汝箕溝煤礦井工開采改露天復采的可行性研究

江文平

（神華寧夏煤業(yè)集團汝箕溝無煙煤分公司，寧夏 石嘴山 753004）

采礦工程

汝箕溝煤礦井工開采改露天復采的可行性研究

江文平

（神華寧夏煤業(yè)集團汝箕溝無煙煤分公司，寧夏 石嘴山 753004）

借鑒汝箕溝煤礦井工轉露天復采的成功技術經(jīng)驗，總結地下改地面開采技術途徑，找準制約汝箕溝礦區(qū)安全高效發(fā)展的關鍵點，對全礦區(qū)井工改露天復采轉型可行性進行論證分析，提出全礦區(qū)整合為一個大型露天礦的技術發(fā)展方向。

開采方式；轉型；技術

0 引 言

寧夏回族自治區(qū)北部、賀蘭山中段山間腹地中的汝箕溝礦區(qū)是無煙煤主要生產(chǎn)基地，已有190多年的開采歷史，現(xiàn)有汝箕溝煤礦、大峰露天煤礦、卡布梁煤礦共3個露天礦，紅梁煤礦、白芨溝煤礦共2個井工礦，生產(chǎn)規(guī)模5.5 Mt/a，同一井田、多個相鄰煤礦生產(chǎn)規(guī)模小、系統(tǒng)獨立、各自為政的歷史沿革，既有相互包含，又有相互擾動、相互疊加，開采技術條件非常復雜，難以形成集中、集約生產(chǎn)的競爭優(yōu)勢。礦區(qū)面積28.58 km2，可采煤層總厚度26.53 m、蓋山厚度234.5 m，截至目前剩余總可采儲量2.36億t、總剝離量35.26億m3、剝采比為14.9 m3/t，具有火與瓦斯并存、井工與露天并存的顯著特征。隨著開采強度不斷增大，開采水平逐漸變深，隨之帶來的安全問題也日趨明顯，尤其是瓦斯災害和隱蔽火區(qū)，嚴重制約礦區(qū)正常的生產(chǎn)建設。

1 典型技術經(jīng)驗

2013年7月汝箕溝煤礦結束了井工開采歷史，全面轉型為地面露天復采，順利實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級的同時，安全可靠程度大幅度提升。

1.1 概況

2009年汝箕溝煤礦在寧夏銀北礦區(qū)率先實現(xiàn)“一井一面一綜采”生產(chǎn)格局，采用斜井單水平石門上下山聯(lián)合開拓，走向長壁、傾斜分層、全部垮落綜采采煤工藝，通風方式為中央并列式、抽出式機械通風，設計生產(chǎn)能力1.2 Mt/a，提升、排水、供電、通風、運輸、抽采、防滅火等各大系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠。該礦井瓦斯相對涌出量60.46 m3/t，絕對瓦斯涌出量為115.72 m3/min，為煤與瓦斯突出礦井，地面火區(qū)及井下隱蔽火區(qū)影響范圍大，安全難以保障。

1.2 轉型背景

汝箕溝煤礦是一個地質條件復雜、自然災害嚴重的“雙突”礦井，長期面臨水、火、瓦斯、頂板、煤塵等災害的威脅。由于井田內(nèi)地表火區(qū)、井下隱蔽火區(qū)錯綜復雜，瓦斯含量大，寧蒙交界處小窯亂挖濫采，周邊露頭煤無序剝離，嚴重威脅安全生產(chǎn)的同時，造成礦井生產(chǎn)組織困難，礦井安全、資源回收率、設計生產(chǎn)能力等均得不到保證，面臨無法正常接續(xù)生產(chǎn)的局面。尤為嚴重的是火區(qū)壓煤3 600萬t無法采出，2010年之后井工實際生產(chǎn)能力勉強維持在0.75 Mt/a左右。

2002年—2011年，該礦井下共發(fā)生6次火災事故，均由火和瓦斯引發(fā)，再加上發(fā)生過2次煤與瓦斯突出、2次堅硬頂板、1次瓦斯爆燃、1次透水、以及多次靠內(nèi)蒙古一側小窯誤貫通，時刻威脅礦井安全生產(chǎn)，事故發(fā)生的頻次很高。2011年8月專家會診，評價后提出汝箕溝煤礦應從井工開采轉變?yōu)槁短扉_采，以徹底改變井工防火被動局面，改善安全生產(chǎn)條件，有效解放、回收火區(qū)下壓煤，提高采礦權范圍內(nèi)礦產(chǎn)資源的經(jīng)濟價值，提高回收率，實現(xiàn)礦井可持續(xù)發(fā)展。

