徐 君，蔡光琪，段力士

（中煤平朔集團有限公司 東露天礦，山西 朔州 036000）

平朔東露天礦北幫陡幫動態(tài)開采方案

徐 君，蔡光琪，段力士

（中煤平朔集團有限公司 東露天礦，山西 朔州 036000）

針對開采前后邊坡的穩(wěn)定性問題對整個礦坑的運輸系統(tǒng)造成的影響，本方案對4#煤和9#煤的開采是動態(tài)進行的，可避免因一次性開采造成礦坑的運輸壓力增大，同時在開采前,需在內(nèi)排土場設(shè)置臨時的出入溝路線。

北幫；陡幫；動態(tài)開采；方案

0 引 言

平朔東露天項目作為山西省重點工程項目和國家煤炭工業(yè)發(fā)展“十一五”規(guī)劃重點建設(shè)項目，于2009年初開工建設(shè)，2011年移交生產(chǎn)。開采工藝方案為：黃土層以外包剝離為主；4#煤層頂板以上巖石采用1套單斗挖掘機-移動式破碎站-帶式輸送機-排土機半連續(xù)開采工藝；其它巖石的剝離采用單斗挖掘機-自卸卡車間斷工藝；煤層采用單斗挖掘機-自卸卡車-端幫它移式破碎站-端幫帶式輸送機-端幫聯(lián)絡(luò)巷道帶式輸送機-端幫平巷巷道帶式輸送機-主斜井帶式輸送機-地面帶式輸送機半連續(xù)工藝，1套它移式破碎站布置在南端幫4#煤底板上，另1套它移式破碎站布置在南端幫9#煤底板上。在露天礦端幫至地面布置3條斜井，2個主斜井內(nèi)設(shè)帶式輸送機，負擔(dān)4#、9#及11#煤運輸任務(wù)，通風(fēng)井布置在2個主斜井中間。單斗-自卸卡車開采工藝采用工作幫移動坑線多出入溝開拓方式；半連續(xù)開采工藝采用總溝固定溝道開拓方式[1]。東露天礦于2009年1月5日正式開工，2011年8月出露4#煤，截止到2016年完成原煤產(chǎn)量7 590萬t，2017年計劃原煤產(chǎn)量1 550萬t。

1 方案背景

隨著東露天礦工作幫的向前推進，北端幫出入溝下部壓煤越來越多，若是在前期就對北端幫出入溝壓煤進行回采，勢必會影響東露天礦的運輸系統(tǒng)，但是隨著露天礦坑內(nèi)排土場的向前推進，為陡幫開采提供了良好的施工環(huán)境：①回采后即可恢復(fù)北幫運輸運輸系統(tǒng)，恢復(fù)所需的排棄物料較少；②可減少回采過程中的二次剝離量。東露天礦北幫陡幫開采區(qū)域上部是露天礦坑的主要出入溝，該區(qū)域的施工會影響出入礦坑車輛的行車路線，所以需將該方案的研究與整個露天礦坑的生產(chǎn)結(jié)合起來，力求達到增加效益、減少成本的目標(biāo)。

露天礦邊坡是露天采礦活動所形成的一種特殊構(gòu)造物。露天礦邊坡不穩(wěn)定將對采掘場人員和設(shè)備的安全帶來安全隱患。但一味地放緩邊坡，則又不經(jīng)濟，帶來更多的端幫剝離量。露天礦邊坡和地表連在一起，處在地應(yīng)力場內(nèi)，時刻受自然應(yīng)力的作用。同時，它又是礦山工程活動的對象，受礦山工程活動的影響[2-3]。

2 方案內(nèi)容

北幫陡幫開采所需解決的問題：①如何開采；②如何回填。因東露天礦北幫出入溝擔(dān)負著礦坑1320平盤以下設(shè)備出入礦坑的重要任務(wù)，車流密度大，需提前做好臨時出入溝的路線計劃，保證礦坑的正常生產(chǎn)。陡幫開采把采場劃分為上部剝巖區(qū)和下部采礦區(qū)[4]，本方案將北幫出入溝壓煤開采過程分為2個階段：第1階段采出上部的4#煤；第2階段采出下部的9#煤。在第1階段采出4#煤后，先恢復(fù)北幫出入溝，之后再進行9#煤的回采，最后進行北幫4#煤底板運輸干道的恢復(fù)。

2.1 確定替代原出入溝的臨時路線

東露天礦北幫出入溝的長度約為910 m，標(biāo)高1 280～1 426 m，該出入溝主要承擔(dān)工作幫1320平盤以下的所有作業(yè)設(shè)備出入礦坑的作用，為了回采出入溝下部的壓煤，需先在內(nèi)排土場北部修筑1330至1290坡道，供下坑設(shè)備出入礦坑臨時使用，臨時出入礦坑道路路線總長度為3 200 m，具體路線包括內(nèi)排土場北部1330至1290坡道、內(nèi)排1290平盤、內(nèi)排1260平盤、北幫4#煤地板道路、工作幫北部4#煤頂板，臨時路線較原有經(jīng)北幫出入溝路線長度增加2 030 m。為了保證形成安全，內(nèi)排土場1290平盤寬度保持100 m，臨時出入礦坑路線示意圖如圖1所示。

