范正祥

(中國(guó)煤炭科工集團(tuán) 北京華宇工程有限公司，北京 100120)

剝采比是指剝離和采掘的工程量比值，它是衡量露天礦開采條件好壞的重要指標(biāo)，也是總體規(guī)劃中劃定礦區(qū)范圍的重要依據(jù)?？傮w規(guī)劃設(shè)計(jì)過程中普遍依據(jù)鉆孔剝采比等值線劃定露天礦開采范圍，但該方法有時(shí)會(huì)出現(xiàn)特殊情況：曾有某露天煤礦其鉆孔剝采比均小于經(jīng)濟(jì)剝采比，總體規(guī)劃已將其劃定為露天開采。但后續(xù)設(shè)計(jì)中，無(wú)論怎樣優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，最后按預(yù)期煤價(jià)計(jì)算的經(jīng)濟(jì)效益都是巨大虧損，因此該露天礦最終論證為不可行。針對(duì)此問題，筆者深度挖掘不可行的礦山實(shí)例，經(jīng)概括分析，高度總結(jié)了露天礦不可行的幾種特例，供大家分享，以便給后續(xù)總體規(guī)劃工作提供重要借鑒和參考。

1 經(jīng)濟(jì)剝采比的規(guī)定及算法

經(jīng)濟(jì)剝采比是指在一定技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下，露天開采經(jīng)濟(jì)上合理的最大剝采比，它是確定露天開采范圍的重要指標(biāo)。

2005年，中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《煤炭工業(yè)露天礦設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50197—2005)開采境界的基本規(guī)定中寫道“露天煤礦的經(jīng)濟(jì)剝采比，應(yīng)根據(jù)煤層賦存條件、剝離物特性、煤質(zhì)、技術(shù)裝備、資源回收率、生產(chǎn)成本、產(chǎn)品售價(jià)等條件確定，并應(yīng)符合下列規(guī)定：1、褐煤、非焦煤、焦煤的經(jīng)濟(jì)剝采比分別不宜大于6m3/t、10m3/t、15m3/t……”，因此，在大多數(shù)露天煤礦總體規(guī)劃中，一般動(dòng)力煤的開采境界基本都按10m3/t來(lái)確定，伊敏一號(hào)露天礦為褐煤，開采境界按不大于6m3/t圈定。各露天礦的設(shè)計(jì)、審批中，其開采境界基本按上述標(biāo)準(zhǔn)來(lái)執(zhí)行。但由于我國(guó)國(guó)土面積遼闊，資源賦存量大，各地經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不同，煤炭?jī)r(jià)格差異較大，都采用同一剝采比值來(lái)確定露天礦開采境界，則不符合當(dāng)時(shí)各地煤炭?jī)r(jià)格的變化趨勢(shì)，導(dǎo)致了有的地區(qū)企業(yè)盈利能力強(qiáng)但資源未被充分利用、而其他個(gè)別地區(qū)則企業(yè)盈利差。

為此，相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和露天行業(yè)專家針對(duì)規(guī)范中關(guān)于經(jīng)濟(jì)剝采比的確定條款又進(jìn)行了專項(xiàng)研究，認(rèn)為在煤炭售價(jià)多變的條件下，采用計(jì)算分析方法確定經(jīng)濟(jì)剝采比更合理。于是在2015年，修訂發(fā)布的《煤炭工業(yè)露天礦設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50197—2015)中，關(guān)于經(jīng)濟(jì)剝采比的規(guī)定修改為“露天煤礦經(jīng)濟(jì)剝采比的確定方法，應(yīng)符合下列規(guī)定：1、經(jīng)濟(jì)剝采比宜采用計(jì)算分析方法確定……”這也是非煤露天礦確定經(jīng)濟(jì)剝采比所采用的主要方法。

修訂的規(guī)范中關(guān)于經(jīng)濟(jì)剝采比的計(jì)算分析方法列了三種：

1)價(jià)格法。以露天開采單位原煤成本等于該產(chǎn)品售價(jià)為依據(jù)，考慮一定的利潤(rùn)指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算公式如下：

2)盈利比較法。以露天開采和礦井開采相同資源/儲(chǔ)量所得的相等盈利為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算公式如下：

3)原煤成本比較法。以露天開采和礦井開采單位原煤成本為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算公式如下：

式中，nj為經(jīng)濟(jì)剝采比，m3/t；ηl為露天開采煤層采出率，%；ηk為礦井開采煤層采出率，%；a0為露天開采采煤成本，元/t；b0為露天剝離成本，元/m3，當(dāng)采用不同開采工藝時(shí)，應(yīng)分別按有關(guān)開采工藝完成的剝離量百分比和成本，計(jì)算平均剝離成本；c0為礦井開采原煤成本，元/t；Dl為露天開采原煤售價(jià)，元/t；Dk為礦井開采原煤售價(jià)，元/t。

