露天煤矿经济剥采比应用特例分析

2019-05-28范正祥

煤炭工程 2019年5期

范正祥

(中国煤炭科工集团北京华宇工程有限公司，北京 100120)

剥采比是指剥离和采掘的工程量比值，它是衡量露天矿开采条件好坏的重要指标，也是总体规划中划定矿区范围的重要依据。总体规划设计过程中普遍依据钻孔剥采比等值线划定露天矿开采范围，但该方法有时会出现特殊情况：曾有某露天煤矿其钻孔剥采比均小于经济剥采比，总体规划已将其划定为露天开采。但后续设计中，无论怎样优化设计方案，最后按预期煤价计算的经济效益都是巨大亏损，因此该露天矿最终论证为不可行。针对此问题，笔者深度挖掘不可行的矿山实例，经概括分析，高度总结了露天矿不可行的几种特例，供大家分享，以便给后续总体规划工作提供重要借鉴和参考。

1 经济剥采比的规定及算法

经济剥采比是指在一定技术经济条件下，露天开采经济上合理的最大剥采比，它是确定露天开采范围的重要指标。

2005年，中华人民共和国国家标准《煤炭工业露天矿设计规范》(GB 50197—2005)开采境界的基本规定中写道“露天煤矿的经济剥采比，应根据煤层赋存条件、剥离物特性、煤质、技术装备、资源回收率、生产成本、产品售价等条件确定，并应符合下列规定：1、褐煤、非焦煤、焦煤的经济剥采比分别不宜大于6m3/t、10m3/t、15m3/t……”，因此，在大多数露天煤矿总体规划中，一般动力煤的开采境界基本都按10m3/t来确定，伊敏一号露天矿为褐煤，开采境界按不大于6m3/t圈定。各露天矿的设计、审批中，其开采境界基本按上述标准来执行。但由于我国国土面积辽阔，资源赋存量大，各地经济发展水平不同，煤炭价格差异较大，都采用同一剥采比值来确定露天矿开采境界，则不符合当时各地煤炭价格的变化趋势，导致了有的地区企业盈利能力强但资源未被充分利用、而其他个别地区则企业盈利差。

为此，相关领导和露天行业专家针对规范中关于经济剥采比的确定条款又进行了专项研究，认为在煤炭售价多变的条件下，采用计算分析方法确定经济剥采比更合理。于是在2015年，修订发布的《煤炭工业露天矿设计规范》(GB 50197—2015)中，关于经济剥采比的规定修改为“露天煤矿经济剥采比的确定方法，应符合下列规定：1、经济剥采比宜采用计算分析方法确定……”这也是非煤露天矿确定经济剥采比所采用的主要方法。

修订的规范中关于经济剥采比的计算分析方法列了三种：

1)价格法。以露天开采单位原煤成本等于该产品售价为依据，考虑一定的利润指标进行计算。计算公式如下：

2)盈利比较法。以露天开采和矿井开采相同资源/储量所得的相等盈利为基础进行计算。计算公式如下：

3)原煤成本比较法。以露天开采和矿井开采单位原煤成本为基础进行计算。计算公式如下：

式中，nj为经济剥采比，m3/t；ηl为露天开采煤层采出率，%；ηk为矿井开采煤层采出率，%；a0为露天开采采煤成本，元/t；b0为露天剥离成本，元/m3，当采用不同开采工艺时，应分别按有关开采工艺完成的剥离量百分比和成本，计算平均剥离成本；c0为矿井开采原煤成本，元/t；Dl为露天开采原煤售价，元/t；Dk为矿井开采原煤售价，元/t。

在后续应用中，由于矿井生产安全性差、煤炭资源回收率低等主要原因，露天设计一般采用价格法计算经济剥采比居多。

2 经济剥采比的应用

判断露天煤矿开采条件良好与否多依据钻孔近似剥采比(钻孔近似剥采比是指利用勘探过程中施工的钻孔所揭露的煤层上覆剥离物总厚度、煤层总厚度以及煤层容重的比值)，利用钻孔近似剥采比可绘制出剥采比等值线图，在总体规划中划分各大露天矿开采范围以及设计中优化露天矿开采境界时，基本依据剥采比等值线图来设计。图中小于经济剥采比的范围适合露天开采，反之则不适合露天开采，需划出开采境界以外。

