朝阳露天煤矿横采内排工艺

李守亮

（国能宝清煤电化有限公司 朝阳露天煤矿，黑龙江 宝清 155600）

露天煤矿一般在开采境界内选择煤层埋藏较浅、剥采比小的位置优先开采，同时采用走向开采、倾向推进方式作业。朝阳露天煤矿初步设计同样遵循以上原则，但是煤矿地质条件复杂，且存在输水半径小、渗透性差、地下水疏而不干的特点，给煤矿边坡稳定、采剥生产造成较大影响。朝阳露天煤矿于2013—2016 年之间在采场非工作帮发生了3 次大面积滑坡，虽然后期治理起到了一定效果，但随着采剥接续，边坡仍然存在位移风险。需采用倾向开采、走向推进的方式，并在内排土场采用有效的排水措施，保持内排土场物料与地下水分离，形成有序的排水系统，保障露天煤矿的采剥接续。

1 矿山概况

朝阳露天煤矿位于三江平原南部，地形平坦，属寒温带大陆性季风气候区，夏季炎热而短暂，冬季寒冷而漫长，春秋2 季多风，夏秋2 季多雨。水文地质勘查类型属一类三型（即孔隙充水矿床，水文地质条件复杂，难于疏干的矿床）。边坡勘查类型，属一类二型（松散软岩类），各岩层的渗透性能差别较大，含水层不易疏干，泥岩遇水极易软化变形。剥离物勘查类型，属一类松散岩层及软岩类，多为微胶结的泥岩和砂岩，抗压强度一般小于1 MPa[1]。根据岩性将本区自上而下分为上部、中部、下部3 个含水层。上部含水层底板埋藏深度一般20～30 m，平均厚度10.8 m。中部含水层底板埋藏深度29～103 m，平均60 m；10＃煤层底板以下为下部含水层，与煤层底板间隔水层分布不均匀，局部有“天窗”。煤矿开采境界面积76.8 km2，储量871.71 Mt，设计规模11 Mt/a，可采煤层1 层（10＃煤层），煤层底板南高北低、西高东低。煤矿于2009 年7 月份开工建设，2022 年计划产能600万t。已形成地表境界东西长1 850 m，南北最大宽1 650 m 的采场。外排土场位于采场东侧，占地面积126.7 hm2，设计容量4 300 万m3，已全部排满。剥离采用液压反铲－自卸卡车间断开采工艺，采煤采用液压反铲－自卸卡车－地表半固定破碎站－带式输送机半连续开采工艺[2]。

2 横采内排工艺适用性

2.1 地质条件

由于煤矿剥离物、边坡属松散软岩类，抗压强度一般小于1 MPa，同时为孔隙充水矿床，水文地质条件复杂，难于疏干，导致煤矿采剥工程受地质条件影响较大：①内排土场受含水层及本身岩层性质影响，边坡稳定性较差，导致采煤工作面与内排土场的安全距离不足50 m（不符合设计规范要求），且内排土场边坡角无法达到设计要求（设计16°，实际约为7°），致使内排空间不足，影响采剥接续；②采场内部受上部、中部含水层、承压水和内排土场边坡位移影响，排水系统布置困难。

2.2 采排场及排水系统

1）采场现状。目前采场北帮已形成8 个剥离台阶（＋78、＋70、＋60、+50、+40、+30、+20）和2 个采煤台阶（＋10、±0），最大采深80 m，东西地表境界1 850 m，南北地表境界1 650 m。

2）排土场现状。设计外排土场位于采场东侧，排土容量4 300 万m3，台阶高度15 m，7 个排土台阶（＋90、＋105、＋120、＋135、＋150、＋165、＋180）组成，总排弃高度105 m，已于2021 年排满。受内排土场边坡位移的影响，导致排土空间不足，经批准在北帮地表新增2 个临时排土场，其中北1＃临时排土场设计容量500 万m3、北2＃临时排土场设计容量1 900万m3，用于满足采剥接续需求，同时加速开展外排土场征地工作，待取得批复后将2 个临时排土场排弃物倒运至新批复的外排土场。内排土场（南帮）边坡滑移主要呈现为自南向北移动，东西向不存在滑移现象，且内排土场与采煤工作面已接壤。东西端帮、工作帮（北帮）相对稳定，不存在位移现象。

3）采场排水系统。受内排土场位移影响，采场排水分为采场西区排水系统和采场东区排水系统[3]。西区排水系统泵房设置在采场西侧＋30 m 平盘，集水坑位于＋20 m 水平，通过西端帮排水管路排出采场，＋20 m 水平以下积水由采剥队伍设置临时水泵排至＋20 m 积水坑内。东区排水系统泵房设置在＋8 m 水平平盘，集水坑位于±0 m 水平，通过东端帮排水管路排出采场，±0 m 水平以下积水由采剥队伍设置临时水泵排至±0 m 积水坑内。

2.3 边坡滑移主要原因

1）地下水的影响。由于土壤导水性差，群井疏干无法做到无渗漏，2 个含水层渗漏水分进入内排土场后导致内排物料承载力下降、失稳，下部含水层承压且与煤层底板之间有“天窗”，当承压水通过天窗进入内排土场后降低承载力，导致边坡无法达到设计参数，形成失稳现象[4]。

