露天矿群协调开采模式研究

赵红泽，郑群飞，赵博深

（中国矿业大学（北京）资源与安全工程学院，北京 100083）

采矿工程

露天矿群协调开采模式研究

赵红泽，郑群飞，赵博深

（中国矿业大学（北京）资源与安全工程学院，北京 100083）

针对目前我国大型矿田上多个相邻露天矿开采存在的诸多问题，提出了露天矿群协调开采的概念，并根据露天矿群中相邻露天矿之间的开采推进关系，将矿群中相邻露天矿开采程序间的协调开采划分为3种模式，同时对露天矿群协调开采模式下开采影响因素进行了分析。

露天矿群；协调开采；开采程序；模式

0 引 言

随着我国露天煤矿的不断发展，露天开采工艺及露天装备逐步发展成熟，但我国露天矿的发展模式仍停留在单一露天矿开采上，在面对大型煤田同时开采多个露天矿时，现行的露天矿发展模式已显得力不从心，单一露天矿发展模式带来的问题也越来越多，如：采区转向多、排土空间不足、端帮压煤严重、基础设施重建多等[1-2]。目前我国大部分露天矿群都存在相邻露天矿协调开采问题，如：黑岱沟露天煤矿和哈尔乌素露天矿、平朔安太保露天矿和东露天煤矿等[3-5]，如何合理优化露天矿群之间的协调开采已成为制约露天矿发展的关键因素。国内外关于露天矿协调开采的研究主要集中在露-井联采技术和相邻露天矿边帮压煤协调开采技术[6-7]，2种研究并未涉及露天矿群间的开采工艺协调及开采程序协调，且对目前露天矿群遇到的协调开采问题存在局限性。因此，开展露天矿群协调开采研究对露天矿群的独立开发和协调开采具有重要的指导意义和实用价值。

1 露天矿群概念及协调开采优势分析

露天矿群指在同一个煤田或矿区内，由同一个法人主体对位置上相邻或相近、开采时间上同步开发的多个露天矿的总称。露天矿群协调开采指企业根据相邻或相近露天矿的开采工艺、开采程序、排土系统、基建系统、管理模式等特点，充分考虑相邻矿山的相关性和关联性，从露天矿群的角度实现资源开发的整体效益和生产系统的优化协调。

以露天矿群的角度进行协调开采主要有以下优势：

1）矿群内统筹优化，减少单个露天矿采区转向次数。平朔露天矿群中安太堡露天矿采场直推进入东露天矿资源后备区，东露天矿采场到界后也直推进入安太堡资源后备区，两矿通过互换采场，避免因人为划分资源和矿权等而引起的采区转向。安太堡与东露天矿开采程序优化示意图如图1所示。

图1 安太堡与东露天矿开采程序优化示意图

2）回采相邻端帮的压煤，提高煤炭回收率；例如：我国白音华矿群中一号和二号露天矿地表境界相距较近，相邻端帮压煤严重，经计算两矿相邻端帮压煤约为1.41亿t[8]。若两矿采用协调开采，将有助于回收该部分煤炭。

3）优化排土程序，实现排土场地共享，减少二次剥离量。黑岱沟露天煤矿采区转向期间，引起剥离量增加，运距增大。若两矿通过协调开采进行排土系统优化，即黑岱沟露天矿剥离物排弃到哈尔乌素露天矿的排土场，转向完成后，将哈矿的剥离物排到黑岱沟矿，有助于实现排土系统共享、减少二次剥离工作量，神华准能露天矿群示意图如图2所示。

图2 神华准能露天矿群示意图

4）相邻露天矿的采场贯通后，利于消除部分相邻端帮，减少边坡维护工作，同时降低煤炭自燃隐患，有利于矿山安全生产。

2 露天矿群协调开采模式及特点

结合目前我国露天矿开采现状，特别是同一矿群内相邻露天矿之间的推进开采关系，将相邻露天矿之间的协调开采划分为同向协调开采、反向协调开采和垂直协调开采。

2.1 同向协调开采及特点

同向协调开采是指矿群中的相邻露天矿工作线推进方向一致，两个露天煤矿开采方向基本一致，可采用同向协调开采，回采端帮压煤，提高资源回收率，同向推进协调开采示意图如图3所示。

图3 同向推进协调开采示意图

由于同一矿群中的相邻露天矿采剥工程推进度一般都会存在差异，加之矿权的影响，引起相邻端帮下所压煤炭资源难以采出。因此，对相邻露天矿的开采程序进行协调优化，有助于回收大量端帮压煤，提高矿山经济效益。同时，相邻露天矿采场贯通后，会引起采矿工作线发生变化，且相邻端帮消失后，也会造成运输线路及卡车运距发生变化，但内排空间会增加。

2.2 反向协调开采及特点

反向推进协调开采是指：矿群中相邻露天矿采场推进方向基本相反，且工作面的距离逐渐缩小，如图4所示。反向协调开采最重要的是选择合理的采场贯通位置，如果贯通位置选择不合理将会对后期的开采工艺、开拓运输系统、排土布置及管理产生巨大的影响。

