平朔东露天矿北帮陡帮动态开采方案

徐 君，蔡光琪，段力士

（中煤平朔集团有限公司 东露天矿，山西 朔州 036000）

平朔东露天矿北帮陡帮动态开采方案

徐 君，蔡光琪，段力士

（中煤平朔集团有限公司 东露天矿，山西 朔州 036000）

针对开采前后边坡的稳定性问题对整个矿坑的运输系统造成的影响，本方案对4#煤和9#煤的开采是动态进行的，可避免因一次性开采造成矿坑的运输压力增大，同时在开采前,需在内排土场设置临时的出入沟路线。

北帮；陡帮；动态开采；方案

0 引 言

平朔东露天项目作为山西省重点工程项目和国家煤炭工业发展“十一五”规划重点建设项目，于2009年初开工建设，2011年移交生产。开采工艺方案为：黄土层以外包剥离为主；4#煤层顶板以上岩石采用1套单斗挖掘机-移动式破碎站-带式输送机-排土机半连续开采工艺；其它岩石的剥离采用单斗挖掘机-自卸卡车间断工艺；煤层采用单斗挖掘机-自卸卡车-端帮它移式破碎站-端帮带式输送机-端帮联络巷道带式输送机-端帮平巷巷道带式输送机-主斜井带式输送机-地面带式输送机半连续工艺，1套它移式破碎站布置在南端帮4#煤底板上，另1套它移式破碎站布置在南端帮9#煤底板上。在露天矿端帮至地面布置3条斜井，2个主斜井内设带式输送机，负担4#、9#及11#煤运输任务，通风井布置在2个主斜井中间。单斗-自卸卡车开采工艺采用工作帮移动坑线多出入沟开拓方式；半连续开采工艺采用总沟固定沟道开拓方式[1]。东露天矿于2009年1月5日正式开工，2011年8月出露4#煤，截止到2016年完成原煤产量7 590万t，2017年计划原煤产量1 550万t。

1 方案背景

随着东露天矿工作帮的向前推进，北端帮出入沟下部压煤越来越多，若是在前期就对北端帮出入沟压煤进行回采，势必会影响东露天矿的运输系统，但是随着露天矿坑内排土场的向前推进，为陡帮开采提供了良好的施工环境：①回采后即可恢复北帮运输运输系统，恢复所需的排弃物料较少；②可减少回采过程中的二次剥离量。东露天矿北帮陡帮开采区域上部是露天矿坑的主要出入沟，该区域的施工会影响出入矿坑车辆的行车路线，所以需将该方案的研究与整个露天矿坑的生产结合起来，力求达到增加效益、减少成本的目标。

露天矿边坡是露天采矿活动所形成的一种特殊构造物。露天矿边坡不稳定将对采掘场人员和设备的安全带来安全隐患。但一味地放缓边坡，则又不经济，带来更多的端帮剥离量。露天矿边坡和地表连在一起，处在地应力场内，时刻受自然应力的作用。同时，它又是矿山工程活动的对象，受矿山工程活动的影响[2-3]。

2 方案内容

北帮陡帮开采所需解决的问题：①如何开采；②如何回填。因东露天矿北帮出入沟担负着矿坑1320平盘以下设备出入矿坑的重要任务，车流密度大，需提前做好临时出入沟的路线计划，保证矿坑的正常生产。陡帮开采把采场划分为上部剥岩区和下部采矿区[4]，本方案将北帮出入沟压煤开采过程分为2个阶段：第1阶段采出上部的4#煤；第2阶段采出下部的9#煤。在第1阶段采出4#煤后，先恢复北帮出入沟，之后再进行9#煤的回采，最后进行北帮4#煤底板运输干道的恢复。

2.1 确定替代原出入沟的临时路线

东露天矿北帮出入沟的长度约为910 m，标高1 280～1 426 m，该出入沟主要承担工作帮1320平盘以下的所有作业设备出入矿坑的作用，为了回采出入沟下部的压煤，需先在内排土场北部修筑1330至1290坡道，供下坑设备出入矿坑临时使用，临时出入矿坑道路路线总长度为3 200 m，具体路线包括内排土场北部1330至1290坡道、内排1290平盘、内排1260平盘、北帮4#煤地板道路、工作帮北部4#煤顶板，临时路线较原有经北帮出入沟路线长度增加2 030 m。为了保证形成安全，内排土场1290平盘宽度保持100 m，临时出入矿坑路线示意图如图1所示。

