白音華露天礦條形開采壓坡剩余煤柱開采研究

侯 偉

（國家電投集團內(nèi)蒙古白音華煤電有限公司 露天礦，內(nèi)蒙古 錫林郭勒 026209）

為回收危險區(qū)下覆的煤炭資源，可以根據(jù)邊坡變形破壞的時效性特征，在監(jiān)測與控制危險邊坡變形速率的前提下，采用條帶開采、快速內(nèi)排的方法[1-5]，實現(xiàn)在保證邊坡穩(wěn)定的同時，回收下覆資源，這一技術廣泛應用于我國眾多露天煤礦。山顯明等[6]在扎尼河露天礦采用條帶控制的開采方法，成功回收了滑坡區(qū)下覆煤體，同時提高了邊坡的穩(wěn)定性；馬明[7]在掌握寶日希勒露天礦南幫破壞機理和模式的情況下，采用條帶開采、快速內(nèi)排技術，確保了煤炭資源的安全、高效回收。

隨著采掘工作的不斷推進，白音華露天礦采區(qū)逐步靠近北排土場，但隨著露天礦的采場降深，局部邊坡問題逐漸突出，3#煤組各煤層底板以下由夾有軟弱夾層的沉積巖類構成層狀結構邊坡的穩(wěn)定性問題較為突出，易引發(fā)沿軟弱層位滑移變形破壞，進而發(fā)展為整體滑坡危害，存在巨型滑坡的重大隱患[8-10]。因此，通過分區(qū)開采+橫采控制開采技術對3#煤組煤炭資源進行回收，提高煤炭資源回采率。

1 3#煤組開采方案

1.1 采場概況

白音華露天礦位于白音華煤田中南部，西南和東北分別與白音華煤田一號露天礦和白音華三號露天礦相鄰，處于內(nèi)蒙古自治區(qū)錫林郭勒盟西烏珠穆沁旗哈日根臺鎮(zhèn)范圍內(nèi)。白音華露天礦煤田面積約35.1 km2，開采煤層有1#煤組、2#煤組和3#煤組，煤層具有埋藏淺、煤層厚等特點。白音華露天礦自2005 年開工建設，礦區(qū)面積30.189 4 km2，建設規(guī)模為15.00 Mt/a，現(xiàn)已形成東西長3.3 km，南北長4.6 km 的礦坑。采區(qū)劃分為首采區(qū)、二采區(qū)和三采區(qū)，目前首采區(qū)采場底部已沿底部境界開采。露天礦的降深方式為：沿南部境界3-1#煤層露頭垂直降深、沿走向布置工作線、平行走向單側推進、組合臺階作業(yè)。

1.2 3#煤組條區(qū)開采

目前采場降深約209 m，底部3#煤組共含3-1#、3-2#及3-3#煤層，2013 年3 月10 日，按照沈陽煤炭科學研究院提出采用實時監(jiān)控條件下的分區(qū)開采+橫采控制開采技術措施，對3#煤組實施條區(qū)控制開采，即弱層破斷置換治理措施方案，將3#煤組開采方式由縱采調整為橫采，對3-3#煤底板以下1-2 m之間淺部弱層進行置換，控制開采寬度并對采空區(qū)及時回填，同時采取內(nèi)排土場前緣直接壓覆3-1#煤底板，通過預留剩余煤柱的措施保證非工作幫邊坡穩(wěn)定性。3#煤組條區(qū)開采方案剖面如圖1。

圖1 3#煤組條區(qū)開采方案剖面

1.3 開采參數(shù)

頂部開采寬度不宜超過150 m，底部溝開采寬度不宜超過50 m，經(jīng)邊坡穩(wěn)定性計算，條區(qū)拉溝結束至回填壓腳的邊坡穩(wěn)定性為1.09-1.12。

