①解决了半连续采煤工艺系统扇形转向过渡过程中遭遇的断层、不对称向斜以及煤层露头区等构造带的地质和开采条件复杂的问题[3]，半连续系统稳定性增加；②半连续推进工作线长度降低推进度变快增加了内排总体空间；③推进方向的质变实现了运输干线运距的缩短，解决了运输能力受限；④内排空间的增加实现了边坡稳定性总体提升。

3 扇形转向转向优化实践效益

1）推进方向更加优化。半连续工艺系统16#煤层主采台阶增设3#带式输送机工作面调整推进方式后，16#煤层推进上实现超前转向，内排排土推进方式由单一南帮内排调整为南帮、东帮内排相结合，同时在内排边坡稳定安全互补上，运距及时调整上、内排空间调节释放上均达得到了可靠保障。优化前后采煤及排土工作线如图1。

图1 优化前后采煤及排土工作线

2）半连续系统运行稳定性得到提升。由于半连续系统主采台阶3#带式输送机的投入使用，二、三采区用时10 年的转向期得到缩短，2021 年主采16#煤将提前进入三采区，相比原计划提前3 年。同时，原有的西端帮带式输送机系统可以提前进行置换。置换后，2021 年即可再次对转向轴部区域进行推进，增加轴部区域的平盘宽度，减缓帮坡角。

3）内排土场更加稳定。半连续系统主采台阶3#带式输送机的投入，加快了采煤工作面的推进速度，使主采煤层采煤工作线超前转向完成，使内排土场东帮能够提前投入使用。东帮内排土场逐步推进，与南帮内排土场共同形成了“内凹式”的排土场模型，这种排土场模型下，内排土场边坡相互支持相互促进且没有突出点，边坡无盲区无不稳定区域，同时两帮排土场互相支撑，总体提高边坡稳定性，将内排土场的边坡角进一步加大，提高内排土场边坡角度1.2°。

4）内排空间得到大面积释放。采区16#煤层采煤工作线超前转向完成后，一方面东帮内排土场超前投入使用，较原计划提前2 年；另一方面，内排土场稳定性的提高，可以适当增加内排土场边坡角，进一步释放内排空间。半连续系统优化后实现的超前转向实现了超前使用内排土场空间增加2 500 万m3并随着推进速度的增加持续扩大，极大缓解了内排土场的压力，确保了生产接续稳定。同时内排土场东帮的超前投入，确保了上部全连续工艺系统排土布置得到正常释放，间接为全连续工艺系统达产创造了条件。

5）运输系统经济效益提升。转向过渡期间，根据排卸的数量及位置不同，按照这些特点寻找最优的运输路径，缩短运输运距，减少成本[4]。扇形转向过渡期间半连续系统优化布局后生产接续方式产生了新的排土运输系统，即靠直线型运输系统，东帮剥离运输车辆全部沿靠帮运输公路进入排土场[5]。原有剥离运输线路是采场-北帮-东帮-南帮的绕帮行驶，而主采16#煤层采煤工作线超前转向完成后，东帮内排土场能够提前投入使用，部分剥离物料可以通过东帮进行调节，极大缩短了运输距离。据生产统计，部分运输距离年均缩短400 m，降低了运行成本，增加了剥离效率及运输维护成本。同时3#工作面带式输送机的投入，使1#工作面带式输送机转为纯运输带式输送机，2022 年之前无需进行移设，具备在带式输送机上部架设桥涵的条件并与2021 年3 月成功实现底板跨带式输送机桥涵的通车。伊敏露天矿计划架设承载400 t 的钢结构桥涵后，底部夹矸台阶的部分剥离物料可以直接通过桥涵运输至南帮内排土场，减少了提升高程，预计总通过量200万m3/月，这部分物料运距可以缩短800 m，按照2018 年剥离成本3.1 元/（m3·km）核算，可以降低成本近500 万元。

4 采煤半连续系统优化后系统后续技术措施

3#带式输送机架设成功解决了剥离推进与采煤推进度的不平衡问题，使得端帮运输系统运距优化及内排土空间释放的总体布局能够在未来推进过程中更加平稳过渡。同时，推进方式上的质变缓解了当下采排时空关系衍生出来的系列问题，采矿技术的升级优化需一并统筹预测后期困难的出现及研究解决思路。

“L”形工作线布置后将面临的技术难题及解决措施如下：

1）内排土场东帮底板顺倾。“L”形工作线成功实现变革了内排土场的排土方向，缓解了内排空间紧张，但同时在推进方向上东帮底板倾向性顺倾保边坡稳定性技术措施将提前实施。底板顺倾排土治理方法的技术手段是保障东端帮稳定的基础。2021 年开始沿排土推进方向上出现顺倾，倾角为5%，年度降深达到20 m，持续期为2 年，随着降深的增加，为满足半连续工艺系统的稳定性要求，取消上分台阶，单斗卡车工艺间断系统调整至半连续系统下分下部，同时排土场边坡稳定性将受到严峻考验。解决排土场底板稳定基本原理基底物料的内摩擦角大于边坡的内摩擦角；酌情采用反向排土分层碾压工艺，通过在潜在滑坡体前缘抗滑段及其以外回填土石，主动减少边坡临空面范围、增大抗滑力，从而降低边坡沿顺倾基底发生顺层滑动的可能性[6－8]。

2）底板疏干水难度加大。在半连续系统推进方向上，2021—2022 年进入16＃轴部区域最终处（煤层最终处），降水标高由525 m 水平直接至底板标高503 m，特别是2021 年降深将超过18 m，降深深度与水量相比增加。疏干降深效果直接影响半连续系统采掘及下分台阶的单斗工艺含水煤倾斜采掘效率，成为制约采矿、排土的关键因素。伊敏露天矿采取独创煤层顶板明排13 口疏干井与底板防洪系统相结合方式同时疏干，针对超降防洪系统同时兼顾夏季防汛与全年全周期疏干排水工作，同时实验大口径明排疏干代替传统明渠挖沟，进一步提高抽水效果与能力，并时刻跟踪单孔疏干水量与周边水位、水量情况，进一步研究疏干漏斗影响范围，实现超前降水解决1＃工作面带式输送机南北两侧降深。

3）运输系统提升高程增加。随煤层顺倾底板降深，单斗－卡车将由上分台阶逐渐过渡到半连续下分台阶下部及1＃辅助带式输送机南侧排土场区域，届时采煤运距与提升高程进一步增加，底板采煤区与端帮剥离运输干线的交叉安全问题更是技术管控的难点。通过1＃带式输送机400 t 桥涵的架设能够解决底板煤回收－桥涵－一破的近运距卸载问题，通过端帮剥离运输系统分流，实现半连续下分台阶分流至1＃、2＃、3＃破碎站，运输交叉减少，提升了运煤与剥离运输之间的安全性。

5 结语

通过采煤半连续系统优化实践，伊敏露天矿顺利实现了半连续系统的工作线适时转向，完成了二采区向三采区的超前过渡。采区最下部16＃煤层半连续作业工作面成功实现“L”形工作线布置，成功解决了半连续系统不稳定、内排空间受限、排土场边坡风险、运距高程增加等现实难题，同时对边坡安全稳定性有较大提升。在“L”形工作线成功布设后，实现采剥、内排总体推进度均衡，针对后期预判问题落实了相关解决措施，巩固了伊敏露天矿扇形转向末期的采矿基础，同时为国内相似矿山提供了宝贵的借鉴经验。