撫順西露天礦南幫西區(qū)煤炭開采方案優(yōu)化

韓曉極，李惠發(fā)，馮 萍

（1.煤科集團(tuán)沈陽研究院有限公司，遼寧 撫順 113122；2.撫順礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司 西露天礦，遼寧 撫順 113001）

撫順西露天礦南幫西區(qū)煤炭開采方案優(yōu)化

韓曉極1，李惠發(fā)2，馮 萍2

（1.煤科集團(tuán)沈陽研究院有限公司，遼寧 撫順 113122；2.撫順礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司 西露天礦，遼寧 撫順 113001）

撫順西露天礦南幫發(fā)生大面積滑移變形，致使坑底變形區(qū)內(nèi)煤炭停止開采。通過實(shí)施回填壓腳、防治水等綜合治理方案，邊坡變形速率數(shù)據(jù)變化趨于平穩(wěn)。為充分回收煤炭資源，采取優(yōu)化措施調(diào)整開采方法，對(duì)區(qū)內(nèi)煤炭進(jìn)行條帶式開采即分區(qū)開采、隨采隨填，最后進(jìn)行南北平鋪式回填，為南幫邊坡穩(wěn)定提供了有力保障。

滑移變形；回填壓腳；分區(qū)開采；隨采隨填

0 引言

撫順西露天礦南幫千臺(tái)山山坡于2009年初發(fā)現(xiàn)2條裂縫，東西向延展、近于平行的弧形裂縫。受降雨、人工開挖等影響，2013年初，邊坡變形及坑底鼓脹明顯加劇，裂縫長度已達(dá)3 090 m，變形區(qū)面積約2.9 km2[1]。

經(jīng)回填壓腳等綜合防治措施實(shí)施，南幫變形已呈現(xiàn)趨緩態(tài)勢。2016年初，為充分回收煤炭資源，采取優(yōu)化措施調(diào)整開采方法，在南幫進(jìn)行地質(zhì)變形監(jiān)測，采用了地質(zhì)雷達(dá)、GPS等變形監(jiān)測系統(tǒng)，對(duì)變形速率值范圍和變形趨勢對(duì)邊坡穩(wěn)定狀況進(jìn)行研判，對(duì)南幫E500至E900區(qū)域的煤炭進(jìn)行了分區(qū)開采、隨采隨填的控制性開采。該變形區(qū)內(nèi)開采活動(dòng)確保在開采許可證范圍內(nèi)開采，不超深越界開采，開采過程中監(jiān)測南幫有下滑趨勢，立即停止開采。

1 工程概況

1.1 南幫變形區(qū)范圍

南幫變形區(qū)面積約2.9 km2，中心點(diǎn)地理坐標(biāo)：東經(jīng)123°52′27"，北緯41°49′44"。變形區(qū)地表范圍為W500—E2300，坑內(nèi)東西范圍為E200—E1300，南北范圍為S800—N400，標(biāo)高由+127 m～-316 m水平；變形區(qū)內(nèi)煤炭開采東西范圍為E250—E880。南幫變形區(qū)整體邊坡角見表1。坡體滑動(dòng)變形進(jìn)入相對(duì)慢速滑動(dòng)階段，在保證邊坡可防可控的情況下，進(jìn)行煤炭資源回收。

1.2 變形區(qū)地質(zhì)條件

1.2.1 地層

表1 南幫變形區(qū)整體邊坡角

南幫邊坡巖體主要由凝灰?guī)r、玄武巖及其下付的片麻巖構(gòu)成。第四系沖洪積層覆蓋于花崗片麻巖及玄武巖之上。

1.2.2 地形地貌

區(qū)內(nèi)地貌類型為丘陵區(qū)，地形起伏較大，礦坑區(qū)域?yàn)榻?jīng)人工改造形成的臺(tái)階地形，隨著采場的不斷降深，礦坑南幫垂直深度達(dá)400～500 m。

1.2.3 地質(zhì)構(gòu)造

南幫由于受礦區(qū)主要斷裂的影響，有許多縱向和橫向斷層，而且有特殊的背斜傾伏和褶曲，構(gòu)造比較復(fù)雜。區(qū)內(nèi)存在東西向斷裂構(gòu)造（F2）、西露天礦中部北西—南東向斷裂構(gòu)造（F5）[2]。

1）褶皺構(gòu)造（西露天礦向斜）。千臺(tái)山位于撫順西露天向斜的南翼。其中A煤層和B煤層的褶曲構(gòu)造，在W1200至W600區(qū)域內(nèi)淺部由于褶曲使AB煤層的產(chǎn)狀要素在局部地段產(chǎn)生劇烈變化。

2）斷裂構(gòu)造。F2斷層位于變形區(qū)西側(cè)中部，長約1 200 m。主要含煤系地層和下伏的凝灰?guī)r、玄武巖系地層都被切斷。西露天礦南幫的主要滑坡區(qū)—南崩巖（E300—W1200）區(qū)正在斷層的上面，過去發(fā)生的滑坡下界大多位于二號(hào)斷層出露帶。F5斷層位于變形區(qū)東側(cè)西露天礦中部，長1 700 m，為張扭性正斷層。其它南北向橫斷層：以往的滑坡，往往滑坡的兩側(cè)邊界都是一些南北向小橫斷層，落差小，有時(shí)只有1～2 m。這些小橫斷層與礦區(qū)的F5斷層存在伴生關(guān)系。