1.3 井工改露天的關鍵點

1）認真分析開采技術條件、長遠接替以及產(chǎn)能等因素，找準制約礦井安全發(fā)展的關鍵點，從解決火與瓦斯并存的重大危險源入手，創(chuàng)新提出了井工改露天復采的發(fā)展思路。

2）依據(jù)GB50197—2005煤礦工業(yè)露天礦設計規(guī)范，煤層露頭出露地表，煤層覆蓋層較淺，剝采比小，緩傾斜煤層等條件適合于露頭開采。

3）露天開采要求最低回采率不低于90%，資源利用率高相比井工開采的60%，提高1.5倍以上，核定生產(chǎn)能力不變的前提下，相應延長空間服務年限1.5倍以上。

4）針對井工、露天并存，確實存在相互干擾的問題，提前結束井工接續(xù)，實施回撤封閉工程，全面、徹底向露天轉型。開采方式由地下開采轉變?yōu)榈孛骈_采，回收率增加，安全程度得以提升，符合“太西煤”保護性開采政策，項目上升到產(chǎn)業(yè)升級的高度。

5）露天開采在首采區(qū)開采結束后，下個采區(qū)剝離物大部分內(nèi)排。通過對內(nèi)外排土場的植被恢復和治理，水利建設和土地復墾，露天開采相比井工開采更有利于環(huán)境保護。

1.4 效果評估

汝箕溝煤礦是國內(nèi)首個經(jīng)政府部門批準的由井工開采改為露天開采方式的大型礦井，不僅解決了長期困擾井工生產(chǎn)難以克服的水、火、瓦斯、頂板等災害的影響，最大限度降低了安全風險，減輕了礦山安全生產(chǎn)壓力，確保實現(xiàn)了最優(yōu)的安全投資效益，而且生產(chǎn)規(guī)模穩(wěn)定在1.0 Mt/a以上，延長礦山服務年限，解決千余人就業(yè)問題。該礦井工改露天總投資184 179.60萬元，年總成本費用34 977.5萬元，年銷售收入65 000萬元，年凈收益16 415.39萬元，總投資利潤率8.91%，投資利稅率13.33%，投資回收期11.22年，相對煤炭行業(yè)的投資收益水平其經(jīng)濟效益較為顯著。

2 推廣應用前景

我國煤炭開采技術已經(jīng)相對成熟，對井工或露天礦規(guī)模生產(chǎn)方面的研究工作較多，但對于煤礦井工改露天復采轉型研究的比較少。汝箕溝煤礦井工轉露天復采的成功技術經(jīng)驗，對于汝箕溝礦區(qū)開采技術條件復雜、災害嚴重的紅梁煤礦、白芨溝煤礦，持續(xù)實施井工改露天復采具有重要的理論價值和技術支撐。礦區(qū)長遠規(guī)劃優(yōu)先發(fā)展井工改露天復采，最終全區(qū)實現(xiàn)露天開采，以提高國有資本配置和運行效率。

2.1 礦區(qū)生產(chǎn)技術特點

汝箕溝礦區(qū)共含可采和局部可采煤層7層，所屬煤層大都為緩傾斜煤層，礦體埋藏延深較小，屬短而淺礦床，地表煤層露頭四周出露完整，開采境界內(nèi)煤層屬“高瓦斯、雙突”煤層，地表共有24處火區(qū)，總面積超過332 hm2，屬典型的火與瓦斯并存高風險礦區(qū)，尤其是汝箕溝煤礦、白芨溝煤礦井工開采歷史上曾多次發(fā)生瓦斯突出、瓦斯燃燒被迫閉坑封井等情況，井工開采安全生產(chǎn)的難度極大。