图4 反向推进协调开采示意图

反向协调开采的相邻露天矿，可按照现场实际情况选择是否贯通采场。为了采出相邻端帮下的煤炭资源，两矿开采时可选择不贯通采场，即各矿进行压帮内排，该方式也有助于增加排土空间，但增加了二次剥离工程量；当两矿选择贯通采场时，为了避免增加二次剥离量，各矿内排时可在相邻端帮一侧做留沟处理，该方式在协调开采前期，各矿排土空间有所减小，后期内排空间增大。

2.3 垂直方向协调开采及特点

垂直方向协调开采是指两个相邻露天矿的推进方向基本垂直，这是目前露天矿开采中常见的情况，由于前期设计与境界划分存在局限性，可能出现多个露天矿要同时进行采区转向，造成露天矿投资增加，而且要进行必要的生产工艺改造，引起矿山生产效率下降。

垂直方向协调开采可划分为2类：一类为两矿采场推进的前方为资源储备区，如图5（a）所示，此时两矿可根据具体的地质条件及生产工艺条件，协调由哪一矿进行转向，转变为同向协调开采或者反向协调开采；另一类如图5（b）所示，其中一个露天矿的采场前方已经开采，此时，必须由该露天矿进行采区转向，另一矿根据两矿的位置条件，增大或减缓采剥推进力度，为以后两矿实现同向或反向推进协调开采创造条件。

3 露天矿群协调开采影响因素分析

3.1 开采工艺的影响

图5 垂直方向推进开采示意图

开采工艺在矿群协调开采中是一个重要影响因素。同一矿群内的露天矿，由于开采煤层相同、煤层赋存条件相似，大部分都采用相同的开采工艺，如平朔露天矿群中的三大露天矿均采用半连续开采工艺。然而，同一矿群中的露天矿也存在开采工艺不同的情况，如黑岱沟露天煤矿和哈尔乌素露天煤矿同属于准能露天矿群，两矿开采同一煤层，且煤层赋存条件相似，但两矿开采工艺存在很大差异，黑岱沟露天煤矿不仅采用了半连续开采工艺，而且还采用了轮斗铲连续工艺和拉铲倒堆开采工艺，哈尔乌素露天煤矿的部分剥离采用了外包作业形式，其余部分剥离和采煤主要采用半连续工艺[9]。所以，在对露天矿群进行协调开采优化时，应依据各矿开采工艺特点，综合考虑优化后各开采工艺之间的相互配合，使矿群协调开采的优势得到充分发挥。

3.2 开拓运输系统的影响

矿山开拓运输系统对露天矿群协调开采有着极大的影响。矿群协调开采时，可回收相邻端帮所压煤炭，同时会引起露天矿的运输条件发生变化，造成运距的增加。为了避免因运距增大而引起的运输费用增加，露天矿协调开采后可采用在采场中部搭桥的方式缓解内排运距过长的问题。矿群协调开采时，相邻端帮下的井巷运输将会给协调开采后的运输系统布置带来很多麻烦，在协调开采前期，需提前改造端帮井巷运输系统，做好协调期间的开拓运输系统设计。

3.3 内外排土场的影响

矿群协调开采的本质是对整个矿群中的露天矿进行综合优化，而不过分迁就于某一矿的效益，可能造成某一矿在综合优化中需要作出很大牺牲。例如：相邻露天矿垂直协调开采时，致使某一矿必须转向以达到协调推进，而转向将会引起矿山的运输系统、排土场大小发生变化，造成内排空间不足、运距增大等问题，这就需要寻找新的外排土场，或者利用矿群开采的优势，实现排土空间的共享。

如乌兰图嘎露天矿与西二号露天矿采用协调开采时[10]，遇到了排土场的问题。由于乌矿剥离及排土工程均超前西二露天矿，且乌矿的内排土场与西二矿的外排土场相邻，所以两矿协调开采时应对排土系统的优化方案进行详细论证。此外，乌矿与西二矿的相邻端帮压煤量大，如果回采端帮煤炭，需考虑乌矿实行压帮内排还是留沟内排，但无论乌矿内排采取何种方式，都将给西二矿的开采带来很多问题。因此，两矿协调开采时应统一规划，选择合适的协调方案。

3.4 边坡稳定性的影响

露天矿群开展协调开采优化时，不仅要考虑相邻端帮的压煤问题，还要考虑露天矿之间在不贯通采场的情况下如何做好相邻端帮的边坡维护工作，以确保边坡的稳定。针对相邻露天矿进行协调开采时，在同向协调开采过程中，超前剥、采的露天矿形成的内排土场边坡稳定与否给滞后露天矿的生产带来极大威胁；反向协调开采过程中，相邻两矿各自形成的排土高边坡也给对方的安全生产带来重大威胁。协调开采露天矿的相邻端帮还存在着滑坡和煤炭自燃的问题，引起边坡围护工程量加大。同时，边坡的稳定性对协调开采中的排土参数、排土空间大小、运输系统等产生着很大的影响，也关系到工作人员的安全和矿山的正常生产。

