江文平

（神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)汝箕溝無(wú)煙煤分公司，寧夏 石嘴山 753004）

采礦工程

汝箕溝煤礦井工開(kāi)采改露天復(fù)采的可行性研究

江文平

（神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)汝箕溝無(wú)煙煤分公司，寧夏 石嘴山 753004）

借鑒汝箕溝煤礦井工轉(zhuǎn)露天復(fù)采的成功技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)地下改地面開(kāi)采技術(shù)途徑，找準(zhǔn)制約汝箕溝礦區(qū)安全高效發(fā)展的關(guān)鍵點(diǎn)，對(duì)全礦區(qū)井工改露天復(fù)采轉(zhuǎn)型可行性進(jìn)行論證分析，提出全礦區(qū)整合為一個(gè)大型露天礦的技術(shù)發(fā)展方向。

開(kāi)采方式；轉(zhuǎn)型；技術(shù)

0 引 言

寧夏回族自治區(qū)北部、賀蘭山中段山間腹地中的汝箕溝礦區(qū)是無(wú)煙煤主要生產(chǎn)基地，已有190多年的開(kāi)采歷史，現(xiàn)有汝箕溝煤礦、大峰露天煤礦、卡布梁煤礦共3個(gè)露天礦，紅梁煤礦、白芨溝煤礦共2個(gè)井工礦，生產(chǎn)規(guī)模5.5 Mt/a，同一井田、多個(gè)相鄰煤礦生產(chǎn)規(guī)模小、系統(tǒng)獨(dú)立、各自為政的歷史沿革，既有相互包含，又有相互擾動(dòng)、相互疊加，開(kāi)采技術(shù)條件非常復(fù)雜，難以形成集中、集約生產(chǎn)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。礦區(qū)面積28.58 km2，可采煤層總厚度26.53 m、蓋山厚度234.5 m，截至目前剩余總可采儲(chǔ)量2.36億t、總剝離量35.26億m3、剝采比為14.9 m3/t，具有火與瓦斯并存、井工與露天并存的顯著特征。隨著開(kāi)采強(qiáng)度不斷增大，開(kāi)采水平逐漸變深，隨之帶來(lái)的安全問(wèn)題也日趨明顯，尤其是瓦斯災(zāi)害和隱蔽火區(qū)，嚴(yán)重制約礦區(qū)正常的生產(chǎn)建設(shè)。

1 典型技術(shù)經(jīng)驗(yàn)

2013年7月汝箕溝煤礦結(jié)束了井工開(kāi)采歷史，全面轉(zhuǎn)型為地面露天復(fù)采，順利實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的同時(shí)，安全可靠程度大幅度提升。

1.1 概況

2009年汝箕溝煤礦在寧夏銀北礦區(qū)率先實(shí)現(xiàn)“一井一面一綜采”生產(chǎn)格局，采用斜井單水平石門(mén)上下山聯(lián)合開(kāi)拓，走向長(zhǎng)壁、傾斜分層、全部垮落綜采采煤工藝，通風(fēng)方式為中央并列式、抽出式機(jī)械通風(fēng)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力1.2 Mt/a，提升、排水、供電、通風(fēng)、運(yùn)輸、抽采、防滅火等各大系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠。該礦井瓦斯相對(duì)涌出量60.46 m3/t，絕對(duì)瓦斯涌出量為115.72 m3/min，為煤與瓦斯突出礦井，地面火區(qū)及井下隱蔽火區(qū)影響范圍大，安全難以保障。

1.2 轉(zhuǎn)型背景

汝箕溝煤礦是一個(gè)地質(zhì)條件復(fù)雜、自然災(zāi)害嚴(yán)重的“雙突”礦井，長(zhǎng)期面臨水、火、瓦斯、頂板、煤塵等災(zāi)害的威脅。由于井田內(nèi)地表火區(qū)、井下隱蔽火區(qū)錯(cuò)綜復(fù)雜，瓦斯含量大，寧蒙交界處小窯亂挖濫采，周邊露頭煤無(wú)序剝離，嚴(yán)重威脅安全生產(chǎn)的同時(shí)，造成礦井生產(chǎn)組織困難，礦井安全、資源回收率、設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力等均得不到保證，面臨無(wú)法正常接續(xù)生產(chǎn)的局面。尤為嚴(yán)重的是火區(qū)壓煤3 600萬(wàn)t無(wú)法采出，2010年之后井工實(shí)際生產(chǎn)能力勉強(qiáng)維持在0.75 Mt/a左右。