2）底板赋存条件影响。由于煤层底板西高东低、南高北低，南帮内排土场形成后，在重力作用下具有向北滑移倾向，再加地下水侵入，加大滑移速度[5]。

3 横采内排工艺

3.1 采场中部横采

采场中部横采设计示意图如图1。

图1 采场中部横采设计示意图

由于南帮（内排土场）长期存在向北位移现象，需采用人为干预措施阻止位移，参照中国矿业大学（北京）提出的滑坡治理[6]思路，优先在采场中部向北短工作线拉沟剥离推进130 m，利用两侧未剥离的原始物料顶住南帮滑体，经现场实践证明，该方案有效且达到了预计目标[7]。

3.2 东端帮横采

为彻底解决南帮边坡位移影响剥离作业的问题，参照中部横采经验，在东端帮进行横采拉沟，实现原煤开采的同时进行采区转向，并提前开展东端帮内排，缓解内排空间紧张问题：①停止内排作业，减缓南帮位移速度；②在安全的前提下，减小平盘宽度，加大工作帮坡角，降低生产剥采比，满足内供电厂发电及外销市场用煤需要；③快速在采场东端帮向北重新拉沟作业，将剥离物排至北部2 个临时排土场，完毕后进行横向采煤作业，将工作线推进方向改为自东向西推进，当安全距离满足50 m 时[8]，实现东端帮内排，解决南帮位移影响采煤作业的问题。

经计算，东端帮横采剥离量约为800 万m3，露煤量约为30 万t，可形成南北长约290 m、东西宽50 m 的采煤工作面，按每天8 组设备计算，总工期约6 个月。同时北部赋存F5正断层（断距约12 m），可利用天然坝体优势阻拦南帮位移，提高排土容量。

3.3 采煤及排土组织

由于露天矿重新拉沟剥离量大、露煤少，需采用采场西区、东区交替保供的方式采煤，以满足接续需要。当拉沟完成后，生产剥采比大幅度降低，再优先开采F5断层以南的煤炭资源，解决工作面转向和接续矛盾问题。

东端帮横采和接续剥离所产生的排土量全部排至北部（推进帮）2 个临时排土场，当东端帮横采推进超过100 m 以后，可在保证采场底部安全距离的前提下开展自东向西内排工作，最大限度地挖潜内排空间。

3.4 采场排水系统

受南帮位移影响，采场西区积水已无法自行流淌至东区，为此，采用采场综合排水解决排水问题。

1）采场东区。在采场东区底部境界线以东，底板－20 m 水平（横采拉沟位置）新建集水坑，并设置排水系统，利用原始东端帮边坡稳定的特点保持集水坑稳定，增加系统的服务周期[9]。在东端帮含水层涌水台阶位置铺设土工膜（防水作用），坡底线位置施工盲沟、花管并盖在土工膜下部，使后续排弃物料与原始边帮涌出的地下水进行物理分离，保持内排土场的稳定性。

2）采场西区。在采场西区东侧底板－10 m 水平新建西区集水坑，并设置排水系统，分担东区集水坑压力，提高采场排水系统稳定性，增强防洪、抗灾能力[10]。西区集水坑平面示意图如图2。

图2 西区集水坑平面示意图

3）导水盲沟。根据流水路线和采场现状，合理规划导水盲沟位置及参数，盲沟顶部铺设草帘子，防止剥离物料渗入毛石缝隙，保持盲沟导水效果，部分盲沟顶部铺设连续排水花路（管路直径根据流量确定），确保满足流水需要。

4）平盘排水沟。合理规划采场各平盘排水沟及顺水坡度，保持采场内部有序排水，最终实现采场排水顺畅[11]。

4 横采内排工艺应用效果

1）东端帮排土。利用现有东端帮稳定边坡优势，并在涌水台阶位置铺设土工膜、设置盲沟、花管，增加排土空间。工作面转向后，排土方向自东向西，实现由低处向高处排土，同时内排土场3 个方向（南、东、北）均为固定帮，内排土场边坡下滑力主要作用在东端帮上，因此不会对内排土场前缘边坡造成滑移。同时在北侧还有F5断层，将煤层底板抬升12～14 m，更利于内排稳定，增加排土空间。

2）内外排土场合并，增加排土空间。横向采煤施工完成，实现自东向西排土后，在边坡稳定的前提下，将东外排土场与内排土场合并，以缓解排土空间紧张局面。

3）利于采煤工作面排水。工作面转向后，采煤自东向西，实现由俯采变仰采，届时工作面排水问题将会通过毛石倒水盲沟自流方式解决，煤层中水分将会降低，同时由于采煤工作面不受内排土场边坡影响，采煤效率和煤质也将会大大提升，回收率大幅提高。

4）有效发挥毛石导水盲沟作用。在3 个固定帮（南、东、北）作用下，自东向西实现南北向同标高排土，南北向不再有下滑力作用，因此煤层底板不会再发生滑移，导水盲沟作用可得到有效发挥。

5）有利于非工作帮边坡稳定。通过东端帮自南向北横采施工，F5断层很快将会揭露，F5断层使煤层底板抬升约12～14 m，将会起到天然抗滑坝作用，阻止非工作帮前端边坡向北滑移。

5 结语

朝阳露天矿采用横采内排使采场东侧超前向北推进290 m，利用F5断层使煤层提升约15 m 的天然优势，作为阻拦内排土场边坡滑移的天然抗滑坝，实现了采场南北推进向东西推进的转向。同时在东端帮东侧新建集水坑，并与毛石盲沟有效结合，铺设土工膜，布置导水盲沟、花管，将内排土场物料与地下涌水分离，实现了采场有序排水，提高了内排土场边坡的稳定性。超前实现东端帮内排，挖潜了有效的内排空间，为采剥接续创造了良好的条件。