由于边坡稳定性较差，致使现场施工无法达到设计角度，在优化时必须重新对边坡稳定性进行验算。乌兰图嘎露天矿与西二露天矿内外排示意图如图6，典型工程地质剖面图如图7所示。

图6 乌兰图嘎露天矿与西二露天矿内外排示意图

图7 典型工程地质剖面图

3.5 相邻露天矿空间位置的影响

矿群协调开采优化的关键就是选择贯通采场的位置及贯通时间，既要保证采场贯通过程中的正常生产，也要保证两矿剥采工程位置和推进速度具有相对一致性，这样才有利于后期对运输系统的协同布置以及端帮煤炭的采出。贯通两矿采场主要受两方面因素影响：①相邻端帮压煤范围及两矿目前剥采位置；②两矿各自形成的剥采排空间位置。相邻2矿采场贯通的前提是要能保证两矿各自的生产规模、剥采排均衡等，因此矿群协调开采时应充分考虑各矿之间的空间位置关系，对各个贯通方案进行详细论证、比较，并编制具体的优化实施方案。

3.6 其他辅助环节的影响

辅助环节对矿群协调开采的影响主要是指基础设施、矿山供电、采场排水等环节。

露天矿的基建工程量一般来说是巨大的，相关的生产辅助设施同样需要非常大的人力、物力和财力，特别是单一露天矿随着开采的不断深入，后期需要花费大量资金引进新设备和重建基础设施。如果矿群间采用协调开采，不仅能实现基础设施和开采设备的共享，同时会带来极大的经济效益。

露天矿群在协调开采过程中，将会引起相邻端帮的改变，进而影响到供电线缆的铺设。而目前我国露天矿大多采用环形供电方式，该供电方式主要取决于露天矿的开采程序，协调开采导致开采程序的变化也将引起供电方式的改变。所以，矿群协调开采时需充分考虑供电方式对协调开采的影响。

排水环节一般不会成为矿群协调开采的限制性因素，特别是内蒙、新疆等地区的露天矿群进行协调开采时，可以根据具体情况适当考虑排水对协调开采的影响。

4 结 论

1）根据协调开采的目的，提出了露天矿群的概念，并对协调开采的优势进行了分析。

2）按照露天矿群中相邻露天矿之间的开采关系，将露天矿群协调开采划分为3种模式：同向协调开采模式、反向协调开采模式和垂直协调开采模式，并详细分析了3种矿群协调开采模式的特点。

3）通过对露天矿群3种协调开采模式的研究，分别分析了开采工艺、开拓运输系统、内外排土场、边坡稳定性、露天矿空间位置及其他辅助生产环节对露天矿群协调开采的影响，为露天矿群协调开采优化提供参考。

［1］赵红泽，甄选，厉美杰.中国露天煤矿发展现状［J］.中国矿业，2016，25（6）：12-15.

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［3］赵博深.露天矿群开发设计理论与工程优化研究［D］.北京：中国矿业大学（北京），2015.

［4］张瑞新，张幼蒂.露天煤炭资源合理开发的优序决策［J］.化工矿物与加工，1993（3）：1-5.

［5］吴会江，李建祥.露天矿生产计划的现状、问题与对策［J］.金属矿山，2005（4）：4-6.

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［9］张瑞新，孙健东，温晓可，等.黑岱沟露天矿拉斗铲挖掘作业方式研究［J］.煤炭工程，2016，48（1）：10-13.

［10］刘闯.相邻露天矿边帮压煤协调开采技术研究［D］.阜新：辽宁工程技术大学，2013.

【责任编辑：陈 毓】

Research on the coordination m ining patterns of open-pitm ine group

ZHAO Hongze,ZHENG Qunfei,ZHAO Boshen
(School of Resources and Safety Engineering,China University of Mining and Technology(Beijing),Beijing 100083,China)

According to the exploitation problems of several adjacent open-pit mines in large ore fields,the article presents the concept of coordination mining of open-pitmine group.According to the promoting relationships of the adjacent open-pitmines, the mining procedure patterns of open-pit mine group are divided into three types.At the same time,the article analyzes the influence factors ofmining under the coordination mining patterns of open-pitmine group.

open-pitmine group;coordination mining;mining procedure;pattern

TD824

B

1671－9816（2017）09－0001－05

2017-06-20

中央高校基本科研业务专项资金资助项目（2013QZ04）

赵红泽（1978—），男，山西河津人，副教授，博士，主要从事采矿工程及矿山信息化方面的研究工作。

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.09.001.

赵红泽，郑群飞，赵博深．露天矿群协调开采模式研究［J］.露天采矿技术，2017，32（9）：1-5.