2002年—2011年，該礦井下共發(fā)生6次火災(zāi)事故，均由火和瓦斯引發(fā)，再加上發(fā)生過(guò)2次煤與瓦斯突出、2次堅(jiān)硬頂板、1次瓦斯爆燃、1次透水、以及多次靠?jī)?nèi)蒙古一側(cè)小窯誤貫通，時(shí)刻威脅礦井安全生產(chǎn)，事故發(fā)生的頻次很高。2011年8月專(zhuān)家會(huì)診，評(píng)價(jià)后提出汝箕溝煤礦應(yīng)從井工開(kāi)采轉(zhuǎn)變?yōu)槁短扉_(kāi)采，以徹底改變井工防火被動(dòng)局面，改善安全生產(chǎn)條件，有效解放、回收火區(qū)下壓煤，提高采礦權(quán)范圍內(nèi)礦產(chǎn)資源的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，提高回收率，實(shí)現(xiàn)礦井可持續(xù)發(fā)展。

1.3 井工改露天的關(guān)鍵點(diǎn)

1）認(rèn)真分析開(kāi)采技術(shù)條件、長(zhǎng)遠(yuǎn)接替以及產(chǎn)能等因素，找準(zhǔn)制約礦井安全發(fā)展的關(guān)鍵點(diǎn)，從解決火與瓦斯并存的重大危險(xiǎn)源入手，創(chuàng)新提出了井工改露天復(fù)采的發(fā)展思路。

2）依據(jù)GB50197—2005煤礦工業(yè)露天礦設(shè)計(jì)規(guī)范，煤層露頭出露地表，煤層覆蓋層較淺，剝采比小，緩傾斜煤層等條件適合于露頭開(kāi)采。

3）露天開(kāi)采要求最低回采率不低于90%，資源利用率高相比井工開(kāi)采的60%，提高1.5倍以上，核定生產(chǎn)能力不變的前提下，相應(yīng)延長(zhǎng)空間服務(wù)年限1.5倍以上。

4）針對(duì)井工、露天并存，確實(shí)存在相互干擾的問(wèn)題，提前結(jié)束井工接續(xù)，實(shí)施回撤封閉工程，全面、徹底向露天轉(zhuǎn)型。開(kāi)采方式由地下開(kāi)采轉(zhuǎn)變?yōu)榈孛骈_(kāi)采，回收率增加，安全程度得以提升，符合“太西煤”保護(hù)性開(kāi)采政策，項(xiàng)目上升到產(chǎn)業(yè)升級(jí)的高度。

5）露天開(kāi)采在首采區(qū)開(kāi)采結(jié)束后，下個(gè)采區(qū)剝離物大部分內(nèi)排。通過(guò)對(duì)內(nèi)外排土場(chǎng)的植被恢復(fù)和治理，水利建設(shè)和土地復(fù)墾，露天開(kāi)采相比井工開(kāi)采更有利于環(huán)境保護(hù)。

1.4 效果評(píng)估

汝箕溝煤礦是國(guó)內(nèi)首個(gè)經(jīng)政府部門(mén)批準(zhǔn)的由井工開(kāi)采改為露天開(kāi)采方式的大型礦井，不僅解決了長(zhǎng)期困擾井工生產(chǎn)難以克服的水、火、瓦斯、頂板等災(zāi)害的影響，最大限度降低了安全風(fēng)險(xiǎn)，減輕了礦山安全生產(chǎn)壓力，確保實(shí)現(xiàn)了最優(yōu)的安全投資效益，而且生產(chǎn)規(guī)模穩(wěn)定在1.0 Mt/a以上，延長(zhǎng)礦山服務(wù)年限，解決千余人就業(yè)問(wèn)題。該礦井工改露天總投資184 179.60萬(wàn)元，年總成本費(fèi)用34 977.5萬(wàn)元，年銷(xiāo)售收入65 000萬(wàn)元，年凈收益16 415.39萬(wàn)元，總投資利潤(rùn)率8.91%，投資利稅率13.33%，投資回收期11.22年，相對(duì)煤炭行業(yè)的投資收益水平其經(jīng)濟(jì)效益較為顯著。