2.2 論證分析

由于地下開采受到了火與瓦斯的嚴重威脅，積極推進井工轉露天勢在必行，汝箕溝礦區(qū)最終實現(xiàn)整體露天開采，是必然結果。

2.2.1 露天復采的必要性

1）解決了長期困擾井工生產(chǎn)難以克服的水患、火區(qū)、瓦斯、小窯采空區(qū)等災害的威脅，礦山安全條件得到大幅度改善：①汝箕溝礦井工開采區(qū)周圍火區(qū)遍布，火勢大，溫度高，火區(qū)不但影響井下生產(chǎn)系統(tǒng)的布置，而且極易導致井下瓦斯爆炸，發(fā)生災害。而礦區(qū)各礦井又屬高瓦斯礦井，火區(qū)燃燒及井工開采后，使山體裂隙發(fā)育，破壞井下供風系統(tǒng)，形成漏風與瓦斯積聚。采用露天開采方式后，可消除瓦斯的安全隱患；火區(qū)治理難度降低，通過露天剝挖可消滅火源，杜絕火區(qū)的再次復燃；②汝箕溝礦區(qū)周邊內(nèi)蒙古小井采空區(qū)遍布，嚴重危害礦井安全生產(chǎn)。若繼續(xù)采用井工開采方式，勢必會遇到突（涌）水，對工作面構成一定水患威脅。采用露天開采方式后，小窯采空區(qū)及積水對露天開采影響較小。

2）資源回收率大幅度提高，符合國家“太西煤”稀缺資源的保護政策。汝箕溝礦區(qū)整體改為露天開采，可采儲量可達226.55 Mt，比井工開采可多回收資源95.35 Mt，資源回收率由55%提高至95%，提高資源回收率近40%，符合國家“太西煤”稀缺資源的保護政策。

3）機械化程度及勞動生產(chǎn)率得到大幅度提高。汝箕溝礦區(qū)全面實現(xiàn)露天開采后機械化程度高、設備大型化自動化，可實現(xiàn)減員增效，全員生產(chǎn)效率由井工時的7 t/（工·日）提高至15 t/（工·日）。

4）增加了企業(yè)經(jīng)濟效益和社會效益。露天開采比井工可多回收資源95.35 Mt，按原煤售價650元/t計算，可增加企業(yè)經(jīng)濟價值620億元。若礦區(qū)生產(chǎn)規(guī)模按5.0 Mt/a計算，可延長礦區(qū)服務年限22.5年，為社會多解決了礦區(qū)2 000余人的就業(yè)問題。

2.2.2 井工開采改露采的可行性

1）當前，國內(nèi)露天煤礦的開采工藝出現(xiàn)了多樣化，開采規(guī)模大型化。同時隨著液壓挖掘機的廣泛使用，為處理采空區(qū)煤巖混雜提供了方便。隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，工業(yè)及民用煤市場不斷擴大，無煙煤這一世界稀缺的煤炭資源，由于揮發(fā)分低、硫分低、無粘結性、含碳量高等特點而作為環(huán)保用煤被廣泛應用。太西煤以其優(yōu)于其它無煙煤的質量優(yōu)勢，受到國內(nèi)外用戶的普遍青睞，銷售前景十分廣闊，原煤平均售價可觀，太西煤露天開采平均剝采比控制在 8 m3/t以下，效益非常顯著。隨著經(jīng)濟的發(fā)展與太西煤銷量的增加，太西煤效益可進一步提高，汝箕溝礦露天開采可進行全區(qū)開采。

2）汝箕溝礦區(qū)煤層厚、賦存穩(wěn)定、傾角緩、埋藏淺、儲量豐富，露天開采機械化程度高，經(jīng)濟效益好，生產(chǎn)成本低，塊煤率高，平均售價高。

3）2013年11月汝箕溝礦區(qū)內(nèi)汝箕溝露天煤礦、大峰露天煤礦、卡布梁露天煤礦、紅梁井工煤礦、白芨溝井工煤礦資源整合，組建了汝箕溝無煙煤分公司，按照“統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一設計、統(tǒng)一開采”，精細高效開發(fā)珍貴無煙煤資源，為優(yōu)先發(fā)展井工開采改露天復采，最終全區(qū)實現(xiàn)露天開采，營造了良好的發(fā)展空間和環(huán)境。

2.3 推廣應用規(guī)劃

根據(jù)經(jīng)濟效益、安全效益和生產(chǎn)效益3個方面良好的發(fā)展前景，緊密圍繞汝箕溝礦區(qū)整體“一盤棋”戰(zhàn)略思想，為了充分發(fā)揮露天開采工藝優(yōu)勢，逐步縮減、淘汰井工開采，加快推進現(xiàn)代化露天礦建設，不斷優(yōu)化生產(chǎn)規(guī)模和布局，借鑒2013年汝箕溝煤礦井工改露采的成功經(jīng)驗，穩(wěn)步推進紅梁煤礦、白芨溝煤礦井工改露采進程。打破煤礦境界及生產(chǎn)能力的嚴格限定，初期維持井工與露天并存的生產(chǎn)格局，后期礦區(qū)淘汰井工開采，全區(qū)實現(xiàn)露天開采。

