安家岭露天煤矿东部开采边界优化

2021-03-07孙杰

露天采矿技术 2021年1期

孙杰

（中煤平朔集团有限公司，山西朔州 036006）

露天煤矿最终开采边界的确定一直是露天矿建设的难点。在实际生产过程中，若存在着开采境界不合理，便会出现固定帮超前剥离或者压煤的现象，此时会影响到前期的剥离成本及资源回收率。

山西平朔矿区安家岭露天矿设计生产能力15.0 Mt/a，核定生产能力20.0 Mt/a，主要开采4#煤、9#煤、11#煤3 个煤层。以矿井初步设计中划定的安家岭东部境界作为地表境界，并以35°帮坡角下推至11#煤层底板作为深部境界，根据GB 50197—2015煤炭工业露天矿设计规范可知，当开采深度小于200 m 时，安全距离不宜小于最大开采深度；当开采深度大于200 m 时，安全距离不宜小于200 m 的相关要求，安家岭露天矿东帮开采深度为170～210 m，露天矿东部境界至各重要设施的距离应为170～200 m。若按照此规定，安家岭将损失矿权界范围内煤量近3.0 Mt，因此有必要对安家岭矿东帮进行优化研究，确定最合理的东帮最终开采境界。

1 边界优化影响因素分析

露天煤矿的端帮位置是指露天矿的开采最终位置，端帮位置直接决定了露天矿资源回收的边界。因此对露天矿的端帮进行优化，确定最合理的端帮位置有利于矿山尽可能多的回收经济可采资源量。

根据安家岭露天煤矿的开采现状，结合国家相关规范及行业内端帮开采的相关工作经验分析，对安家岭露天煤矿东部端帮的主要影响因素有：

1）露天矿原设计开采界。安家岭东帮开采位置不应超出原设计开采界范围。

2）边坡稳定安全距离。根据国家规范中关于边坡稳定的规定[1-2]，露天矿当开采深度小于200 m 时，安全距离不宜小于最大开采深度；当开采深度大于200 m 时，安全距离不宜小于200 m。基于上述规范可知在确定端帮位置时，应充分考虑端帮位置的边坡稳定性对于其开采境界周围重要建构筑物的影响，且规范给出了一定的参考安全距离。

3）爆破安全距离[3-4]。露天矿山的端帮开采对周围建构筑物的影响除了边坡稳定性影响之外，最重要的就是爆破安全影响。根据爆破安全计算及施工经验，得出安家岭东帮地表开采边界距离地面建构筑物的安全距离至少50 m。

2 优化方案的提出与对比分析

2.1 优化方案的提出

根据上述端帮优化影响因素的分析结果，结合安家岭露天矿东帮现状，提出以下优化方案。

1）优化方案1。安家岭露天煤矿东帮开采深度平均约为200 m，露天矿采掘场东帮地表境界与重要建（构）筑物的安全距离取200 m，以安家岭矿东帮矿权界附近的民房、煤场、平陶路、工业大道、后安工业场地和白芦工业广场的西侧边界，向采掘场内部回收200 m。

2）优化方案2。按照端帮优化影响因素分析，在保证边坡稳定性和爆破作业安全性的前提下，露天矿采掘场东帮地表境界与重要建（构）筑物的安全距离取50 m。以安家岭矿东帮矿权界附近的民房、煤场、平陶路、工业大道、后安工业场地和白芦工业广场的西侧边界，向采掘场内部回收50 m。

3）优化方案3。该方案是在优化方案2 的基础上对东部靠界边界形状进行优化。由东帮矿权界附近构建筑物位置分析，平陶路以西靠近采场一侧，有少量民房及1 处煤场，紧邻煤场南部的平陶路存在1 个明显弯向采场方向的弯弧，若能对民房和煤层进行拆迁，对该段弯弧道路进行取直改移，则采场东帮可以进一步向东推进，有利于最大程度的回收煤炭资源[5]。露天矿采掘场东帮地表境界与重要建（构）筑物的安全距离也取50 m，在拆迁平陶路以西的民房和储煤场，并局部取直改移平陶路以后，以安家岭矿东帮矿权界附近改移后的平陶路、工业大道、后安工业场地和白芦工业广场的西侧边界，向采掘场内部回收50 m。