例如：某甲露天矿，煤类为一般动力煤，坑口煤炭销售价格130元/t，纯采煤成本为20元/t，剥离成本12.5元/m3。利用价格法，算出本矿经济剥采比为8.8m3/t。设计中一般取整，本矿经济剥采比取为8.0m3/t，因此，剥采比等值线图中小于8.0m3/t的范围被划入露天开采境界内；剥采比等值线图中大于8m3/t的区域设计认为是不经济的，被划出开采境界以外。

最终设计结果：开采境界内平均剥采比5.84m3/t，最大开采深度350m；首采区剥采比4.64m3/t，首采区最大开采深度150m。露天矿按10.0Mt/a规模设计，矿建工程量23.80Mm3，仅需1a即可完成，达产年生产剥采比5.30m3/t。经全自营方案技术经济测算，露天矿总投资12.43亿元，贷款偿还期7.8a，税后财务内部收益率9.63%，年净利润1.43亿元，露天矿盈利能力强，经济效益良好。

3 需引起重视的特例

除以上正常情况以外，还有特例存在。该特例就是“钻孔近似剥采比不大于经济剥采比而露天开采却不经济”和“钻孔近似剥采比大于经济剥采比但却有较好的经济效益”两种情况。经分析总结，这两种情况的特例分为以下三种条件：①钻孔近似剥采比小但埋藏深度较大且没有露头的情况(不具备良好的初始拉沟条件)，不适合露天开采；②煤层厚度随埋深增加而增厚的情况(出现了一种假可采的情形)，不适合露天开采；③山体压煤情况(山体下压的煤不能只凭钻孔剥采比来判断是否可采，而应综合计算整体剥采比的经济性)，有的钻孔剥采比虽然大但却经济效益显著。下面笔者对这三种情况逐一举例：

3.1 钻孔剥采比小但埋藏深度较大且没有露头

某乙露天矿，煤类为长焰煤及不粘煤，主采煤层为一层，厚度较大，在45～70m之间，煤层浅部被火烧，最小见煤深度285m，见煤处煤层厚度52m，全区上覆地层厚度285～470m，地形平坦，地貌为戈壁滩。坑口煤炭销售价格150元/t。

依据该矿条件，经分析，该矿钻孔近似剥采比在4.7～7.8m3/t之间，单纯从剥采比来看，其值并不大，按本矿条件计算的经济剥采比为8.1m3/t(取整后为8.0m3/t)，据此确定该矿资源可全部进行露天开采。

而该矿的实际研究结果为：开采境界内平均剥采比6.88m3/t，小于经济剥采比8.0m3/t，最大开采深度540m；首采区剥采比5.65m3/t，首采区最大开采深度385m。露天矿按20.0Mt/a规模设计，矿建工程量473.80Mm3(4.738亿m3)，基建期5a，达产年生产剥采比6.70m3/t。经全自营方案技术经济测算，露天矿总投资138.54亿元，年净利润-3.18亿元，经济效益为亏损。

可见，该矿范围的煤层钻孔近似剥采比并不大，均小于经济剥采比，表面看可以全部进行露天开采，而实际研究后发现，开发该矿的经济效益为亏损，结论为不适合进行露天开发。究其原因，主要是初期矿建工程量太大，进而导致投资太高，影响了全矿经济效益。因此，在煤矿总体规划中要注意此种情形，避免规划后无法开发的情况发生。

3.2 煤层厚度随埋深增加而增厚

某丙露天矿为一般动力煤，主采煤层为一层，该矿因受地质构造影响，地层基本为单斜，倾角5°～6°，煤层厚度5～65m(随埋深增加而变厚)，地表受风、水剥蚀影响后其坡度与地层倾向相反，地形坡度4°～5°，如图1所示。坑口煤炭销售价格155元/t。

图1 煤层厚度随深度增加而增大情况插图(m)