2.4 效益評估

由于礦區(qū)深部地層內(nèi)水、地下隱蔽火區(qū)、瓦斯的不確定性以及地表火區(qū)遍布等因素的影響，井工開采的安全隱患逐漸顯現(xiàn)并多次發(fā)生突發(fā)事故，尋找突破口，實施井工開采改露天開采轉型改造，是唯一出路。

1）克服災害隱患，大幅度改善礦山安全條件。汝箕溝礦區(qū)井工開采區(qū)周圍火區(qū)遍布，火勢大，溫度高，火區(qū)不但影響井下生產(chǎn)系統(tǒng)的布置，而且極易導致井下瓦斯爆炸，發(fā)生災害。而礦區(qū)各礦井又屬高瓦斯礦井，火區(qū)燃燒及井工開采后，使山體裂隙發(fā)育，破壞井下供風系統(tǒng)，形成漏風與瓦斯積聚。歷史上汝箕溝煤礦井下共發(fā)生6次火災事故，雖未造成人員傷亡，但時刻威脅礦井安全生產(chǎn)。2006年白芨溝煤礦曾發(fā)生瓦斯爆炸，未造成人員傷亡，但造成設備的嚴重損壞，直接經(jīng)濟損失達上千萬元。采用露天開采方式后，基本消除了瓦斯的安全隱患；火區(qū)治理難度降低，通過露天剝挖可消滅火源，杜絕火區(qū)的再次復燃。

2）響應國家“太西煤”稀缺資源保護政策，效益顯著。汝箕溝礦區(qū)剩余煤炭地質儲量2.36億t，淘汰落后的井工生產(chǎn)工藝。全面實現(xiàn)露天開采后機械化程度高、設備大型化自動化，能夠實現(xiàn)減員增效，切實杜絕采富棄貧、采厚棄薄等違規(guī)開采行為，不僅符合國家“太西煤”稀缺資源的保護政策，而且具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。

3）露天采場統(tǒng)一設計、施工、管理，同時對地表火區(qū)進行有效治理。全面推進汝箕溝礦區(qū)全區(qū)實現(xiàn)露天開采的規(guī)劃，火區(qū)治理工程與露天開采統(tǒng)一設計、施工、管理，能夠確保規(guī)劃煤炭資源的安全，徹底解決火區(qū)下的資源滯留于地下無法采出的問題，可以將火區(qū)沿露頭剝挖掉，早日消滅火源，最大限度地將火區(qū)下的資源全部采出，同時還可以保護礦區(qū)自然環(huán)境。

3 結語

汝箕溝礦區(qū)大峰煤礦成功實施的汝箕溝煤礦井工改露天復采項目、大峰煤礦羊齒采區(qū)井工改露天復采項目、卡布梁煤礦井工改露天復采項目，從解決火與瓦斯并存的重大危險源入手，找準了制約安全發(fā)展的關鍵點。結合礦區(qū)生產(chǎn)現(xiàn)狀及企業(yè)發(fā)展的需要，未來汝箕溝礦區(qū)只設一個大型露天煤礦，通過實施井工改露天復采，可改善安全生產(chǎn)條件，有效解放、回收火區(qū)下壓煤，提高采礦權范圍內(nèi)礦產(chǎn)資源的經(jīng)濟價值和經(jīng)濟效益，提高回收率，帶動無煙煤產(chǎn)業(yè)安全、產(chǎn)能的升級改造，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

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【責任編輯：陳 毓】

Feasibility study on underground mining to open-pit mining in Rujigou Mine

JIANG Wenping
(Rujigou anthracite branch,Shenhua Ningxia Coal Group,Shizuishan 753004,China)

The article draws successful technology experience from the underground mining to open-pit mining in Rujigou Coal Mine,and summarizes mining technology methods.The mine identifies the key points of restricting safety and efficient development in Rujigou Coal Mine,demonstrate the feasibility of the underground mining to open-pit mining,and puts forward technology development direction of the whole mining area into a large open-pit mine.

mining method;transformation;technology

TD217

B

1671－9816（2017）04－0001－04

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.04.001

江文平.汝箕溝煤礦井工開采改露天復采的可行性研究［J］.露天采礦技術，2017，32（4）：1-3.

2016-12-12

江文平（1967—），男，寧夏固原人，高級工程師、注冊安全工程師、工程碩士，現(xiàn)任神華寧夏煤業(yè)集團汝箕溝無煙煤分公司經(jīng)理，主要從事煤礦生產(chǎn)經(jīng)營管理工作。