抚顺东露天矿南帮西区剥离方案对比

闫 岽，赵英拓

（抚顺矿业集团有限公司 东露天矿，辽宁 抚顺 113001）

抚顺东露天矿开采矿产资源为煤炭和油页岩，其中油页岩全区开采，煤炭分区开采。南帮西区受老虎台矿工业广场影响暂时不能采掘到界，随着采矿水平降深，在E6600～E4600（煤炭二采区）区间南帮上部留存1 层油页岩矿石，且自上而下逐渐变厚。该部分压制的油页岩富矿影响北帮采出富矿量，导致剥采比失衡。2019 年末，组织实施采掘压制的油页岩富矿，以缓解北帮富矿采区接续困难现状。

1 生产现状

露天矿生产若能尽快实现露天煤矿的内排，对缩短排土运距，降低生产成本具有积极的作用[1－2]。东露天矿因有益矿产倾斜赋存，初期不具备内排条件，大量的剥离物采用电铁运输方式排弃至排土场，随着开采时间的推移，采掘重心逐渐下移，剥离体积和运输距离都会逐渐增大。现有6 个富矿采区，其中主力富矿采区仅有4 个。目前，电铁开拓系统按着7 m/a 的速度逐年降深，受东、西端帮影响，坑底富矿采区有效工作线逐渐缩短；2019 年设计剥离量为1 880 万m3，2020 年随着富矿供应量增加，剥离量预计可达到2 050 万m3，2020 年剥离产量较上年增加170 万m3，并有以后逐年增长势头。剥离产量的增加给采掘运输设备作业能力带来压力。露天矿和排土场空间参数的增大，促使运输工作量逐年增加[3]，上述因素均影响油页岩富矿露出进度，进而导致富矿采区接续困难。

1.1 采区划分

东露天矿东西走向长6 km，降段延深方式是沿贫矿底板走向拉开段沟，向南、北两帮推进[4]。油页岩富矿在北帮E4800～E10000 之间全区开采，煤炭生产受老虎台矿工业广场影响实行分期分区开采，南帮E6600～E9800 区间为煤炭首采区，E4600～E6600 区间为煤炭二采区。初步设计规划老虎台矿结束开采后，东露天矿煤炭逐步由首采区过渡到全区开采。具体采区划分如图1。

图1 采区划分示意图

1.2 存在问题

东露天矿地质断面显示，北帮由上到下岩种依次为冲积层、绿色泥岩、油页岩富矿和油页岩贫矿；南帮由上到下岩种依次为玄武岩、凝灰岩、煤炭。东露天矿东区E6600 以东地质断面如图2。

图2 E6600 以东地质断面图

初步设计要求，东露天矿南帮原则上以本层煤底板作为南帮境界，并且以最终帮坡角30°加以修正，对于特殊区段，根据含煤系数和地面建筑物限制条件等因素进行局部调整。目前，E4600～E6600 区间南帮以30°帮坡角进行留设，随着采矿的逐渐降深，南帮西区富矿压制量越来越多，造成北帮剥采比失衡。北帮西区相比东区剥离相同的剥离量，但露出富矿却减少了约1/5，该种现象严重制约了采出富矿量，影响矿山生产任务完成，为了达到更好的经济效益，控制剥采比就显得越发的重要[5]。目前，E4600～E6600 区间坑底降深至－5 m 水平，与南帮上部地表相差近100 m。东露天矿西区（E6600 以西）地质断面如图3。

图3 E6600 以西地质断面图

图2 中油页岩贫矿和富矿岩种均在北帮采区，随着北帮的推进，富矿资源可全部露出采出；而图3中阴影部分表示压制富矿，随着采矿的逐渐降深，边坡压制富矿资源越来越多。

2 采掘压制富矿

2019 年末，东露天矿结合油页岩富矿供求需要，设计对南帮E5300～E6600 区间边坡压制富矿进行开采。东露天矿南帮西区上部是抚顺矿业集团老虎台矿工业广场，两矿开采同一煤层，老虎台矿开采原生煤层，东露天矿采用露天方式进行煤炭复采。采掘该部分富矿首先需要进行剥离作业，剥离前期需要对采区境界内老虎台矿局部建筑物进行搬迁。东露天矿矿区和老虎台矿区相邻关系如图4。

图4 老虎台矿与东露天矿采区相邻关系

E5300～E6600 区间设计露富矿工程量（剥离量）170 万m3，采掘标高+105～+69 m，露富矿工程量采掘完成后，可露出E5300～E6600 区间+69～15 m 水平油页岩富矿370 万t，剥采比0.46 m3／t，经济上较为划算。

3 制定开采方案

考虑E5300～E6600 区间露富矿采区位于南帮坡顶位置，与坑底降深水平存在近100 m 高差，生产工艺与运输方式是影响方案制定的主要因素。结合现状，技术人员拟定3 个开采方案。

1）方案1：挖沟机拨岩甩货。作业方式较为简单，利用现有工程机械，采用挖掘机和推土机联合剥离作业。推土机推送剥离物至坡顶边缘，挖掘机拨甩该部分剥离物至坑底富矿平盘，然后采用电铲采装，铁路运输方式排弃该部分剥离物。目前，E5300～E6600 区间上部露富矿区域标高平均为+100 m，下部坑底平盘为+11 站配出的11W4 富矿采区，采区标高平均为－5 m，平盘宽平均为50 m，拨甩高差近100 m，作业期间为防止剥离滚块翻滚造成伤害，需要在11W4 平盘远离南帮坡底位置修筑安全挡墙。