1.2.4 水文條件

變形區(qū)西區(qū)處于南幫變形區(qū)和北幫高段下，采區(qū)狹窄，平硐涌水和北幫“洽瀑”地表徑流在該區(qū)匯集，開采難度和安全風(fēng)險(xiǎn)較大[3-5]。

2 煤炭開采方法

西區(qū)煤炭按照分段開采、分段到界、分段回填、快采快填的方法，對(duì)西區(qū)煤炭進(jìn)行開采設(shè)計(jì)。將該區(qū)域劃分為E250—E500和E500—E880兩個(gè)區(qū)域，實(shí)行分區(qū)到界開采，跟蹤進(jìn)行回填，并根據(jù)變形數(shù)據(jù)指導(dǎo)和調(diào)整開采設(shè)計(jì)，及時(shí)停止生產(chǎn)進(jìn)行回填，減小南幫變形破壞，保證南幫邊坡穩(wěn)定和不對(duì)南幫設(shè)施產(chǎn)生大的破壞，實(shí)現(xiàn)煤炭全部開采到界，同時(shí)提供了足夠的排土空間，有利于排土接續(xù)，避免被掩埋。開采平面布置如圖1所示，變形區(qū)內(nèi)礦物開采總量見表2。

圖1 區(qū)內(nèi)采煤平面示意圖

表2 西區(qū)煤炭開采量

2.1 開采前準(zhǔn)備措施

1）西區(qū)是主要有平硐涌水和北幫“洽瀑”地表徑流兩條匯水區(qū)域，為有效攔截了平硐涌水和北幫地表匯水，采取在E200采區(qū)外新建-268泵站，對(duì)匯水進(jìn)行截水搗排，解決了制約西區(qū)采煤的關(guān)鍵問題。

2）在開采過程中設(shè)置臨時(shí)坑底搗泵站，防止邊坡滲水進(jìn)入采區(qū)，為降深采煤創(chuàng)造有利條件。

3）在邊坡地質(zhì)雷達(dá)實(shí)時(shí)監(jiān)控下，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際需求全方位實(shí)施回填壓腳工程，排棄到界標(biāo)高為-260 m水平。內(nèi)排壓腳結(jié)束后，南幫邊坡穩(wěn)定系數(shù)可以增加至1.15，可進(jìn)行該區(qū)域內(nèi)煤炭開采[6]。

2.2 煤炭開采

2.2.1 E250—E500區(qū)域煤炭開采

首先，采掘E250—E500區(qū)域煤炭，由-295 m水平降至-340 m水平，采掘?qū)挾茸钚√帪?2 m。該區(qū)域采剝總體積99萬m3。其中煤體60萬m3（35萬t），貧礦12萬m3，回填物料27萬m3。開采平面布置如圖2所示。

該區(qū)域煤炭采掘完成后，在保留-268泵站的前提下，對(duì)E300—E500區(qū)域進(jìn)行回填，安排采礦汽車在南幫由 E300，-283 m水平按 8%坡度延伸至E830，-327 m水平，再按8%坡度向西折返至E500，-351 m水平，最后按10%坡度至E830，-376 m水平回填，形成運(yùn)輸系統(tǒng)公路，公路寬度為20 m，回填工程量為30萬m3。在采區(qū)南側(cè)形成E500—E880區(qū)域煤炭開拓運(yùn)輸系統(tǒng)后，廢除現(xiàn)有北幫開拓運(yùn)輸系統(tǒng)。開采平面布置如圖3所示。

圖2 第1階段采煤平面

圖3 第2階段一期采煤平面

2.2.2 E500—E880區(qū)域煤炭開采

采區(qū)南側(cè)形成E500—E880區(qū)域煤炭開拓運(yùn)輸系統(tǒng)形成后，采掘E500—E880區(qū)域煤炭。安排電鏟采掘E500—E880區(qū)域，采剝總體積15萬m3，其中貧礦7萬m3，油母頁巖富礦8萬m3（13萬t），露出E500—E630區(qū)域煤炭，自此西區(qū)可陸續(xù)采出煤炭。之后，安排2臺(tái)電鏟同時(shí)采掘E500—E630區(qū)域，采剝總體積51萬m3。其中煤體45萬m3（26萬t），貧礦6萬m3。此區(qū)域煤炭采掘完成之后，受采掘?qū)挾认拗?，只能安?臺(tái)電鏟進(jìn)行最后一幅拉溝降深，采掘E550—E830區(qū)域，-356 m水平以下煤炭6萬m3（4萬t），最深處由-315 m水平降至-376 m水平，采掘?qū)挾茸钚√帪?5 m。