2 推廣應(yīng)用前景

我國(guó)煤炭開(kāi)采技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟，對(duì)井工或露天礦規(guī)模生產(chǎn)方面的研究工作較多，但對(duì)于煤礦井工改露天復(fù)采轉(zhuǎn)型研究的比較少。汝箕溝煤礦井工轉(zhuǎn)露天復(fù)采的成功技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于汝箕溝礦區(qū)開(kāi)采技術(shù)條件復(fù)雜、災(zāi)害嚴(yán)重的紅梁煤礦、白芨溝煤礦，持續(xù)實(shí)施井工改露天復(fù)采具有重要的理論價(jià)值和技術(shù)支撐。礦區(qū)長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃優(yōu)先發(fā)展井工改露天復(fù)采，最終全區(qū)實(shí)現(xiàn)露天開(kāi)采，以提高國(guó)有資本配置和運(yùn)行效率。

2.1 礦區(qū)生產(chǎn)技術(shù)特點(diǎn)

汝箕溝礦區(qū)共含可采和局部可采煤層7層，所屬煤層大都為緩傾斜煤層，礦體埋藏延深較小，屬短而淺礦床，地表煤層露頭四周出露完整，開(kāi)采境界內(nèi)煤層屬“高瓦斯、雙突”煤層，地表共有24處火區(qū)，總面積超過(guò)332 hm2，屬典型的火與瓦斯并存高風(fēng)險(xiǎn)礦區(qū)，尤其是汝箕溝煤礦、白芨溝煤礦井工開(kāi)采歷史上曾多次發(fā)生瓦斯突出、瓦斯燃燒被迫閉坑封井等情況，井工開(kāi)采安全生產(chǎn)的難度極大。

2.2 論證分析

由于地下開(kāi)采受到了火與瓦斯的嚴(yán)重威脅，積極推進(jìn)井工轉(zhuǎn)露天勢(shì)在必行，汝箕溝礦區(qū)最終實(shí)現(xiàn)整體露天開(kāi)采，是必然結(jié)果。

2.2.1 露天復(fù)采的必要性

1）解決了長(zhǎng)期困擾井工生產(chǎn)難以克服的水患、火區(qū)、瓦斯、小窯采空區(qū)等災(zāi)害的威脅，礦山安全條件得到大幅度改善：①汝箕溝礦井工開(kāi)采區(qū)周?chē)饏^(qū)遍布，火勢(shì)大，溫度高，火區(qū)不但影響井下生產(chǎn)系統(tǒng)的布置，而且極易導(dǎo)致井下瓦斯爆炸，發(fā)生災(zāi)害。而礦區(qū)各礦井又屬高瓦斯礦井，火區(qū)燃燒及井工開(kāi)采后，使山體裂隙發(fā)育，破壞井下供風(fēng)系統(tǒng)，形成漏風(fēng)與瓦斯積聚。采用露天開(kāi)采方式后，可消除瓦斯的安全隱患；火區(qū)治理難度降低，通過(guò)露天剝挖可消滅火源，杜絕火區(qū)的再次復(fù)燃；②汝箕溝礦區(qū)周邊內(nèi)蒙古小井采空區(qū)遍布，嚴(yán)重危害礦井安全生產(chǎn)。若繼續(xù)采用井工開(kāi)采方式，勢(shì)必會(huì)遇到突（涌）水，對(duì)工作面構(gòu)成一定水患威脅。采用露天開(kāi)采方式后，小窯采空區(qū)及積水對(duì)露天開(kāi)采影響較小。

2）資源回收率大幅度提高，符合國(guó)家“太西煤”稀缺資源的保護(hù)政策。汝箕溝礦區(qū)整體改為露天開(kāi)采，可采儲(chǔ)量可達(dá)226.55 Mt，比井工開(kāi)采可多回收資源95.35 Mt，資源回收率由55%提高至95%，提高資源回收率近40%，符合國(guó)家“太西煤”稀缺資源的保護(hù)政策。

3）機(jī)械化程度及勞動(dòng)生產(chǎn)率得到大幅度提高。汝箕溝礦區(qū)全面實(shí)現(xiàn)露天開(kāi)采后機(jī)械化程度高、設(shè)備大型化自動(dòng)化，可實(shí)現(xiàn)減員增效，全員生產(chǎn)效率由井工時(shí)的7 t/（工·日）提高至15 t/（工·日）。

4）增加了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。露天開(kāi)采比井工可多回收資源95.35 Mt，按原煤售價(jià)650元/t計(jì)算，可增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)價(jià)值620億元。若礦區(qū)生產(chǎn)規(guī)模按5.0 Mt/a計(jì)算，可延長(zhǎng)礦區(qū)服務(wù)年限22.5年，為社會(huì)多解決了礦區(qū)2 000余人的就業(yè)問(wèn)題。