2.2 优化方案对比分析

2.2.1 技术指标对比分析

安家岭露天矿东帮优化各方案最终境界煤岩量见表1。

表1 安家岭露天矿东帮优化各方案最终境界煤岩量

通过分析表1 可知3 种优化方案的煤岩量关系。与原境界方案对比，东帮经过优化后，安家岭矿的剥离量及原煤量都有不同程度的减少。安家岭矿各东帮优化方案与原设计方案最终境界煤岩量对比见表2。

表2 安家岭矿东帮各优化方案与原设计方案最终境界煤岩量对比

通过以上各表数据，及各东帮优化方案特点，对各优化方案进行优缺点分析如下：

1）方案1。优点：东帮地表开采界距离构建筑物的安全距离大，爆破形式简单成本低，不需要拆迁；缺点：损失原煤量大，损失原煤量的剥采比小。

2）方案2。优点：不需要拆迁，损失煤量相比东帮优化方案1 小，损失原煤量的剥采比相对优化方案1 大；缺点：东帮地表开采界距离构建筑物的安全距离小，需进行控制爆破，爆破成本高。

3）方案3。优点：损失煤量最少，损失原煤量的剥采比最大，东帮台阶较平直有利于端帮开挖施工和降低端帮运距；缺点：需要拆迁，东帮地表开采界距离构建筑物的安全距离小，需进行控制爆破，爆破成本高[6]。

2.2.2 经济指标分析

1）方案2 相对方案1 多回收原煤量18.22 Mt，成本分析主要包括多开采范围的征地、穿爆、采装、运输、采煤运煤和排土费用。其中多征地39.60 hm2（594 亩），同时多剥离86.16 Mm3，多开采原煤的平均生产成本估算约为106.41 元/t，原煤售价按照180元/t 计算，粗略估算方案2 比方案1 可多产生利润13.41 亿元。

2）方案3 相对方案2 多回收原煤量4.58 Mt，方案3 需要对平陶路西侧的民房、煤场进行拆迁，同时需要改移部分平陶路路段，其中东帮优化方案3 相比方案2 多征地8.10 hm（2121.50 亩），同时多剥离16.50 Mm3。拆迁民房5 户共10 间，合面积约1 200 m2；拆迁煤场1 处，面积约为2.06 hm2；改移平陶路长度约726.0 m；而方案3 相对方案2 可多开采原煤4.58 Mt，多开采原煤的平均生产成本估算约为102.61 元/t，原煤售价按照180 元/t 计算，方案3 比方案2 可多产生利润3.54 亿元，故东帮优化方案3明显优于东帮优化方案2。

3 优化方案的确定

按照安家岭东帮优化方案的分析对比结果，推荐方案3 为东帮优化方案，既在拆迁平陶路以西的民房和储煤场，并局部取直改移平陶路以后，以安家岭矿东帮矿权界附近改移后的平陶路、工业大道、后安工业场地和白芦工业广场的西侧边界，向采掘场内部回收50 m，形成最终东帮开采境界。

由于安家岭矿东帮区域煤层近水平赋存，且不存在大的断层，地层条件良好，煤层赋存较厚，非常便于实施端帮采煤。按照目前国内的端帮采煤技术，类似安家岭煤矿东部区域煤层赋存情况[7-8]，端帮采煤进深一般可达200 m，采动范围资源回收量可达60%。根据优化方案，对安家岭东帮各煤层端帮可采范围进行圈定，圈定原则如下：①端帮采煤倾角不超过12°；②进深最大为200 m；③以矿权界为界限，至少留20 m 保安煤柱。

根据以上原则，能够得出圈定的端帮采煤可回收资源量，安家岭矿东帮优化推荐方案东端帮回采煤量估算见表3。