塔爾煤田Ⅰ區(qū)塊露天煤礦拉溝位置方案優(yōu)化

劉英璐

（中煤科工集團(tuán)沈陽(yáng)設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110015）

塔爾煤田Ⅰ區(qū)塊面積約為140 km2，自1988年SAZDA、WAPDA公司在塔爾地區(qū)發(fā)現(xiàn)煤田以來(lái)，先后有多家研究機(jī)關(guān)和勘查單位對(duì)該地區(qū)進(jìn)行過(guò)不同程度的煤炭勘探和地質(zhì)研究工作。包括巴基斯坦地質(zhì)調(diào)查局（GSP）、巴基斯坦石油和礦產(chǎn)資源部、德國(guó)RWE公司、環(huán)球礦業(yè)（中國(guó)）有限公司、羅馬石油和礦產(chǎn)聯(lián)合公司等[1]。

基于歷史勘探資料，開(kāi)展了初步可行性研究工作，包括煤質(zhì)分析、地質(zhì)模型建立、儲(chǔ)量計(jì)算、境界圈定、拉溝位置選擇、剝采比計(jì)算及其他配套工程的研究等。但這些歷史勘探資料存在勘探程度不足、煤層劃分標(biāo)準(zhǔn)不一、缺少實(shí)測(cè)地形等問(wèn)題[2]。

隨著研究工作的不斷深入，國(guó)內(nèi)的煤田地質(zhì)勘查部門逐步介入，在收集了以往地質(zhì)資料基礎(chǔ)上，進(jìn)行了實(shí)地勘查。將歷史勘探數(shù)據(jù)與補(bǔ)充勘探數(shù)據(jù)相結(jié)合并進(jìn)行對(duì)比分析，將所有地質(zhì)資料整合成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)下的地質(zhì)數(shù)據(jù)。為本露天煤礦的下一步工作提供了客觀、可靠的地質(zhì)資料。

因此，作為項(xiàng)目實(shí)施的重要基礎(chǔ)，需要對(duì)初步可行性研究階段選擇的露天礦拉溝位置方案，結(jié)合新的地質(zhì)資料進(jìn)行分析論證與優(yōu)化，在保證可采儲(chǔ)量的前提下，選擇煤層埋藏淺、煤質(zhì)相對(duì)較好、剝采比較小的區(qū)域作為目的區(qū)，以降低露天礦初期投資和未來(lái)的生產(chǎn)成本[3]。

1 結(jié)合實(shí)測(cè)地形初可研階段拉溝位置方案的論證

初可研工作中，露天礦地形主要依據(jù)數(shù)量有限的鉆孔數(shù)據(jù)、圖片數(shù)字化后的高層點(diǎn)生成，數(shù)據(jù)有限，精度較低。經(jīng)國(guó)內(nèi)地質(zhì)部門現(xiàn)場(chǎng)踏勘測(cè)量后，獲得了初期開(kāi)采地段范圍內(nèi)精確的地形等高線，礦區(qū)東部、南部和北部地形復(fù)雜，地形為連綿起伏的中、低沙丘，露天礦實(shí)測(cè)地形與拉溝位置方案對(duì)比如圖1。

圖1 露天礦實(shí)測(cè)地形與拉溝位置方案對(duì)比示意圖

將初可研工作選擇的拉溝位置（方案1）疊合到圖中，可見(jiàn)拉溝位置處地勢(shì)較高，不符合露天礦初期剝離工程工作面的布置及降低基建工程量的一般要求，需要結(jié)合地形走勢(shì)、上覆剝離物厚度、煤層厚度等數(shù)據(jù)對(duì)拉溝位置進(jìn)行優(yōu)化。因此在原境界基礎(chǔ)上，提出地勢(shì)相對(duì)平坦、基建工程量可能較小的方案2，拉溝位置位于首采區(qū)西部，向東推進(jìn)。依據(jù)地質(zhì)模型，按剝采發(fā)展空間對(duì)方案1和方案2煤、巖量進(jìn)行計(jì)算，分別得到自然剝采比曲線，并對(duì)達(dá)產(chǎn)后20 a的生產(chǎn)剝采比進(jìn)行均衡，方案1和方案2基建工程量及剝采比對(duì)比情況見(jiàn)表1。

