塔尔煤田Ⅰ区块露天煤矿拉沟位置方案优化

刘英璐

（中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司，辽宁 沈阳 110015）

塔尔煤田Ⅰ区块面积约为140 km2，自1988年SAZDA、WAPDA公司在塔尔地区发现煤田以来，先后有多家研究机关和勘查单位对该地区进行过不同程度的煤炭勘探和地质研究工作。包括巴基斯坦地质调查局（GSP）、巴基斯坦石油和矿产资源部、德国RWE公司、环球矿业（中国）有限公司、罗马石油和矿产联合公司等[1]。

基于历史勘探资料，开展了初步可行性研究工作，包括煤质分析、地质模型建立、储量计算、境界圈定、拉沟位置选择、剥采比计算及其他配套工程的研究等。但这些历史勘探资料存在勘探程度不足、煤层划分标准不一、缺少实测地形等问题[2]。

随着研究工作的不断深入，国内的煤田地质勘查部门逐步介入，在收集了以往地质资料基础上，进行了实地勘查。将历史勘探数据与补充勘探数据相结合并进行对比分析，将所有地质资料整合成统一标准下的地质数据。为本露天煤矿的下一步工作提供了客观、可靠的地质资料。

因此，作为项目实施的重要基础，需要对初步可行性研究阶段选择的露天矿拉沟位置方案，结合新的地质资料进行分析论证与优化，在保证可采储量的前提下，选择煤层埋藏浅、煤质相对较好、剥采比较小的区域作为目的区，以降低露天矿初期投资和未来的生产成本[3]。

1 结合实测地形初可研阶段拉沟位置方案的论证

初可研工作中，露天矿地形主要依据数量有限的钻孔数据、图片数字化后的高层点生成，数据有限，精度较低。经国内地质部门现场踏勘测量后，获得了初期开采地段范围内精确的地形等高线，矿区东部、南部和北部地形复杂，地形为连绵起伏的中、低沙丘，露天矿实测地形与拉沟位置方案对比如图1。

图1 露天矿实测地形与拉沟位置方案对比示意图

将初可研工作选择的拉沟位置（方案1）叠合到图中，可见拉沟位置处地势较高，不符合露天矿初期剥离工程工作面的布置及降低基建工程量的一般要求，需要结合地形走势、上覆剥离物厚度、煤层厚度等数据对拉沟位置进行优化。因此在原境界基础上，提出地势相对平坦、基建工程量可能较小的方案2，拉沟位置位于首采区西部，向东推进。依据地质模型，按剥采发展空间对方案1和方案2煤、岩量进行计算，分别得到自然剥采比曲线，并对达产后20 a的生产剥采比进行均衡，方案1和方案2基建工程量及剥采比对比情况见表1。

表1 方案1和方案2基建量及剥采比对比表

从表1中看到，方案2基建工程量仅比方案1小5.0 Mm3，且初期生产剥采比为8.2 m3/t，比方案1的7.2 m3/t大1.0 m3/t，从初期生产剥采比角度看，不推荐方案2。

因此，从降低基建工程量，降低初期生产剥采比角度出发，提出方案3。在方案2基础上，拉沟位置沿推进方向西偏移约1 300 m，避开地势较高区域，同时露天矿开采境界相应调整，方案3拉沟位置如图2。在此基础上，为进一步验证是否能降低初期生产剥采比，进而提出方案4，方案4拉沟位置如图3。该方案在保证合理采区宽度的前提下，南北方向布置采区，考虑拉沟位置区域不变，改变拉沟方向为东西方向，向南推进[4]。依据地质模型，按剥采发展空间对煤岩量进行计算，方案3和方案4基建量及剥采比对比表见表2。

表2 方案3和方案4基建量及剥采比对比表

图2 方案3拉沟位置示意图

图3 方案4拉沟位置示意图

从表2中可见，方案3基建工程量为160.0 Mm3，比方案1少20.0 Mm3，方案3拉沟位置所在区域较优。但初期剥采比为8.0 m3／t，与方案1比较并没有优势。方案4改变推进方向后，较方案3只是初期剥采比略有降低，且基建量多了5.0 Mm3。

因此，方案3和方案4拉沟位置虽避开地形较高区域，但初期剥采比均没有达到方案1的7.20 m3／t，因此，对于初可研所选择的拉沟位置方案调整，仅依据新测地形资料难以得到最优结果，需要对拉沟位置方案进一步分析论证，寻找到基建工程量小，初期剥采比小的最优方案。

2 初可研阶段拉沟位置方案

为寻找基建量和初期生产剥采比均较小的拉沟位置及开采区域，需要进一步通过矿田范围内至可采煤层的剥采比、上覆剥离物厚度和煤层赋存情况等数据对不同的拉沟位置方案进行比选。

根据更新后的地质模型生成钻孔垂直剥采比，将其与方案1拉沟位置叠合，发现拉沟位置未在剥采比较小的区域，因此需要调整露天矿东部境界，提出方案5，方案5垂直剥采比与拉沟位置示意图如图4，调整后的首采区东部境界落在剥采比较小的区域（图4中的深色区域）。

图4 方案5垂直剥采比与拉沟位置示意图

根据地质模型计算的方案5基建工程量为165.0 Mm3，比方案1基建工程量减少了15.0 Mm3，同时能够保证初期剥采比相对较小，为7.2 m3／t，因此，方案5可暂做为推荐方案。方案1和方案5基建量及剥采比对比表见表3。