根据三个钻孔(依次601-3、601-4、601-5)计算，其钻孔近似剥采比分别为：6.57m3/t、7.62m3/t、7.38m3/t。按本矿条件计算的经济剥采比为10.8m3/t(取整后为10m3/t)，直观判断该矿剥采比条件，全区采用露天方式开发没有问题。但实际研究后发现，开发该矿的经济效益极差，为严重亏损，不适合进行露天开发。

研究中考虑：如果沿煤层走向拉沟、倾向推进、采用一般设计帮坡角10°开采，因受地表影响，则生产剥采比已超过20m3/t；再将一般设计帮坡角10°调整为25°陡帮开采，其生产剥采比也在14m3/t左右，虽然此时矿建工程量并不大，仅为20.35Mm3。但由于生产剥采比太大，远大于经济剥采比，导致该矿采用走向拉沟、倾向推进的开发方式不可行。

再考虑如果沿煤层倾向拉沟、走向推进、同样考虑25°陡帮开采，经计算其生产剥采比已超过18m3/t，同时矿建工程量由20.35Mm3增加到85.24Mm3，亦不可行。

对于该矿条件的研究表明：虽然其钻孔近似剥采比在8.0m3/t以内，小于经济剥采比10m3/t，煤层也有隐伏露头，但按10.0Mt/a规模设计后，矿建工程量20.35Mm3，基建期1a，达产年生产剥采比13.80m3/t，生产剥采比远超出了经济剥采比10m3/t。经全自营方案技术经济测算，露天矿总投资9.76亿元，年净利润-6.03亿元，经济效益为严重亏损。

因此，在煤矿总体规划中也要注意这种假可采的煤层赋存条件，以避免规划中开发方式决策失误。

3.3 山体压煤

由于大自然的风化剥蚀作用，有可能出现煤层被压在山底的现象。如：某丁露天矿，煤类为31不粘煤，地层基本为单斜，倾角4°～5°，煤层厚度为7～12m，地表受剥蚀影响形成山丘，典型剖面如图2所示。坑口煤炭销售价格145元/t。

图2 山体压煤情况插图(m)

经计算，图2中各钻孔对应的煤厚及剥采比情况见表1。

依据煤价，采用价格法计算的本矿经济剥采比为9.26m3/t(取整后为9.0m3/t)，结合上述条件可以看出，钻孔502-4和钻孔602-4所在区域为低矮山丘，其钻孔剥采比已超出10m3/t，大于经济剥采比，明显不经济，进行露天矿境界圈定时需划出开采境界以外。考虑露天开采帮坡角影响后，为图2中的B区(两条虚线为区域边界)范围需划出开采境界以外。

表1 钻孔近似剥采比计算表

然而事实上，由于受露天开采帮坡角影响，由图2可以看出，当A区和C区被露天开采以后，所留B区范围为一孤岛，单独计算该孤岛：上部剥离物截面积为55932.11m2，下部煤体截面积为5945.65m2，对应的剥采比为7.07m3/t，其实际剥采比远小于经济剥采比9.0m3/t，可见，开采该区域仍然是经济的。该示例表明，B区表面上钻孔近似剥采比超出经济剥采比需要划出开采范围以外，而实际上其整体剥采比(约7.0m3/t)小于经济剥采比(9.0m3/t)，不应划出开采范围，适合进行整体开发。

对于该矿研究的结果：开采境界内平均剥采比4.76m3/t，最大开采深度180m；首采区剥采比3.87m3/t，首采区最大开采深度110m。露天矿按8.0Mt/a规模设计，矿建工程量13.60Mm3，达产年生产剥采比3.50m3/t。经全自营方案技术经济测算，露天矿总投资7.42亿元，贷款偿还期5.6a，税后财务内部收益率9.86%，年净利润3.17亿元，露天矿经济效益良好。

可见，露天煤矿经济剥采比采用钻孔近似剥采比等值线来圈定露天矿开采范围的方法有一定的局限性，应用中尚需根据实际条件进行分析，并应特别注意特例中的几种条件。