表1 方案1和方案2基建量及剝采比對(duì)比表

從表1中看到，方案2基建工程量?jī)H比方案1小5.0 Mm3，且初期生產(chǎn)剝采比為8.2 m3/t，比方案1的7.2 m3/t大1.0 m3/t，從初期生產(chǎn)剝采比角度看，不推薦方案2。

因此，從降低基建工程量，降低初期生產(chǎn)剝采比角度出發(fā)，提出方案3。在方案2基礎(chǔ)上，拉溝位置沿推進(jìn)方向西偏移約1 300 m，避開(kāi)地勢(shì)較高區(qū)域，同時(shí)露天礦開(kāi)采境界相應(yīng)調(diào)整，方案3拉溝位置如圖2。在此基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步驗(yàn)證是否能降低初期生產(chǎn)剝采比，進(jìn)而提出方案4，方案4拉溝位置如圖3。該方案在保證合理采區(qū)寬度的前提下，南北方向布置采區(qū)，考慮拉溝位置區(qū)域不變，改變拉溝方向?yàn)闁|西方向，向南推進(jìn)[4]。依據(jù)地質(zhì)模型，按剝采發(fā)展空間對(duì)煤巖量進(jìn)行計(jì)算，方案3和方案4基建量及剝采比對(duì)比表見(jiàn)表2。

表2 方案3和方案4基建量及剝采比對(duì)比表

圖2 方案3拉溝位置示意圖

圖3 方案4拉溝位置示意圖

從表2中可見(jiàn)，方案3基建工程量為160.0 Mm3，比方案1少20.0 Mm3，方案3拉溝位置所在區(qū)域較優(yōu)。但初期剝采比為8.0 m3／t，與方案1比較并沒(méi)有優(yōu)勢(shì)。方案4改變推進(jìn)方向后，較方案3只是初期剝采比略有降低，且基建量多了5.0 Mm3。

因此，方案3和方案4拉溝位置雖避開(kāi)地形較高區(qū)域，但初期剝采比均沒(méi)有達(dá)到方案1的7.20 m3／t，因此，對(duì)于初可研所選擇的拉溝位置方案調(diào)整，僅依據(jù)新測(cè)地形資料難以得到最優(yōu)結(jié)果，需要對(duì)拉溝位置方案進(jìn)一步分析論證，尋找到基建工程量小，初期剝采比小的最優(yōu)方案。

2 初可研階段拉溝位置方案

為尋找基建量和初期生產(chǎn)剝采比均較小的拉溝位置及開(kāi)采區(qū)域，需要進(jìn)一步通過(guò)礦田范圍內(nèi)至可采煤層的剝采比、上覆剝離物厚度和煤層賦存情況等數(shù)據(jù)對(duì)不同的拉溝位置方案進(jìn)行比選。

根據(jù)更新后的地質(zhì)模型生成鉆孔垂直剝采比，將其與方案1拉溝位置疊合，發(fā)現(xiàn)拉溝位置未在剝采比較小的區(qū)域，因此需要調(diào)整露天礦東部境界，提出方案5，方案5垂直剝采比與拉溝位置示意圖如圖4，調(diào)整后的首采區(qū)東部境界落在剝采比較小的區(qū)域（圖4中的深色區(qū)域）。

圖4 方案5垂直剝采比與拉溝位置示意圖

根據(jù)地質(zhì)模型計(jì)算的方案5基建工程量為165.0 Mm3，比方案1基建工程量減少了15.0 Mm3，同時(shí)能夠保證初期剝采比相對(duì)較小，為7.2 m3／t，因此，方案5可暫做為推薦方案。方案1和方案5基建量及剝采比對(duì)比表見(jiàn)表3。