表3 方案1和方案5基建量及剥采比对比表

3 新拉沟位置方案

3.1 新拉沟位置方案的提出

从图4垂直剥采比分布情况可以看到，深色区域为剥采比较小区域，方案5首采区境界仅占深色区域的一部分，为此，为进一步降低生产剥采比，在方案5基础上，突破原境界限制，将原境界外南部、北部和东部未划入境界内的剥采比较小的区域一并划入，作为露天矿首采区备选方案。考虑首采区境界几何形状、合理采宽及开采顺序等因素，拉沟位置提出方案5-1与方案5-22个方案，方案5－1与5－2、垂直剥采比与拉沟位置示意图如图5。

图5 方案5－1与5－2、垂直剥采比与拉沟位置示意图

其中方案5－1将原首采区境界外南部和东部未划入境界内的剥采比较小的区域一并划入，作为露天矿首采区，拉沟位置在首采区东部。东－西－南转向推进方案，方案5－2将原首采区境界外北部未划入境界内的剥采比较小的区域划入，作为露天矿首采区，拉沟位置选择在首采区北部。北－南－东转向推进方案。

依据地质模型，对5－1、5－2 2个方案工程位置煤岩量计算，对达产后20年的生产剥采比进行均衡，方案5、方案5-1、方案5-2、方案6基建量、剥采比对比表见表4。

表4 方案5、方案5-1、方案5-2、方案6基建量、剥采比对比表

从表4中看到，虽然方案5－1基建工程量比方案5－2多5.0 Mm3，但是初期剥采比和生产剥采比均较小，明显优于方案5－2。同时，方案5－1在达产第6年末开始生产剥采比为8.00 m3／t，优于方案5，因此考虑将方案5和方案5－1进行结合，提出方案6。利用方案5的初始拉沟位置结合方案5－1的推进方向，以能够保证基建工程量较小，初期生产剥采比较小，且后期生产剥采比也相对较小，方案6拉沟位置及推进方向如图6。

图6 方案6、垂直剥采比与拉沟位置示意图

根据地质模型计算方案6的煤岩量及达产后生产剥采比见表4。从表中可见，方案6基建量及初期剥采比均较小，结合了方案5及方案5-1的优点。且均衡后生产期的生产剥采比变化幅度不大，能够充分利用设备的生产能力和保持采、运、排设备的相对稳定。因此，方案6为当前备选方案[5]。

3.2 拉沟位置方案优化

方案6的基建工程量为170.0 Mm3，与方案5的基建工程量165.0 Mm3相比，还有优化的空间，因此，进一步对方案6拉沟位置的夹角处进行优化[6]。

对东部境界稍做调整，避开剥采比较大区域。同时将东部深部境界线取直，保证拉沟位置与工作线推进方向垂直，由此提出以下2个方案：

1）方案6－1。以首采区深部境界东南角拐点为基点，将东部深部境界向西旋转22°，使深部境界与首采区推进方向垂直，确定首采区东部境界。拉沟位置选择在首采区东部，沿深部境界拉沟向西推进，转向后向南继续推进。

2）方案6－2。以首采区深部境界线中点为基点，将东部深部境界旋转22°，确定首采区东部境界。拉沟位置选择在首采区东部，沿深部境界拉沟向西推进，转向后向南继续推进。

方案6-1和方案6－2拉沟位置如图7。

图7 方案6－1和6－2拉沟位置平面示意图

根据地质模型，对优化后的2个方案工程位置煤岩量计算，达产后20年的生产剥采比进行均衡。方案6、方案6-1、方案6-2基建量及剥采比的对比表见表5。从表5可以看到，优化后的方案6－1，首采区及初始拉沟位置保证了基建工程量最小、初期生产剥采比最小，实现了优化的目的[7]。

表5 方案6、方案6-1、方案6-2基建量及剥采比的对比表

3.3 新拉沟位置方案

经过对拉沟位置的多方案比选，最终确定方案6－1为最优方案。为了进一步减小基建剥离量，将方案6－1首采区东部境界线圆弧化，最终确定的首采区及拉沟位置如图8。

图8 最终确定的拉沟位置

4 采区宽度优化

采区宽度是采区划分主要参数之一，工作线越长，则生产剥采比相对较小[8]。因此，在方案6－1确定的初始拉沟位置和基建工程量基础上，考虑后期扩帮，以增加工作线长度，降低露天矿生产初期平均剥采比，适当增加备采煤量。

对露天矿达产后采煤工作线的长度进行扩展，考虑了从800 m逐渐扩展至1 000、1 200、1 400、1 600 m共4个方案，其扩展方向结合矿区垂直剥采比分布情况，优先向剥采比较小区域扩展[9]。对5个方案分别结合工程位置进行算量，并在160.0 Mm3基建量不变的前提下，按相同的均衡原则对生产剥采比进行均衡。

根据各方案剥离量计算设备投入、更新及年度投资，并对采运排直接成本进行了计算，从而计算出各方案生产30年的NPV值，采煤工作线长度从800 m、800～1 000 m、800～1 200 m、800～1 400 m、800～1 600 m的MPV值分别为1 357 801、1 338 394、1 330 837、1 352 779、1 371 544万元，不同工作线长度30年生产期NPV值变化趋势如图9。

图9 不同工作线长度30年生产期NPV值变化趋势

综上，根据5个工作线长度方案比选情况，最优工作线长度宜选取这个方案初期拉沟时800 m，逐渐扩帮至1200 m。

5 结语

依据补勘数据及更新后的地质模型，对塔尔煤田I区块露天矿前期工作中选择的拉沟位置进行了论证，主要通过对基建量、生产剥采比的计算与分析，方案逐步优化与完善，最终推演出了基建工程量与生产剥采比均较小的拉沟位置方案，确保了矿建工程拉沟位置选择的合理性及经济性。并对采区宽度进行了优化，为项目整体优化奠定了基础。