对某露天煤矿废弃采坑回填工艺的研究
[摘 要]国内早期开发的露天煤矿多为倾斜煤层深凹露天矿，开采结束后形成一个巨大的矿坑。回填露天矿坑是解决地质环境灾害的有效措施，但是采用何种技术方案回填露天矿坑是一个技术难题。本文以某露天煤矿废弃采坑为例进行研究，提出了合理的回填工艺。
[关键词]露天煤矿；回填工艺；溜槽
中图分类号：TD 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）14-0051-01
一、工程概况
某露天煤矿历经多年开采，形成一长×宽×深=944×610×150m的凹陷采坑。原铁厂沟露天煤矿废弃采坑存在时间久，采坑深部煤层出露的煤自燃形成火烧区，煤层自燃造成围岩裂隙增加、稳定性降低，对深部的生产矿井造成安全生产隐患。
对露天矿废弃采坑进行回填，回填后可隔绝采坑深部裸露的煤层与空气接触，减少煤层自燃；增加矿井上部覆盖层厚度，降低地表与深部矿井沟通的可能性；回填可降低废弃采坑深度，降低废弃采坑边帮发生滑坡等引发的地质灾害。
二、工艺论述
回填工程与露天矿排土环节相似，因此可参考排土环节作业特点，确定工艺。目前，在露天矿开采中使用的排土工艺方式，按采用的设备可分为：推土犁排土、机械铲排土、推土机排土、带式排土机排土、前装机和铲运机排土等。排土工艺的选择主要取决于采掘、运输工艺设备类型、排弃岩土的性质、要求的排弃能力和排土场位置等。
1、推土机排土
推土机排土分为汽车运输—推土机排土和铁道运输—推土机排土。汽车运输—推土机排土可根据地形条件、土岩性质、台阶高度、气候条件及自卸卡车载重量等因素，分为边缘排土和场地排土两种作业方式：
边缘排土时，在安全卸载的前提下，汽车以后退方式驶近边坡翻卸土岩，一般当汽车后轮距边坡坡顶线1.5～3.0 m时，大部分土岩可卸到边坡之下。场地排土时，自卸卡车将土岩卸在排土台阶上，而后由推土机将土岩推到坡下。铁道运输—推土机排土由于推土机设备简单，作业灵活，也可与铁道运输配合排土。
2、胶带排土机排土
胶带排土机是一种连续排土设备，胶带排土机主要有2种类型：无中间连接桥的排土机和带中间连接桥的排土机。
无中间连接桥的胶带排土机作业方式分为：上排作业和下排作业，及组合作业。上排作业，即排土机站立于排土台阶底盘上，向上部坡面排土。下排作业，即排土机站立于排土台阶顶盘上，向下部坡面排土。上排、下排组合作业，即排土机站立于排土台阶中间平盘上，向上部坡面和下部坡面排土。
3、推土犁排土
推土犁是与铁道运输配合使用的一种排土设备，由专门的机车牵引，两侧各有一个刮板，刮板作业时，向外侧伸开，并可上下调整高度，边走边将物料刮平并推出一定距离，不作业时刮板可收回。
推土犁排土工序：①列车翻车，②推土犁推土，③移道和修道，循环往复。
4、机械铲排土
单斗挖掘机排土主要与铁道运输配合，挖掘机站在受土坑中间平台上，将列车翻入受土坑的土岩倒堆到台阶外侧，排土台阶分上下两个台阶。
机械铲排土工序：列车翻土，挖掘机堆垒，线路移设。 机械铲排土作业效率高，生产能力大，与列车翻土作业互不影响，移道步距大，排土作业安全可靠。
5、溜槽应用
目前，世界许多国家的山地露天矿，例如南斯拉夫的泰米什捷金属露天矿，英国的迈米尔以及法国、美国和其它一些国家的露天矿都有成功应用矿石溜槽和岩石溜槽运输的例子。由于这些地区赋存着大量组分各异、生成年代不同的岩层，这样的矿床赋存条件，其地表地形、地质构造复杂，使矿床开采，特别是开拓运输极为不便。解决这类课题的一个有效途径之一就是岩石溜槽和矿石溜槽即露天开拓巷道开拓工作水平的开拓运输方式。这种运输工艺系统可称之为机械化-重力运输工艺系统。
三、工艺比选