圖1 臨時出入礦坑路線示意圖

2.2 4#煤的回采

按照東露天礦地質(zhì)資料，在北幫東側(cè)與內(nèi)排土場相接處存在著DLT-X1陷落柱，所以陡幫開采區(qū)域東側(cè)邊界以該陷落柱為邊界，西側(cè)以4#煤坡道為邊界，原來的北幫出入溝保留20 m保安平盤。該區(qū)域4#煤以上的剝離平盤主要有1275平盤和4#煤頂板平盤，剝離量分別為25萬m3、50萬m3，因作業(yè)空間狹小，只能布置1臺P&H4100電鏟自上而下進行作業(yè)，在每個平盤作業(yè)時都是從東側(cè)開缺口自東向西作業(yè)，作業(yè)自2016年1月開始，預(yù)計11個月內(nèi)可完成上部剝離作業(yè)，剝離產(chǎn)生的物料直接到內(nèi)排1290土場排棄。之后進行4#煤的回采作業(yè)，回采量約為32萬m3（50萬t），4#煤回采作業(yè)時自西向東進行回采，預(yù)計需1個月完成。

該階段工程從2016年1月初開始，至2016年2月末結(jié)束，共耗時2個月，完成剝離量75萬m3，回采出4#煤32萬m3（50萬t）。采掘區(qū)域及作業(yè)量如圖2所示。

圖2 4#煤回采示意圖

2.3 北幫大坡道的恢復(fù)

隨著北幫壓煤區(qū)域的開采，礦坑設(shè)備進入礦坑都需繞行內(nèi)排土場，運距較直接沿北幫出入溝出入增加了2 030 m，增加了生產(chǎn)成本。隨著內(nèi)排土場向前排棄，北幫已具備恢復(fù)出入溝的條件，東露天礦于2016年6月開始恢復(fù)北幫大出入溝，從西側(cè)4#煤頂板開始排棄物料，計劃坡道寬度40 m，長度340 m（標(biāo)高1 290～1 410 m），總坡度為5.8%，預(yù)計需排棄量30萬m3，物料由工作幫南部1245平盤作業(yè)的電鏟提供?；謴?fù)北幫大坡道示意圖如圖3。

圖3 恢復(fù)北幫大坡道示意圖

2.4 9#煤的回采及4#煤底板道路的恢復(fù)

在東露天礦北幫大坡道恢復(fù)后，隨著內(nèi)排土場工作幫臨時轉(zhuǎn)向及土場的向前推進，北幫下部壓的9#煤具備采出條件。先將4#煤底板道路廢棄，再取出下部9#煤，然后立刻將4#煤底板道路恢復(fù)，此階段作業(yè)需在9#煤頂板剝離量約為10萬m3，再回采出下部所壓9#煤6萬m3（10萬t），作業(yè)時9#煤頂板的量排棄到內(nèi)排1230土場。回采出9#煤后，立即進行4#煤底板道路的恢復(fù)，預(yù)計恢復(fù)的道路寬度為40 m，道路長度為100 m，所需的排棄量約為3萬m3，排棄所需的物料來自工作幫南部1245平盤，該階段工程從2016年11月初開始，12月末結(jié)束，歷時2個月，回采北幫下部壓煤如圖4所示。

圖4 回采北幫下部壓煤

2.5 開采前后的邊坡穩(wěn)定性驗算

邊坡穩(wěn)定分析方法較多，較為成熟且應(yīng)用廣泛的有極限平衡法[5-6]和有限元法，而本文使用的Slide軟件是使用垂直條塊極限平衡分析法來分析滑動面的穩(wěn)定性，可分析單條滑面，也可使用自動搜索法來搜尋給定邊坡的臨界滑動面。

因本方案需要進行作業(yè)的平盤依次是1275平盤、4#煤頂板平盤、4#煤平盤、9#煤頂板平盤、9#煤，主要作業(yè)集中在4#煤及4#煤以上的平盤，故以4#煤及以上的平盤為研究對象進行邊坡穩(wěn)定驗算，以圖2中A-A’線為剖面，利用Slide軟件對選取剖面進行邊坡穩(wěn)定性分析。開采前后分析剖面圖如圖5。

項目研究中巖體力學(xué)參數(shù)確定采用等效技術(shù)，最終可獲得北幫泥巖、砂巖等力學(xué)參數(shù)見表1。

圖5 開采前后分析剖面圖

表1 北幫邊坡巖土體參數(shù)