表3 方案1和方案5基建量及剝采比對(duì)比表

3 新拉溝位置方案

3.1 新拉溝位置方案的提出

從圖4垂直剝采比分布情況可以看到，深色區(qū)域?yàn)閯儾杀容^小區(qū)域，方案5首采區(qū)境界僅占深色區(qū)域的一部分，為此，為進(jìn)一步降低生產(chǎn)剝采比，在方案5基礎(chǔ)上，突破原境界限制，將原境界外南部、北部和東部未劃入境界內(nèi)的剝采比較小的區(qū)域一并劃入，作為露天礦首采區(qū)備選方案。考慮首采區(qū)境界幾何形狀、合理采寬及開(kāi)采順序等因素，拉溝位置提出方案5-1與方案5-22個(gè)方案，方案5－1與5－2、垂直剝采比與拉溝位置示意圖如圖5。

圖5 方案5－1與5－2、垂直剝采比與拉溝位置示意圖

其中方案5－1將原首采區(qū)境界外南部和東部未劃入境界內(nèi)的剝采比較小的區(qū)域一并劃入，作為露天礦首采區(qū)，拉溝位置在首采區(qū)東部。東－西－南轉(zhuǎn)向推進(jìn)方案，方案5－2將原首采區(qū)境界外北部未劃入境界內(nèi)的剝采比較小的區(qū)域劃入，作為露天礦首采區(qū)，拉溝位置選擇在首采區(qū)北部。北－南－東轉(zhuǎn)向推進(jìn)方案。

依據(jù)地質(zhì)模型，對(duì)5－1、5－2 2個(gè)方案工程位置煤巖量計(jì)算，對(duì)達(dá)產(chǎn)后20年的生產(chǎn)剝采比進(jìn)行均衡，方案5、方案5-1、方案5-2、方案6基建量、剝采比對(duì)比表見(jiàn)表4。

表4 方案5、方案5-1、方案5-2、方案6基建量、剝采比對(duì)比表

從表4中看到，雖然方案5－1基建工程量比方案5－2多5.0 Mm3，但是初期剝采比和生產(chǎn)剝采比均較小，明顯優(yōu)于方案5－2。同時(shí)，方案5－1在達(dá)產(chǎn)第6年末開(kāi)始生產(chǎn)剝采比為8.00 m3／t，優(yōu)于方案5，因此考慮將方案5和方案5－1進(jìn)行結(jié)合，提出方案6。利用方案5的初始拉溝位置結(jié)合方案5－1的推進(jìn)方向，以能夠保證基建工程量較小，初期生產(chǎn)剝采比較小，且后期生產(chǎn)剝采比也相對(duì)較小，方案6拉溝位置及推進(jìn)方向如圖6。

圖6 方案6、垂直剝采比與拉溝位置示意圖

根據(jù)地質(zhì)模型計(jì)算方案6的煤巖量及達(dá)產(chǎn)后生產(chǎn)剝采比見(jiàn)表4。從表中可見(jiàn)，方案6基建量及初期剝采比均較小，結(jié)合了方案5及方案5-1的優(yōu)點(diǎn)。且均衡后生產(chǎn)期的生產(chǎn)剝采比變化幅度不大，能夠充分利用設(shè)備的生產(chǎn)能力和保持采、運(yùn)、排設(shè)備的相對(duì)穩(wěn)定。因此，方案6為當(dāng)前備選方案[5]。

3.2 拉溝位置方案優(yōu)化

方案6的基建工程量為170.0 Mm3，與方案5的基建工程量165.0 Mm3相比，還有優(yōu)化的空間，因此，進(jìn)一步對(duì)方案6拉溝位置的夾角處進(jìn)行優(yōu)化[6]。

對(duì)東部境界稍做調(diào)整，避開(kāi)剝采比較大區(qū)域。同時(shí)將東部深部境界線取直，保證拉溝位置與工作線推進(jìn)方向垂直，由此提出以下2個(gè)方案：

1）方案6－1。以首采區(qū)深部境界東南角拐點(diǎn)為基點(diǎn)，將東部深部境界向西旋轉(zhuǎn)22°，使深部境界與首采區(qū)推進(jìn)方向垂直，確定首采區(qū)東部境界。拉溝位置選擇在首采區(qū)東部，沿深部境界拉溝向西推進(jìn)，轉(zhuǎn)向后向南繼續(xù)推進(jìn)。

