安家?guī)X露天煤礦東部開采邊界優(yōu)化

孫 杰

（中煤平朔集團(tuán)有限公司，山西 朔州 036006）

露天煤礦最終開采邊界的確定一直是露天礦建設(shè)的難點(diǎn)。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，若存在著開采境界不合理，便會(huì)出現(xiàn)固定幫超前剝離或者壓煤的現(xiàn)象，此時(shí)會(huì)影響到前期的剝離成本及資源回收率。

山西平朔礦區(qū)安家?guī)X露天礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力15.0 Mt/a，核定生產(chǎn)能力20.0 Mt/a，主要開采4#煤、9#煤、11#煤3 個(gè)煤層。以礦井初步設(shè)計(jì)中劃定的安家?guī)X東部境界作為地表境界，并以35°幫坡角下推至11#煤層底板作為深部境界，根據(jù)GB 50197—2015煤炭工業(yè)露天礦設(shè)計(jì)規(guī)范可知，當(dāng)開采深度小于200 m 時(shí)，安全距離不宜小于最大開采深度；當(dāng)開采深度大于200 m 時(shí)，安全距離不宜小于200 m 的相關(guān)要求，安家?guī)X露天礦東幫開采深度為170～210 m，露天礦東部境界至各重要設(shè)施的距離應(yīng)為170～200 m。若按照此規(guī)定，安家?guī)X將損失礦權(quán)界范圍內(nèi)煤量近3.0 Mt，因此有必要對(duì)安家?guī)X礦東幫進(jìn)行優(yōu)化研究，確定最合理的東幫最終開采境界。

1 邊界優(yōu)化影響因素分析

露天煤礦的端幫位置是指露天礦的開采最終位置，端幫位置直接決定了露天礦資源回收的邊界。因此對(duì)露天礦的端幫進(jìn)行優(yōu)化，確定最合理的端幫位置有利于礦山盡可能多的回收經(jīng)濟(jì)可采資源量。

根據(jù)安家?guī)X露天煤礦的開采現(xiàn)狀，結(jié)合國(guó)家相關(guān)規(guī)范及行業(yè)內(nèi)端幫開采的相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)分析，對(duì)安家?guī)X露天煤礦東部端幫的主要影響因素有：

1）露天礦原設(shè)計(jì)開采界。安家?guī)X東幫開采位置不應(yīng)超出原設(shè)計(jì)開采界范圍。

2）邊坡穩(wěn)定安全距離。根據(jù)國(guó)家規(guī)范中關(guān)于邊坡穩(wěn)定的規(guī)定[1-2]，露天礦當(dāng)開采深度小于200 m 時(shí)，安全距離不宜小于最大開采深度；當(dāng)開采深度大于200 m 時(shí)，安全距離不宜小于200 m?；谏鲜鲆?guī)范可知在確定端幫位置時(shí)，應(yīng)充分考慮端幫位置的邊坡穩(wěn)定性對(duì)于其開采境界周圍重要建構(gòu)筑物的影響，且規(guī)范給出了一定的參考安全距離。

3）爆破安全距離[3-4]。露天礦山的端幫開采對(duì)周圍建構(gòu)筑物的影響除了邊坡穩(wěn)定性影響之外，最重要的就是爆破安全影響。根據(jù)爆破安全計(jì)算及施工經(jīng)驗(yàn)，得出安家?guī)X東幫地表開采邊界距離地面建構(gòu)筑物的安全距離至少50 m。

2 優(yōu)化方案的提出與對(duì)比分析

2.1 優(yōu)化方案的提出

根據(jù)上述端幫優(yōu)化影響因素的分析結(jié)果，結(jié)合安家?guī)X露天礦東幫現(xiàn)狀，提出以下優(yōu)化方案。

1）優(yōu)化方案1。安家?guī)X露天煤礦東幫開采深度平均約為200 m，露天礦采掘場(chǎng)東幫地表境界與重要建（構(gòu)）筑物的安全距離取200 m，以安家?guī)X礦東幫礦權(quán)界附近的民房、煤場(chǎng)、平陶路、工業(yè)大道、后安工業(yè)場(chǎng)地和白蘆工業(yè)廣場(chǎng)的西側(cè)邊界，向采掘場(chǎng)內(nèi)部回收200 m。