計算時，滑面形式選擇圓弧滑面及折線形滑面，計算方法采用簡化Bishop極限平衡分析法對邊坡進行穩(wěn)定性分析。

根據(jù)GB50197—2005煤炭工業(yè)露天礦設(shè)計規(guī)范第6章中關(guān)于露天煤礦邊坡安全系數(shù)的規(guī)定，以簡化Bishop法安全系數(shù)為基礎(chǔ)，邊坡穩(wěn)定性初步判別標(biāo)準為：

1）邊坡安全系數(shù)大于1.20，邊坡穩(wěn)定；

2）邊坡安全系數(shù)1.10～1.20，邊坡基本穩(wěn)定；

3）邊坡安全系數(shù)小于1.10，邊坡不穩(wěn)定。

在初步判別的基礎(chǔ)上，綜合考慮滑面形狀，邊坡巖土層分布、軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀，平朔地區(qū)類似工程經(jīng)驗等，確定邊坡的穩(wěn)定性。

計算出的開采前邊坡穩(wěn)定結(jié)果如圖6所示：

圖6 開采前剖面的邊坡穩(wěn)定性計算結(jié)果

同理計算出的開采后邊坡穩(wěn)定結(jié)果如圖7所示，計算結(jié)果見表2。

3 總 結(jié)

1）經(jīng)過以上階段的作業(yè)，東露天礦北幫陡幫動態(tài)開采回采出原煤共60萬t（38萬m3），需進行的剝離作業(yè)量為85萬m3，東露天礦2016年的生產(chǎn)成本數(shù)據(jù)，噸煤利潤按49元/t計算，東露天北幫動態(tài)開采創(chuàng)造效益2 940萬元。

圖7 開采后剖面的邊坡穩(wěn)定性計算結(jié)果

表2 北幫邊坡剖面穩(wěn)定性分析結(jié)果

2）東露天礦北幫陡幫動態(tài)開采方案主要分為4個階段：回采4#煤、恢復(fù)北幫大坡道、回采9#煤、恢復(fù)4#煤底板道路。本方案的優(yōu)點是北幫2個內(nèi)排道路的廢棄恢復(fù)是非同步的，經(jīng)過開采前后邊坡穩(wěn)定性的計算同樣證明可以實現(xiàn)非同步，從而達到動態(tài)開采的目的。在生產(chǎn)組織中非同步作業(yè)可以避免因同時廢棄北幫2條道路而造成的物料運輸緊張的問題。

3）在東露天礦面臨征地困難的情況下，本項目在礦坑現(xiàn)有的基礎(chǔ)上積極組織、挖掘潛能，增加原煤回收量達60萬t，大大減少了東露天礦的產(chǎn)量壓力。

4）端幫陡幫開采在國內(nèi)外露天礦應(yīng)用較多，但大多是不涉及礦坑主出入溝的端幫，因東露天礦征地困境造成的原煤回采困難，故本方案的優(yōu)越性顯得更為突出，另外本方案中的4#煤、9#煤開采是分階段進行的，與傳統(tǒng)意義上的端幫陡幫開采相比，對礦坑的生產(chǎn)影響更小。

［1］ 中煤西安設(shè)計工程有限責(zé)任公司.平朔煤炭工業(yè)公司東露天煤礦初步設(shè)計說明書［R］.西安：中煤西安設(shè)計工程有限責(zé)任公司2008：3-2.

［2］ 周壽昌，杜競中，郭增濤，等.露天礦邊坡穩(wěn)定［M］.徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1990：12.

［3］ 郝全明，楊海杰.露天礦陡幫開采可行性研究［J］.現(xiàn)代礦業(yè)，2012（5）：63.

［4］ 黃瑞南.露天礦陡幫開采的設(shè)計與實踐［J］.冶金礦山與建設(shè)，1993（1）：1.

［5］ 夏元友，李梅.邊坡穩(wěn)定性評價方法研究及發(fā)展趨勢［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2002，21（7）：1087-1091

［6］ 韓流，舒繼森，馬力，等.圓弧滑動的穩(wěn)定性分析及軟件實現(xiàn)［J］.礦業(yè)研究與開發(fā)，2011，31（4）：37-40

【責(zé)任編輯：陳 毓】

Study on north slope dynamic mining scheme in Pingshuo East Open-pit Mine

XU Jun,CAI Guangqi,DUAN Lishi
(China Coal Pingshuo Group Co.,Ltd.,Shuozhou 036000,China)

According to slope stability before and after mining and the effect of transportation system,the scheme dynamically mines 4#and 9#,which can avoid the pit transportation pressure increases due to the single mining.At the same time,before mining,the mine needs to set up temporary access to the internal drainage ditch.

north slope;steep slope;dynamic mining;scheme research

TD824

B

1671－9816（2017）04－0007－05

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.04.003

徐君，蔡光琪，段力士.平朔東露天礦北幫陡幫動態(tài)開采方案［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（4）：7-10.

2016-12-12

徐 君（1988—），男，甘肅隴西人，助理工程師，學(xué)士，2011年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)露天開采專業(yè)，現(xiàn)在中煤平朔集團公司東露天礦生產(chǎn)技術(shù)部工作。