2）方案6－2。以首采區(qū)深部境界線中點(diǎn)為基點(diǎn)，將東部深部境界旋轉(zhuǎn)22°，確定首采區(qū)東部境界。拉溝位置選擇在首采區(qū)東部，沿深部境界拉溝向西推進(jìn)，轉(zhuǎn)向后向南繼續(xù)推進(jìn)。

方案6-1和方案6－2拉溝位置如圖7。

圖7 方案6－1和6－2拉溝位置平面示意圖

根據(jù)地質(zhì)模型，對(duì)優(yōu)化后的2個(gè)方案工程位置煤巖量計(jì)算，達(dá)產(chǎn)后20年的生產(chǎn)剝采比進(jìn)行均衡。方案6、方案6-1、方案6-2基建量及剝采比的對(duì)比表見(jiàn)表5。從表5可以看到，優(yōu)化后的方案6－1，首采區(qū)及初始拉溝位置保證了基建工程量最小、初期生產(chǎn)剝采比最小，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化的目的[7]。

表5 方案6、方案6-1、方案6-2基建量及剝采比的對(duì)比表

3.3 新拉溝位置方案

經(jīng)過(guò)對(duì)拉溝位置的多方案比選，最終確定方案6－1為最優(yōu)方案。為了進(jìn)一步減小基建剝離量，將方案6－1首采區(qū)東部境界線圓弧化，最終確定的首采區(qū)及拉溝位置如圖8。

圖8 最終確定的拉溝位置

4 采區(qū)寬度優(yōu)化

采區(qū)寬度是采區(qū)劃分主要參數(shù)之一，工作線越長(zhǎng)，則生產(chǎn)剝采比相對(duì)較小[8]。因此，在方案6－1確定的初始拉溝位置和基建工程量基礎(chǔ)上，考慮后期擴(kuò)幫，以增加工作線長(zhǎng)度，降低露天礦生產(chǎn)初期平均剝采比，適當(dāng)增加備采煤量。

對(duì)露天礦達(dá)產(chǎn)后采煤工作線的長(zhǎng)度進(jìn)行擴(kuò)展，考慮了從800 m逐漸擴(kuò)展至1 000、1 200、1 400、1 600 m共4個(gè)方案，其擴(kuò)展方向結(jié)合礦區(qū)垂直剝采比分布情況，優(yōu)先向剝采比較小區(qū)域擴(kuò)展[9]。對(duì)5個(gè)方案分別結(jié)合工程位置進(jìn)行算量，并在160.0 Mm3基建量不變的前提下，按相同的均衡原則對(duì)生產(chǎn)剝采比進(jìn)行均衡。

根據(jù)各方案剝離量計(jì)算設(shè)備投入、更新及年度投資，并對(duì)采運(yùn)排直接成本進(jìn)行了計(jì)算，從而計(jì)算出各方案生產(chǎn)30年的NPV值，采煤工作線長(zhǎng)度從800 m、800～1 000 m、800～1 200 m、800～1 400 m、800～1 600 m的MPV值分別為1 357 801、1 338 394、1 330 837、1 352 779、1 371 544萬(wàn)元，不同工作線長(zhǎng)度30年生產(chǎn)期NPV值變化趨勢(shì)如圖9。

圖9 不同工作線長(zhǎng)度30年生產(chǎn)期NPV值變化趨勢(shì)

綜上，根據(jù)5個(gè)工作線長(zhǎng)度方案比選情況，最優(yōu)工作線長(zhǎng)度宜選取這個(gè)方案初期拉溝時(shí)800 m，逐漸擴(kuò)幫至1200 m。

5 結(jié)語(yǔ)

依據(jù)補(bǔ)勘數(shù)據(jù)及更新后的地質(zhì)模型，對(duì)塔爾煤田I區(qū)塊露天礦前期工作中選擇的拉溝位置進(jìn)行了論證，主要通過(guò)對(duì)基建量、生產(chǎn)剝采比的計(jì)算與分析，方案逐步優(yōu)化與完善，最終推演出了基建工程量與生產(chǎn)剝采比均較小的拉溝位置方案，確保了礦建工程拉溝位置選擇的合理性及經(jīng)濟(jì)性。并對(duì)采區(qū)寬度進(jìn)行了優(yōu)化，為項(xiàng)目整體優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)。