2）優(yōu)化方案2。按照端幫優(yōu)化影響因素分析，在保證邊坡穩(wěn)定性和爆破作業(yè)安全性的前提下，露天礦采掘場(chǎng)東幫地表境界與重要建（構(gòu)）筑物的安全距離取50 m。以安家?guī)X礦東幫礦權(quán)界附近的民房、煤場(chǎng)、平陶路、工業(yè)大道、后安工業(yè)場(chǎng)地和白蘆工業(yè)廣場(chǎng)的西側(cè)邊界，向采掘場(chǎng)內(nèi)部回收50 m。

3）優(yōu)化方案3。該方案是在優(yōu)化方案2 的基礎(chǔ)上對(duì)東部靠界邊界形狀進(jìn)行優(yōu)化。由東幫礦權(quán)界附近構(gòu)建筑物位置分析，平陶路以西靠近采場(chǎng)一側(cè)，有少量民房及1 處煤場(chǎng)，緊鄰煤場(chǎng)南部的平陶路存在1 個(gè)明顯彎向采場(chǎng)方向的彎弧，若能對(duì)民房和煤層進(jìn)行拆遷，對(duì)該段彎弧道路進(jìn)行取直改移，則采場(chǎng)東幫可以進(jìn)一步向東推進(jìn)，有利于最大程度的回收煤炭資源[5]。露天礦采掘場(chǎng)東幫地表境界與重要建（構(gòu)）筑物的安全距離也取50 m，在拆遷平陶路以西的民房和儲(chǔ)煤場(chǎng)，并局部取直改移平陶路以后，以安家?guī)X礦東幫礦權(quán)界附近改移后的平陶路、工業(yè)大道、后安工業(yè)場(chǎng)地和白蘆工業(yè)廣場(chǎng)的西側(cè)邊界，向采掘場(chǎng)內(nèi)部回收50 m。

2.2 優(yōu)化方案對(duì)比分析

2.2.1 技術(shù)指標(biāo)對(duì)比分析

安家?guī)X露天礦東幫優(yōu)化各方案最終境界煤巖量見表1。

表1 安家?guī)X露天礦東幫優(yōu)化各方案最終境界煤巖量

通過(guò)分析表1 可知3 種優(yōu)化方案的煤巖量關(guān)系。與原境界方案對(duì)比，東幫經(jīng)過(guò)優(yōu)化后，安家?guī)X礦的剝離量及原煤量都有不同程度的減少。安家?guī)X礦各東幫優(yōu)化方案與原設(shè)計(jì)方案最終境界煤巖量對(duì)比見表2。

表2 安家?guī)X礦東幫各優(yōu)化方案與原設(shè)計(jì)方案最終境界煤巖量對(duì)比

通過(guò)以上各表數(shù)據(jù)，及各東幫優(yōu)化方案特點(diǎn)，對(duì)各優(yōu)化方案進(jìn)行優(yōu)缺點(diǎn)分析如下：

1）方案1。優(yōu)點(diǎn)：東幫地表開采界距離構(gòu)建筑物的安全距離大，爆破形式簡(jiǎn)單成本低，不需要拆遷；缺點(diǎn)：損失原煤量大，損失原煤量的剝采比小。

2）方案2。優(yōu)點(diǎn)：不需要拆遷，損失煤量相比東幫優(yōu)化方案1 小，損失原煤量的剝采比相對(duì)優(yōu)化方案1 大；缺點(diǎn)：東幫地表開采界距離構(gòu)建筑物的安全距離小，需進(jìn)行控制爆破，爆破成本高。

3）方案3。優(yōu)點(diǎn)：損失煤量最少，損失原煤量的剝采比最大，東幫臺(tái)階較平直有利于端幫開挖施工和降低端幫運(yùn)距；缺點(diǎn)：需要拆遷，東幫地表開采界距離構(gòu)建筑物的安全距離小，需進(jìn)行控制爆破，爆破成本高[6]。