在后續(xù)應(yīng)用中，由于礦井生產(chǎn)安全性差、煤炭資源回收率低等主要原因，露天設(shè)計(jì)一般采用價(jià)格法計(jì)算經(jīng)濟(jì)剝采比居多。

2 經(jīng)濟(jì)剝采比的應(yīng)用

判斷露天煤礦開采條件良好與否多依據(jù)鉆孔近似剝采比(鉆孔近似剝采比是指利用勘探過程中施工的鉆孔所揭露的煤層上覆剝離物總厚度、煤層總厚度以及煤層容重的比值)，利用鉆孔近似剝采比可繪制出剝采比等值線圖，在總體規(guī)劃中劃分各大露天礦開采范圍以及設(shè)計(jì)中優(yōu)化露天礦開采境界時(shí)，基本依據(jù)剝采比等值線圖來(lái)設(shè)計(jì)。圖中小于經(jīng)濟(jì)剝采比的范圍適合露天開采，反之則不適合露天開采，需劃出開采境界以外。

例如：某甲露天礦，煤類為一般動(dòng)力煤，坑口煤炭銷售價(jià)格130元/t，純采煤成本為20元/t，剝離成本12.5元/m3。利用價(jià)格法，算出本礦經(jīng)濟(jì)剝采比為8.8m3/t。設(shè)計(jì)中一般取整，本礦經(jīng)濟(jì)剝采比取為8.0m3/t，因此，剝采比等值線圖中小于8.0m3/t的范圍被劃入露天開采境界內(nèi)；剝采比等值線圖中大于8m3/t的區(qū)域設(shè)計(jì)認(rèn)為是不經(jīng)濟(jì)的，被劃出開采境界以外。

最終設(shè)計(jì)結(jié)果：開采境界內(nèi)平均剝采比5.84m3/t，最大開采深度350m；首采區(qū)剝采比4.64m3/t，首采區(qū)最大開采深度150m。露天礦按10.0Mt/a規(guī)模設(shè)計(jì)，礦建工程量23.80Mm3，僅需1a即可完成，達(dá)產(chǎn)年生產(chǎn)剝采比5.30m3/t。經(jīng)全自營(yíng)方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)測(cè)算，露天礦總投資12.43億元，貸款償還期7.8a，稅后財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率9.63%，年凈利潤(rùn)1.43億元，露天礦盈利能力強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)效益良好。

3 需引起重視的特例

除以上正常情況以外，還有特例存在。該特例就是“鉆孔近似剝采比不大于經(jīng)濟(jì)剝采比而露天開采卻不經(jīng)濟(jì)”和“鉆孔近似剝采比大于經(jīng)濟(jì)剝采比但卻有較好的經(jīng)濟(jì)效益”兩種情況。經(jīng)分析總結(jié)，這兩種情況的特例分為以下三種條件：①鉆孔近似剝采比小但埋藏深度較大且沒有露頭的情況(不具備良好的初始拉溝條件)，不適合露天開采；②煤層厚度隨埋深增加而增厚的情況(出現(xiàn)了一種假可采的情形)，不適合露天開采；③山體壓煤情況(山體下壓的煤不能只憑鉆孔剝采比來(lái)判斷是否可采，而應(yīng)綜合計(jì)算整體剝采比的經(jīng)濟(jì)性)，有的鉆孔剝采比雖然大但卻經(jīng)濟(jì)效益顯著。下面筆者對(duì)這三種情況逐一舉例：

3.1 鉆孔剝采比小但埋藏深度較大且沒有露頭

某乙露天礦，煤類為長(zhǎng)焰煤及不粘煤，主采煤層為一層，厚度較大，在45～70m之間，煤層淺部被火燒，最小見煤深度285m，見煤處煤層厚度52m，全區(qū)上覆地層厚度285～470m，地形平坦，地貌為戈壁灘?？涌诿禾夸N售價(jià)格150元/t。

依據(jù)該礦條件，經(jīng)分析，該礦鉆孔近似剝采比在4.7～7.8m3/t之間，單純從剝采比來(lái)看，其值并不大，按本礦條件計(jì)算的經(jīng)濟(jì)剝采比為8.1m3/t(取整后為8.0m3/t)，據(jù)此確定該礦資源可全部進(jìn)行露天開采。