該區(qū)域煤炭開采完成后，為最大程度回收煤炭資源，優(yōu)化運(yùn)輸系統(tǒng)，按采區(qū)南側(cè)E500—至E880區(qū)域運(yùn)輸系統(tǒng)坡度對(duì)坑底到界區(qū)域進(jìn)行回填，在采區(qū)北側(cè)形成新的采煤運(yùn)輸系統(tǒng)。

新采煤運(yùn)輸系統(tǒng)形成后，對(duì)采區(qū)南側(cè)運(yùn)輸系統(tǒng)壓滯煤炭進(jìn)行開采回收，最終E800以西區(qū)域煤炭全部實(shí)現(xiàn)開采到界。開采平面布置如圖4所示。

圖4 第2階段二期采煤平面

2.3 南幫變形區(qū)回填壓腳

西區(qū)E800以西煤炭全部開采到界之后，對(duì)E250—E880區(qū)域進(jìn)行南北平鋪式回填，回填至-260 m水平，提高整體南幫邊坡穩(wěn)定性，保證坑下-188及+20破碎提升系統(tǒng)安全，回填工程量為730萬m3。

3 到界回填后邊坡穩(wěn)定性分析

通過采取摩根斯坦－普瑞斯（Morgenstern-Price）法來計(jì)算邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)，該方法考慮了全部平衡條件與邊界條件，消除計(jì)算方法上的誤差。變形區(qū)內(nèi)煤炭開采前，由于前緣受到回填壓腳地質(zhì)構(gòu)造的約束，整體滑動(dòng)性出現(xiàn)逐步減弱的趨勢，但仍存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。區(qū)內(nèi)開采活動(dòng)結(jié)束后，大面積的回填壓腳，使整個(gè)變形帶被掩埋，徹底解除了這一隱患。經(jīng)計(jì)算，平鋪式回填壓腳至-260 m水平后，穩(wěn)定系數(shù)可達(dá)至1.3以上，邊坡屬于穩(wěn)定狀態(tài)。邊坡工程地質(zhì)模型如圖5所示[7-8]。

圖5 E600剖面回填后邊坡穩(wěn)定性系數(shù)為1.373

4 結(jié) 語

在充分地回收了西露天礦南幫變形區(qū)內(nèi)的煤炭資源的前提下，通過采取邊監(jiān)測、邊開采、邊回填的方法，確保邊坡穩(wěn)定和安全生產(chǎn)。在煤炭資源開采到界之后，對(duì)整個(gè)煤炭開采區(qū)域進(jìn)行南北貫通、平鋪式回填，提高了南幫變形區(qū)邊坡穩(wěn)定系數(shù)，保證坑下-188及+20破碎提升系統(tǒng)安全，為南幫構(gòu)筑物提供了保障，同時(shí)對(duì)高陡邊坡下開采礦物資源以及高陡露天礦邊坡穩(wěn)定性研究具有一定借鑒作用。

［1］ 撫順西露天礦南幫邊坡穩(wěn)定性研究報(bào)告［R］．撫順：煤炭科學(xué)研究總院沈陽研究院，2013.

［2］ 高國驤.西露天礦開采技術(shù)［M］．北京：煤炭工業(yè)出版社，1993.

［3］ 駱中洲.露天采礦學(xué)（上冊(cè)）［M］.徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1996.

［4］ 駱中洲.露天采礦學(xué)（下冊(cè)）［M］.徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1996.

［5］ 駱中洲.露天采礦學(xué)（采礦工藝）［M］.徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1996.

［6］ 宋子嶺.露天開采工藝［M］.徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2015.

［7］ 李偉.露天煤礦排土場邊坡穩(wěn)定性分析與治理技術(shù)［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2014（10）：37-40.

［8］ 唐學(xué)民.摩根斯坦-普瑞斯法對(duì)露天礦邊坡穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)應(yīng)用［J］.西部資源，2012（5）：118-119.

【責(zé)任編輯：解連江】

Scheme optimization of coal mining in south slope west area of Fushun West Open-pit Mine

HAN Xiaoji1,LI Huifa2,FENG Ping2
(1.China Coal Technology and Engineering Group Shenyang Research Institute,Fushun 113122,China 2.West Open-pit Mine,Fushun Mining Group Co.,Ltd.,Fushun 113001,China)

The south slope emerges large sliding deformation in West Open-pit Mine,which results in stopping coal mining in the pit deformation zone.Through the implementation of backfilling presser foot,prevention and control of water comprehensive control scheme,the data change of slope deformation rate is stable.For full recovery of coal resources,the mine adopts optimization measures to adjust mining method,and carries out partition mining and strip mining and north and south backfill,which provides powerful guarantee for the stability of south slope.

slip deformation;backfill presser foot;partition mining;strip mining

TD824

B

1671－9816（2017）06－0001－05

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.06.001

韓曉極，李惠發(fā)，馮萍.撫順西露天礦南幫西區(qū)煤炭開采方案優(yōu)化［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（6）：1-4.

2017-03-05

韓曉極（1989—），男，遼寧撫順人，碩士，現(xiàn)在煤科集團(tuán)沈陽研究院有限公司工作，研究方向礦山工程與城市環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害防治。