2.2.2 井工開(kāi)采改露采的可行性

1）當(dāng)前，國(guó)內(nèi)露天煤礦的開(kāi)采工藝出現(xiàn)了多樣化，開(kāi)采規(guī)模大型化。同時(shí)隨著液壓挖掘機(jī)的廣泛使用，為處理采空區(qū)煤巖混雜提供了方便。隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，工業(yè)及民用煤市場(chǎng)不斷擴(kuò)大，無(wú)煙煤這一世界稀缺的煤炭資源，由于揮發(fā)分低、硫分低、無(wú)粘結(jié)性、含碳量高等特點(diǎn)而作為環(huán)保用煤被廣泛應(yīng)用。太西煤以其優(yōu)于其它無(wú)煙煤的質(zhì)量?jī)?yōu)勢(shì)，受到國(guó)內(nèi)外用戶(hù)的普遍青睞，銷(xiāo)售前景十分廣闊，原煤平均售價(jià)可觀(guān)，太西煤露天開(kāi)采平均剝采比控制在 8 m3/t以下，效益非常顯著。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與太西煤銷(xiāo)量的增加，太西煤效益可進(jìn)一步提高，汝箕溝礦露天開(kāi)采可進(jìn)行全區(qū)開(kāi)采。

2）汝箕溝礦區(qū)煤層厚、賦存穩(wěn)定、傾角緩、埋藏淺、儲(chǔ)量豐富，露天開(kāi)采機(jī)械化程度高，經(jīng)濟(jì)效益好，生產(chǎn)成本低，塊煤率高，平均售價(jià)高。

3）2013年11月汝箕溝礦區(qū)內(nèi)汝箕溝露天煤礦、大峰露天煤礦、卡布梁露天煤礦、紅梁井工煤礦、白芨溝井工煤礦資源整合，組建了汝箕溝無(wú)煙煤分公司，按照“統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一設(shè)計(jì)、統(tǒng)一開(kāi)采”，精細(xì)高效開(kāi)發(fā)珍貴無(wú)煙煤資源，為優(yōu)先發(fā)展井工開(kāi)采改露天復(fù)采，最終全區(qū)實(shí)現(xiàn)露天開(kāi)采，營(yíng)造了良好的發(fā)展空間和環(huán)境。

2.3 推廣應(yīng)用規(guī)劃

根據(jù)經(jīng)濟(jì)效益、安全效益和生產(chǎn)效益3個(gè)方面良好的發(fā)展前景，緊密?chē)@汝箕溝礦區(qū)整體“一盤(pán)棋”戰(zhàn)略思想，為了充分發(fā)揮露天開(kāi)采工藝優(yōu)勢(shì)，逐步縮減、淘汰井工開(kāi)采，加快推進(jìn)現(xiàn)代化露天礦建設(shè)，不斷優(yōu)化生產(chǎn)規(guī)模和布局，借鑒2013年汝箕溝煤礦井工改露采的成功經(jīng)驗(yàn)，穩(wěn)步推進(jìn)紅梁煤礦、白芨溝煤礦井工改露采進(jìn)程。打破煤礦境界及生產(chǎn)能力的嚴(yán)格限定，初期維持井工與露天并存的生產(chǎn)格局，后期礦區(qū)淘汰井工開(kāi)采，全區(qū)實(shí)現(xiàn)露天開(kāi)采。

2.4 效益評(píng)估

由于礦區(qū)深部地層內(nèi)水、地下隱蔽火區(qū)、瓦斯的不確定性以及地表火區(qū)遍布等因素的影響，井工開(kāi)采的安全隱患逐漸顯現(xiàn)并多次發(fā)生突發(fā)事故，尋找突破口，實(shí)施井工開(kāi)采改露天開(kāi)采轉(zhuǎn)型改造，是唯一出路。