條區(qū)開采將3-3#煤底板以下1～2 m 弱層進行破壞，內(nèi)排直接壓腳至3-1#煤底板，預留部分3-2#、3-3#煤煤柱以提高邊坡穩(wěn)定性。經(jīng)邊坡穩(wěn)定性分析，3-1#煤底板以下拉溝降深，針對內(nèi)排前緣留設煤壁（3-1#煤底板至3-3#煤底板）寬度的穩(wěn)定性計算，選取典型剖面進行了穩(wěn)定性分析，邊坡穩(wěn)定性計算結果見表1。

表1 邊坡穩(wěn)定性計算結果

根據(jù)計算結果，留設煤壁寬度對拉溝開挖時整體邊坡的穩(wěn)定性影響較小，故在實施生產(chǎn)過程中，南側條區(qū)開采時預留5 m 煤柱，邊坡治理過程，預留煤柱22 萬t（其中3-2#煤6 萬t，3-3#煤16 萬t）。

2 條形開采壓坡剩余煤柱開采方案

2.1 開采方案

由于開采第二條區(qū)時，南側3-1#煤底板留5 m寬煤柱無法回收，造成露天礦回采率降低，故本方法結合生產(chǎn)現(xiàn)場優(yōu)化3#煤組開采方案，再次進行局部控制開采，在滿足邊坡穩(wěn)定性的情況下，將下一條區(qū)開采時南側煤柱中的3-2#煤回收。

條形開采壓坡剩余煤柱開采方法：在第一條區(qū)開采結束并在內(nèi)排壓腳至3-1#煤底板后實施，第二條區(qū)開采仍按照原方案拉溝、降深及破斷，在內(nèi)排壓腳前進行方案優(yōu)化，將南側煤柱中3-2#煤回收采出，同時開采南側煤柱可將內(nèi)排運輸?shù)缆坟炌?，減小邊坡治理區(qū)域運距和提升高度。將內(nèi)排土場“直接壓腳到3-1#煤底板”進行優(yōu)化，采用“臨時壓腳至3-2#煤底板、在控制開采寬度內(nèi)將3-2#煤采出后繼續(xù)壓腳至3-1#煤底板”方法，在其他開采參數(shù)及開采程序等條件不變的情況下，仍能夠滿足1.1 安全儲備系數(shù)要求，保證邊坡穩(wěn)定性要求。

2.2 方案實施過程

通過條形開采壓坡剩余煤柱開采方法，可以將第一條區(qū)南側3-2#煤采出，同時將南側煤柱與條形開采區(qū)貫通，形成內(nèi)排道路，部分剝離物料實現(xiàn)分流運輸方式，降低車流密度，提高生產(chǎn)安全性，減小運距和降低提升高度，節(jié)約生產(chǎn)成本。由于第一條區(qū)內(nèi)排壓3-1#煤底板，所以采用條形開采壓坡剩余煤柱開采方法存在二次剝離，需要將二次剝離物料倒運到采空區(qū)實現(xiàn)內(nèi)排。條形開采方案初始溝剖面如圖2,條形開采方案內(nèi)排回填壓3-1#煤底板剖面如圖3，條形開采方案內(nèi)排形成壓3-2#煤底板剖面如圖4。