图1 临时出入矿坑路线示意图

2.2 4#煤的回采

按照东露天矿地质资料，在北帮东侧与内排土场相接处存在着DLT-X1陷落柱，所以陡帮开采区域东侧边界以该陷落柱为边界，西侧以4#煤坡道为边界，原来的北帮出入沟保留20 m保安平盘。该区域4#煤以上的剥离平盘主要有1275平盘和4#煤顶板平盘，剥离量分别为25万m3、50万m3，因作业空间狭小，只能布置1台P&H4100电铲自上而下进行作业，在每个平盘作业时都是从东侧开缺口自东向西作业，作业自2016年1月开始，预计11个月内可完成上部剥离作业，剥离产生的物料直接到内排1290土场排弃。之后进行4#煤的回采作业，回采量约为32万m3（50万t），4#煤回采作业时自西向东进行回采，预计需1个月完成。

该阶段工程从2016年1月初开始，至2016年2月末结束，共耗时2个月，完成剥离量75万m3，回采出4#煤32万m3（50万t）。采掘区域及作业量如图2所示。

图2 4#煤回采示意图

2.3 北帮大坡道的恢复

随着北帮压煤区域的开采，矿坑设备进入矿坑都需绕行内排土场，运距较直接沿北帮出入沟出入增加了2 030 m，增加了生产成本。随着内排土场向前排弃，北帮已具备恢复出入沟的条件，东露天矿于2016年6月开始恢复北帮大出入沟，从西侧4#煤顶板开始排弃物料，计划坡道宽度40 m，长度340 m（标高1 290～1 410 m），总坡度为5.8%，预计需排弃量30万m3，物料由工作帮南部1245平盘作业的电铲提供。恢复北帮大坡道示意图如图3。

图3 恢复北帮大坡道示意图

2.4 9#煤的回采及4#煤底板道路的恢复

在东露天矿北帮大坡道恢复后，随着内排土场工作帮临时转向及土场的向前推进，北帮下部压的9#煤具备采出条件。先将4#煤底板道路废弃，再取出下部9#煤，然后立刻将4#煤底板道路恢复，此阶段作业需在9#煤顶板剥离量约为10万m3，再回采出下部所压9#煤6万m3（10万t），作业时9#煤顶板的量排弃到内排1230土场。回采出9#煤后，立即进行4#煤底板道路的恢复，预计恢复的道路宽度为40 m，道路长度为100 m，所需的排弃量约为3万m3，排弃所需的物料来自工作帮南部1245平盘，该阶段工程从2016年11月初开始，12月末结束，历时2个月，回采北帮下部压煤如图4所示。

图4 回采北帮下部压煤

2.5 开采前后的边坡稳定性验算

边坡稳定分析方法较多，较为成熟且应用广泛的有极限平衡法[5-6]和有限元法，而本文使用的Slide软件是使用垂直条块极限平衡分析法来分析滑动面的稳定性，可分析单条滑面，也可使用自动搜索法来搜寻给定边坡的临界滑动面。

因本方案需要进行作业的平盘依次是1275平盘、4#煤顶板平盘、4#煤平盘、9#煤顶板平盘、9#煤，主要作业集中在4#煤及4#煤以上的平盘，故以4#煤及以上的平盘为研究对象进行边坡稳定验算，以图2中A-A’线为剖面，利用Slide软件对选取剖面进行边坡稳定性分析。开采前后分析剖面图如图5。