1）克服災(zāi)害隱患，大幅度改善礦山安全條件。汝箕溝礦區(qū)井工開(kāi)采區(qū)周?chē)饏^(qū)遍布，火勢(shì)大，溫度高，火區(qū)不但影響井下生產(chǎn)系統(tǒng)的布置，而且極易導(dǎo)致井下瓦斯爆炸，發(fā)生災(zāi)害。而礦區(qū)各礦井又屬高瓦斯礦井，火區(qū)燃燒及井工開(kāi)采后，使山體裂隙發(fā)育，破壞井下供風(fēng)系統(tǒng)，形成漏風(fēng)與瓦斯積聚。歷史上汝箕溝煤礦井下共發(fā)生6次火災(zāi)事故，雖未造成人員傷亡，但時(shí)刻威脅礦井安全生產(chǎn)。2006年白芨溝煤礦曾發(fā)生瓦斯爆炸，未造成人員傷亡，但造成設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p壞，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)上千萬(wàn)元。采用露天開(kāi)采方式后，基本消除了瓦斯的安全隱患；火區(qū)治理難度降低，通過(guò)露天剝挖可消滅火源，杜絕火區(qū)的再次復(fù)燃。

2）響應(yīng)國(guó)家“太西煤”稀缺資源保護(hù)政策，效益顯著。汝箕溝礦區(qū)剩余煤炭地質(zhì)儲(chǔ)量2.36億t，淘汰落后的井工生產(chǎn)工藝。全面實(shí)現(xiàn)露天開(kāi)采后機(jī)械化程度高、設(shè)備大型化自動(dòng)化，能夠?qū)崿F(xiàn)減員增效，切實(shí)杜絕采富棄貧、采厚棄薄等違規(guī)開(kāi)采行為，不僅符合國(guó)家“太西煤”稀缺資源的保護(hù)政策，而且具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

3）露天采場(chǎng)統(tǒng)一設(shè)計(jì)、施工、管理，同時(shí)對(duì)地表火區(qū)進(jìn)行有效治理。全面推進(jìn)汝箕溝礦區(qū)全區(qū)實(shí)現(xiàn)露天開(kāi)采的規(guī)劃，火區(qū)治理工程與露天開(kāi)采統(tǒng)一設(shè)計(jì)、施工、管理，能夠確保規(guī)劃煤炭資源的安全，徹底解決火區(qū)下的資源滯留于地下無(wú)法采出的問(wèn)題，可以將火區(qū)沿露頭剝挖掉，早日消滅火源，最大限度地將火區(qū)下的資源全部采出，同時(shí)還可以保護(hù)礦區(qū)自然環(huán)境。

3 結(jié)語(yǔ)

汝箕溝礦區(qū)大峰煤礦成功實(shí)施的汝箕溝煤礦井工改露天復(fù)采項(xiàng)目、大峰煤礦羊齒采區(qū)井工改露天復(fù)采項(xiàng)目、卡布梁煤礦井工改露天復(fù)采項(xiàng)目，從解決火與瓦斯并存的重大危險(xiǎn)源入手，找準(zhǔn)了制約安全發(fā)展的關(guān)鍵點(diǎn)。結(jié)合礦區(qū)生產(chǎn)現(xiàn)狀及企業(yè)發(fā)展的需要，未來(lái)汝箕溝礦區(qū)只設(shè)一個(gè)大型露天煤礦，通過(guò)實(shí)施井工改露天復(fù)采，可改善安全生產(chǎn)條件，有效解放、回收火區(qū)下壓煤，提高采礦權(quán)范圍內(nèi)礦產(chǎn)資源的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益，提高回收率，帶動(dòng)無(wú)煙煤產(chǎn)業(yè)安全、產(chǎn)能的升級(jí)改造，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

［1］ 田家隆，楊彬，張培.露天復(fù)采技術(shù)的應(yīng)用研究［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016（25）：165.

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【責(zé)任編輯：陳 毓】

Feasibility study on underground mining to open-pit mining in Rujigou Mine

JIANG Wenping
(Rujigou anthracite branch,Shenhua Ningxia Coal Group,Shizuishan 753004,China)

The article draws successful technology experience from the underground mining to open-pit mining in Rujigou Coal Mine,and summarizes mining technology methods.The mine identifies the key points of restricting safety and efficient development in Rujigou Coal Mine,demonstrate the feasibility of the underground mining to open-pit mining,and puts forward technology development direction of the whole mining area into a large open-pit mine.

mining method;transformation;technology

TD217

B

1671－9816（2017）04－0001－04

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.04.001

江文平.汝箕溝煤礦井工開(kāi)采改露天復(fù)采的可行性研究［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（4）：1-3.

2016-12-12

江文平（1967—），男，寧夏固原人，高級(jí)工程師、注冊(cè)安全工程師、工程碩士，現(xiàn)任神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)汝箕溝無(wú)煙煤分公司經(jīng)理，主要從事煤礦生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理工作。