圖2 條形開采方案初始溝剖面

圖3 條形開采方案內(nèi)排回填壓3-1#煤底板剖面

圖4 條形開采方案內(nèi)排形成壓3-2#煤底板剖面

1）第二條區(qū)開采初始溝形成。第一條區(qū)開采結束后，內(nèi)排土場壓到3-1#煤底板，進行第二條區(qū)開采，在滿足邊坡穩(wěn)定的前提下，邊坡治理區(qū)仍采用“弓”字型推進方式。3-1#煤繼續(xù)采用條采方式進行采煤。第二條區(qū)開采3-2#煤、3-3#煤時采用由西向東推進、先南后北的出煤順序，煤炭采出后條區(qū)南側可優(yōu)先形成內(nèi)排空間并盡快組織內(nèi)排，為3#煤開采創(chuàng)造有利條件。3-3#煤底板以下約1～2 m 弱層破斷后應盡快完成采空區(qū)回填，確保邊坡穩(wěn)定。內(nèi)排土場具備空間后及時回填壓腳，直接排棄壓覆3-1#煤底板，提高內(nèi)排土場整體穩(wěn)定狀況。初始溝形成時發(fā)生的剝離量，由北側3～1#煤底板運輸?shù)缆穼崿F(xiàn)內(nèi)排，排棄標高沿北側3-1#底板標高水平排棄形成873 m 水平。873 內(nèi)排臺階高度為12 m，臺階坡面角為33°，臺階寬度為30 m。此時可以水平抬坡沿南側3-2#煤底板標高排棄形成884 m 水平，884 m 內(nèi)排臺階高度11 m,臺階坡面角33°，臺階寬度為40 m。后續(xù)在884 m 水平基礎上形成規(guī)整內(nèi)排臺階。條區(qū)開采運輸通道大多為臨時運輸?shù)缆罚雒?、剝離及內(nèi)排車輛混合運輸，車流密度較大，制約設備效率發(fā)揮，故對條區(qū)開采運輸通道進行優(yōu)化：①3-3#煤以上剝離量通過北側聯(lián)絡道路就近內(nèi)排，3-3#煤底板淺部弱層剝離量就近倒堆至采空區(qū)與其他剝離物混排；②根據(jù)物料巖性合理選擇排棄地點，其中剝離物料巖性較好，排棄至內(nèi)排土場靠近滑體南側。

2）露南側煤柱中3-2#煤。初始溝形成后，剝離物料內(nèi)排形成873 m 水平、884 m 水平，其中884 m內(nèi)排臺階為南側3-2#煤底板標高，此時將南側3-1#煤底板到3-2#煤頂板剝離物料及南側回填剝離物料開始降深倒運到內(nèi)排884 m 臺階實現(xiàn)內(nèi)排。

3）采出南側煤柱中3-2#煤。將南側3-2#煤與條形開采區(qū)形成聯(lián)絡道，此時開始降深3-2#煤，3-2#煤降段時由東向西開采將東側先形成聯(lián)絡道。3-2#煤采出后，南側形成內(nèi)排運輸?shù)缆?，部分條形開采區(qū)剝離物料可以通過此道路實現(xiàn)就近內(nèi)排，同時節(jié)省運距和提升高度，減低生產(chǎn)費用。

4）內(nèi)排回填壓腳至3-1#煤底板。將南側煤柱中3-2#煤采出后內(nèi)排及時跟進，提高邊坡穩(wěn)定性。內(nèi)排土場的形成過程是一個動態(tài)的時空演化過程，在拉溝、降深、破段、內(nèi)排過程中，盡可能及時回填壓腳，避免滑體前部開挖邊坡體裸露過長時間。排土時序要求連續(xù)、均衡施工發(fā)展。

3 經(jīng)濟效益分析

采用條形開采壓坡剩余煤柱開采法，將3#煤組開采條區(qū)南側所留5 m 寬煤柱采出，按3#煤開采工作線長度為1 300 m，3-2#煤平均厚度為6 m，每開采1 個條區(qū)可以采出3-2#煤約6 萬t。依據(jù)3#煤組生產(chǎn)費用和當前煤炭價格計算，采出3-2#煤約6 萬t，創(chuàng)收經(jīng)濟效益約1 800 萬元，提高了煤炭資源回采率，創(chuàng)造了重大的經(jīng)濟效益和社會效益。

4 結語

針對白音華露天煤礦采場概況，基于分區(qū)開采+橫采控制開采技術，提出了條形開采壓坡剩余煤柱開采方案對3#煤組煤炭資源進行回收，詳細概述了該方案開采參數(shù)選取及實施過程，采用該方案的每個條區(qū)增加了回采3-2#煤量約6 萬t，提高了煤炭資源回采率。