项目研究中岩体力学参数确定采用等效技术，最终可获得北帮泥岩、砂岩等力学参数见表1。

图5 开采前后分析剖面图

表1 北帮边坡岩土体参数

计算时，滑面形式选择圆弧滑面及折线形滑面，计算方法采用简化Bishop极限平衡分析法对边坡进行稳定性分析。

根据GB50197—2005煤炭工业露天矿设计规范第6章中关于露天煤矿边坡安全系数的规定，以简化Bishop法安全系数为基础，边坡稳定性初步判别标准为：

1）边坡安全系数大于1.20，边坡稳定；

2）边坡安全系数1.10～1.20，边坡基本稳定；

3）边坡安全系数小于1.10，边坡不稳定。

在初步判别的基础上，综合考虑滑面形状，边坡岩土层分布、软弱结构面产状，平朔地区类似工程经验等，确定边坡的稳定性。

计算出的开采前边坡稳定结果如图6所示：

图6 开采前剖面的边坡稳定性计算结果

同理计算出的开采后边坡稳定结果如图7所示，计算结果见表2。

3 总 结

1）经过以上阶段的作业，东露天矿北帮陡帮动态开采回采出原煤共60万t（38万m3），需进行的剥离作业量为85万m3，东露天矿2016年的生产成本数据，吨煤利润按49元/t计算，东露天北帮动态开采创造效益2 940万元。

图7 开采后剖面的边坡稳定性计算结果

表2 北帮边坡剖面稳定性分析结果

2）东露天矿北帮陡帮动态开采方案主要分为4个阶段：回采4#煤、恢复北帮大坡道、回采9#煤、恢复4#煤底板道路。本方案的优点是北帮2个内排道路的废弃恢复是非同步的，经过开采前后边坡稳定性的计算同样证明可以实现非同步，从而达到动态开采的目的。在生产组织中非同步作业可以避免因同时废弃北帮2条道路而造成的物料运输紧张的问题。

3）在东露天矿面临征地困难的情况下，本项目在矿坑现有的基础上积极组织、挖掘潜能，增加原煤回收量达60万t，大大减少了东露天矿的产量压力。

4）端帮陡帮开采在国内外露天矿应用较多，但大多是不涉及矿坑主出入沟的端帮，因东露天矿征地困境造成的原煤回采困难，故本方案的优越性显得更为突出，另外本方案中的4#煤、9#煤开采是分阶段进行的，与传统意义上的端帮陡帮开采相比，对矿坑的生产影响更小。

［1］ 中煤西安设计工程有限责任公司.平朔煤炭工业公司东露天煤矿初步设计说明书［R］.西安：中煤西安设计工程有限责任公司2008：3-2.

［2］ 周寿昌，杜竞中，郭增涛，等.露天矿边坡稳定［M］.徐州：中国矿业大学出版社，1990：12.

［3］ 郝全明，杨海杰.露天矿陡帮开采可行性研究［J］.现代矿业，2012（5）：63.

［4］ 黄瑞南.露天矿陡帮开采的设计与实践［J］.冶金矿山与建设，1993（1）：1.

［5］ 夏元友，李梅.边坡稳定性评价方法研究及发展趋势［J］.岩石力学与工程学报，2002，21（7）：1087-1091

［6］ 韩流，舒继森，马力，等.圆弧滑动的稳定性分析及软件实现［J］.矿业研究与开发，2011，31（4）：37-40

【责任编辑：陈 毓】

Study on north slope dynamic mining scheme in Pingshuo East Open-pit Mine

XU Jun,CAI Guangqi,DUAN Lishi
(China Coal Pingshuo Group Co.,Ltd.,Shuozhou 036000,China)

According to slope stability before and after mining and the effect of transportation system,the scheme dynamically mines 4#and 9#,which can avoid the pit transportation pressure increases due to the single mining.At the same time,before mining,the mine needs to set up temporary access to the internal drainage ditch.

north slope;steep slope;dynamic mining;scheme research

TD824

B

1671－9816（2017）04－0007－05

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.04.003

徐君，蔡光琪，段力士.平朔东露天矿北帮陡帮动态开采方案［J］.露天采矿技术，2017，32（4）：7-10.

2016-12-12

徐 君（1988—），男，甘肃陇西人，助理工程师，学士，2011年毕业于中国矿业大学露天开采专业，现在中煤平朔集团公司东露天矿生产技术部工作。