综合分析上述回填工艺的特点，结合露天矿废弃采坑的现状，露天矿开采时采用“单斗-卡车间断式开采工艺”，采坑内无铁路运输线路，而“推土犁排土”与“机械铲排土”两种回填工艺均需铁道运输配合。从技术角度分析，这两种工艺不合理。
“胶带排土机”工艺要求台阶高度较大，大型排土机所需作业空间大，对站立水平地形条件要求高，排土工作线发展复杂，而且需要大量的初期投资。从经济角度分析，此工艺不合理。
“推土机”工艺需汽车运输物料由地表进入采坑深部排弃，根据露天矿废弃采坑现状由地表进入采坑深部矿山联络道路被破坏，且东部有塌陷区，采坑深部不具备作业条件。从作业可操作性分析，此工艺不合理。
“溜槽”工艺是克服高差最为经济有效的方式，利用物料本身的重力节省能源，避免了设备的反向运输，而且溜槽机动灵活、便于在地形复杂条件下作业，并且溜槽的工程小，建设溜槽的见见费用少。因此，无论从经济和技术角度比较，“溜槽”工艺都是最佳的回填工艺方案。
四、回填工程
根据露天矿废弃采坑北帮形成的最终帮坡角36°，灰渣的自然安息角30～35°，依照“机械化-重力运输”工艺的特点，在废弃采坑北帮设卸料点建立卸载台位，沿台阶坡面布置溜槽，充分利用物料的自身重力，由势能转化为动能，实现物料由地表回填至采坑深部。综合考虑卸料点的边坡稳定、运渣车辆卸载安全等方面因素，确定回填工程。
1、卸载站台
废弃采坑深达150m，为保证卡车卸载作业时的安全，在卸料区设置3%的的反向坡度，并在卸载点修建卸载站台，卸载站台设置有限位挡墙防止卡车倒车时坠入采坑，卸载站台两侧设置水泥挡墙。为防止卸料时发生卡车后翻，在卸载站台上部设置横梁防止后翻。卸载站台设置有受料仓，料仓受料口处设置喷淋装置，防止卸料时产生的粉尘造成环境污染。
2、溜槽
根据溜槽作用对象的不同，溜槽材质也不同。
（1）普通溜槽
钢板制普通溜槽厚度一般为2mm，适用于粉状物料或物料粒度不超过50mm的物料。可通过在溜槽表面加涂搪瓷，以使表面光滑易于流动，可满足粒度较小物料的溜放，但由于搪瓷较薄，很容易掉瓷、生锈。目前煤矿广为推广的溜槽多采用阻燃高分子材料PVC，PVC普通溜槽厚度8～10mm，大体规格为100 mm长或150 mm长，阻燃防火、表面光滑，具有很强的任性和抗压弹性，冲击时不变形，但造价略高。
（2）加厚型溜槽
钢板制加厚型溜槽厚度一般为3mm，适用于物料粒度不超过100mm的物料，溜槽表面加涂搪瓷。PVC加厚型溜槽厚度10mm，每块长度为100～150 mm或更长，最长可达5～8 m，这种可任意加工长度的优势是钢板所不具备的，且不易变形。
（3）特制溜槽
这主要是根据煤矿掘进或有色金属矿需要，处理矿碴块径大且多的情况下，采用特制加厚的钢板搪瓷溜槽，其厚度一般在5 mm。
本工程回填物料以黄土为主，但溜放长度长，选择加厚型搪瓷溜槽。
溜槽断面设计不当，就会出现堵料、粉尘飞扬、溜槽磨损等。因此，溜槽断面形状与尺寸设计至关重要。方案选择“U”型断面溜槽，可有效提高物料溜放效率。
3、采坑深部物料回填
露天矿废弃采坑深部空间狭小，地形高低起伏，煤层火烧形成多处塌陷。由于年久失修，进入露天矿采坑深部的运输通道已废弃，卡车等设备不能进入采坑。深部物料回填可采用短胶带配合简易堆料机进行回填工作。
五、结论
通过对某露天矿废弃采坑现状进行分析研究，回填工程中物料如何进入采坑深部是关键环节。通过对各工艺进行分析、比选，最终确定选用“溜槽”工艺将物料溜放至采坑深部，不需要修建进入采坑的运输系统，工程量小，师公工期短，投资小。
作者简介：胡涛（1983），男，工学硕士，新疆乌鲁木齐市，现就职于新疆煤炭设计研究院有限责任公司，主要从事露天煤矿设计、咨询工作。