2）方案2：涨道形成公路及汽车工艺开采。总体思路为采用挖掘机装汽车方式剥离作业，直接捣运剥离物至北帮68E2 专用“汽转铁”场地。汽车运输可以选取现有路线1：采区→南环公路（西段）→1 号公路→东部泵站公路→68E2“汽转铁”场地。但路线1 运距平均为4.6 km，运距过长且大于汽车经济合理运距（露天矿的汽车运距波动在1～1.5 km，一般不超过2.5～3.0 km）[6]；考虑路线1 运距过长，在经济上不合理，结合坑底采区实际情况。设计路线2，在露富矿采区东部坑底E6600～E6700 区间、±0 水平西小坑区域回填垫货形成公路系统，然后在坑底贫矿采区设立临时“汽转铁”场地捣运剥离物。路线2 汽车运距平均为2.4 km，相比路线1 可有效减少汽车剥离成本。回填垫货形成公路系统如图5。

图5 回填垫货形成公路系统

3）方案3。挖掘机装电铁方式剥离。东露天矿北帮采用单斗－铁道生产工艺，该技术在东露天矿应用成熟。采用铁道运输方式相比汽车工艺生产成本低。E5300～E6600 区间露富矿采区如采用挖掘机－铁道工艺作业，符合经济合理原则，避免汽车二次捣运。确定总体思路后，结合南帮铁路现状，设计在南帮清岩信铺设1 组道岔，向西延长2.2 km 采掘线至露富矿采区，采用挖掘机装自翻车，铁道运输方式剥离作业。具体采线铺设要求如下：采掘线由清岩信开始向西铺设，E7460～E7400 区间60 m 长坡度为0，E7400～E7170 区间230 m 长为坡度10‰的下坡，E7170～E6700 区间为15‰坡降至+95.08 m，E6700～E6650 区间60 m 线路为平道，E6650 开始向西为15‰上坡，E6600～E5300 进入露富矿采区。工程需铺设铁道2.2 km、道岔1 组。采掘线铺设前期，首先要清除沿线障碍物，需拆除废弃围墙250 m，修整护坡350 m，下设引水涵管24 根。E6700 以东局部路基需要挖方1.7 万m3，局部路基需要填方0.5 万m3，采线延伸过程中，如路基下部为黄泥，则需超深施工，回填硬质物料以确保线路稳定。采掘线铺设方向如图6。

4 方案比较

图6 采掘线延伸方向

1）方案1。直接采用挖掘机拨甩剥离物至坑底平盘，工艺简单，露富矿采区生产组织简单。但存在问题是：①拨甩高差大，拨货过程存在岩块翻滚现象，对下部安全生产不利；②坑底需要修建排弃场地，造成坑底采区生产组织复杂，影响采区采装富矿进度。③存在二次剥离，增加剥离成本。

2）方案2。设计采用露富矿采区前期剥离量（回填土）进行坑底垫货，涨道形成公路系统。该方案在运距上较为合理，有助于提高卡车有效使用率，实现节能降耗目的[7]。但存在问题：①涨道形成公路垫货量过大，经计算需要回填土方65.3 万m3，同时该部分回填量将来还需要随露富矿采区降深同步清理，造成二次剥离；②需要在坑底形成“汽转铁”场地，存在二次捣运，造成剥离成本增加。坑底回填垫货形成公路量见表1。

表1 形成公路垫货量

3）方案3。利用南帮现有清岩信铺设道岔形成专用电铁采掘线，利用电铁运输方式剥离作业，该种方式作业剥离量可直接排弃至内排土场，相比方案1、方案2，可减少汽车采装环节，不存在二次捣运，在经济上可行；采掘线路铺设完成后，采掘线降深纵断如图7，采掘线路按15‰坡度最终可降深至E5650、+80 m 水平，在E5650～E5300、+80 m 水平留设折返线路，而后继续在E5650、+80 m 水平向东按15‰坡度降深至E6600、+69 m 水平。结合断面图分析，电铁系统延伸至E6600、+69 m 水平后结束，采线以上部分剥离量采用挖掘机装自翻车，铁路运输方式作业。铁路拆除后，由汽车采装铁路压制平盘和剩余少量剥离。采用该种方式作业，可以最大程度节省剥离成本，避免占用过多汽车资源。

图7 清岩信配出采掘线降深纵断

综上所述，在以“安全高效生产，电铁剥离优先，减少二次捣运”的原则下，根据东露天矿实际生产特点，通过在解决关键环节上采取措施和手段[8]，最终选取方案三作为南帮西区边坡剥离工程实施方案。

5 结语

南帮西区边坡完成剥离作业后，可为东露天矿增加1 个富矿采区，且该富矿采区在降深过程中受油页岩赋存角度影响，具有服务年限长、剥采比小等特点。抚顺东、西露天矿开采油页岩富矿均作为原材料供给集团公司炼油厂，2019 年西露天矿进入采停闭坑状态，意味着东露天矿需要独自承担向炼油厂供应富矿重任。按设计要求，2020 年东露天矿需要供应油页岩富矿1 300 万t，照比初步设计富矿达产量1 190 万t 增加110 万t。面对现状，东露天矿在生产过程中，科学安排采矿布局，南帮西区增加的富矿采区有效缓解北帮富矿采区接续紧张局面，为采矿生产任务顺利完成奠定基础。