2.2.2 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析

1）方案2 相對(duì)方案1 多回收原煤量18.22 Mt，成本分析主要包括多開采范圍的征地、穿爆、采裝、運(yùn)輸、采煤運(yùn)煤和排土費(fèi)用。其中多征地39.60 hm2（594 畝），同時(shí)多剝離86.16 Mm3，多開采原煤的平均生產(chǎn)成本估算約為106.41 元/t，原煤售價(jià)按照180元/t 計(jì)算，粗略估算方案2 比方案1 可多產(chǎn)生利潤(rùn)13.41 億元。

2）方案3 相對(duì)方案2 多回收原煤量4.58 Mt，方案3 需要對(duì)平陶路西側(cè)的民房、煤場(chǎng)進(jìn)行拆遷，同時(shí)需要改移部分平陶路路段，其中東幫優(yōu)化方案3 相比方案2 多征地8.10 hm（2121.50 畝），同時(shí)多剝離16.50 Mm3。拆遷民房5 戶共10 間，合面積約1 200 m2；拆遷煤場(chǎng)1 處，面積約為2.06 hm2；改移平陶路長(zhǎng)度約726.0 m；而方案3 相對(duì)方案2 可多開采原煤4.58 Mt，多開采原煤的平均生產(chǎn)成本估算約為102.61 元/t，原煤售價(jià)按照180 元/t 計(jì)算，方案3 比方案2 可多產(chǎn)生利潤(rùn)3.54 億元，故東幫優(yōu)化方案3明顯優(yōu)于東幫優(yōu)化方案2。

3 優(yōu)化方案的確定

按照安家?guī)X東幫優(yōu)化方案的分析對(duì)比結(jié)果，推薦方案3 為東幫優(yōu)化方案，既在拆遷平陶路以西的民房和儲(chǔ)煤場(chǎng)，并局部取直改移平陶路以后，以安家?guī)X礦東幫礦權(quán)界附近改移后的平陶路、工業(yè)大道、后安工業(yè)場(chǎng)地和白蘆工業(yè)廣場(chǎng)的西側(cè)邊界，向采掘場(chǎng)內(nèi)部回收50 m，形成最終東幫開采境界。

由于安家?guī)X礦東幫區(qū)域煤層近水平賦存，且不存在大的斷層，地層條件良好，煤層賦存較厚，非常便于實(shí)施端幫采煤。按照目前國(guó)內(nèi)的端幫采煤技術(shù)，類似安家?guī)X煤礦東部區(qū)域煤層賦存情況[7-8]，端幫采煤進(jìn)深一般可達(dá)200 m，采動(dòng)范圍資源回收量可達(dá)60%。根據(jù)優(yōu)化方案，對(duì)安家?guī)X東幫各煤層端幫可采范圍進(jìn)行圈定，圈定原則如下：①端幫采煤傾角不超過(guò)12°；②進(jìn)深最大為200 m；③以礦權(quán)界為界限，至少留20 m 保安煤柱。

根據(jù)以上原則，能夠得出圈定的端幫采煤可回收資源量，安家?guī)X礦東幫優(yōu)化推薦方案東端幫回采煤量估算見表3。

表3 安家?guī)X礦東幫優(yōu)化推薦方案東端幫回采煤量估算

4 結(jié)語(yǔ)

以安家?guī)X露天煤礦原礦井設(shè)計(jì)邊界為基礎(chǔ)，通過(guò)東幫端幫優(yōu)化影響因素分析，提出3 種邊界優(yōu)化方案，基于技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的對(duì)比分析，將東部境界靠界距地面建筑物的安全距離由200 m 縮短至50 m，并合理優(yōu)化東部靠界邊界形狀，與原初步設(shè)計(jì)相比可增加經(jīng)濟(jì)效益15.96 億元，有效提升了礦井的經(jīng)濟(jì)效益。