而該礦的實(shí)際研究結(jié)果為：開采境界內(nèi)平均剝采比6.88m3/t，小于經(jīng)濟(jì)剝采比8.0m3/t，最大開采深度540m；首采區(qū)剝采比5.65m3/t，首采區(qū)最大開采深度385m。露天礦按20.0Mt/a規(guī)模設(shè)計(jì)，礦建工程量473.80Mm3(4.738億m3)，基建期5a，達(dá)產(chǎn)年生產(chǎn)剝采比6.70m3/t。經(jīng)全自營(yíng)方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)測(cè)算，露天礦總投資138.54億元，年凈利潤(rùn)-3.18億元，經(jīng)濟(jì)效益為虧損。

可見，該礦范圍的煤層鉆孔近似剝采比并不大，均小于經(jīng)濟(jì)剝采比，表面看可以全部進(jìn)行露天開采，而實(shí)際研究后發(fā)現(xiàn)，開發(fā)該礦的經(jīng)濟(jì)效益為虧損，結(jié)論為不適合進(jìn)行露天開發(fā)。究其原因，主要是初期礦建工程量太大，進(jìn)而導(dǎo)致投資太高，影響了全礦經(jīng)濟(jì)效益。因此，在煤礦總體規(guī)劃中要注意此種情形，避免規(guī)劃后無(wú)法開發(fā)的情況發(fā)生。

3.2 煤層厚度隨埋深增加而增厚

某丙露天礦為一般動(dòng)力煤，主采煤層為一層，該礦因受地質(zhì)構(gòu)造影響，地層基本為單斜，傾角5°～6°，煤層厚度5～65m(隨埋深增加而變厚)，地表受風(fēng)、水剝蝕影響后其坡度與地層傾向相反，地形坡度4°～5°，如圖1所示?？涌诿禾夸N售價(jià)格155元/t。

圖1 煤層厚度隨深度增加而增大情況插圖(m)

根據(jù)三個(gè)鉆孔(依次601-3、601-4、601-5)計(jì)算，其鉆孔近似剝采比分別為：6.57m3/t、7.62m3/t、7.38m3/t。按本礦條件計(jì)算的經(jīng)濟(jì)剝采比為10.8m3/t(取整后為10m3/t)，直觀判斷該礦剝采比條件，全區(qū)采用露天方式開發(fā)沒有問題。但實(shí)際研究后發(fā)現(xiàn)，開發(fā)該礦的經(jīng)濟(jì)效益極差，為嚴(yán)重虧損，不適合進(jìn)行露天開發(fā)。

研究中考慮：如果沿煤層走向拉溝、傾向推進(jìn)、采用一般設(shè)計(jì)幫坡角10°開采，因受地表影響，則生產(chǎn)剝采比已超過20m3/t；再將一般設(shè)計(jì)幫坡角10°調(diào)整為25°陡幫開采，其生產(chǎn)剝采比也在14m3/t左右，雖然此時(shí)礦建工程量并不大，僅為20.35Mm3。但由于生產(chǎn)剝采比太大，遠(yuǎn)大于經(jīng)濟(jì)剝采比，導(dǎo)致該礦采用走向拉溝、傾向推進(jìn)的開發(fā)方式不可行。

再考慮如果沿煤層傾向拉溝、走向推進(jìn)、同樣考慮25°陡幫開采，經(jīng)計(jì)算其生產(chǎn)剝采比已超過18m3/t，同時(shí)礦建工程量由20.35Mm3增加到85.24Mm3，亦不可行。

對(duì)于該礦條件的研究表明：雖然其鉆孔近似剝采比在8.0m3/t以內(nèi)，小于經(jīng)濟(jì)剝采比10m3/t，煤層也有隱伏露頭，但按10.0Mt/a規(guī)模設(shè)計(jì)后，礦建工程量20.35Mm3，基建期1a，達(dá)產(chǎn)年生產(chǎn)剝采比13.80m3/t，生產(chǎn)剝采比遠(yuǎn)超出了經(jīng)濟(jì)剝采比10m3/t。經(jīng)全自營(yíng)方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)測(cè)算，露天礦總投資9.76億元，年凈利潤(rùn)-6.03億元，經(jīng)濟(jì)效益為嚴(yán)重虧損。

因此，在煤礦總體規(guī)劃中也要注意這種假可采的煤層賦存條件，以避免規(guī)劃中開發(fā)方式?jīng)Q策失誤。

3.3 山體壓煤

由于大自然的風(fēng)化剝蝕作用，有可能出現(xiàn)煤層被壓在山底的現(xiàn)象。如：某丁露天礦，煤類為31不粘煤，地層基本為單斜，傾角4°～5°，煤層厚度為7～12m，地表受剝蝕影響形成山丘，典型剖面如圖2所示?？涌诿禾夸N售價(jià)格145元/t。

圖2 山體壓煤情況插圖(m)

經(jīng)計(jì)算，圖2中各鉆孔對(duì)應(yīng)的煤厚及剝采比情況見表1。

依據(jù)煤價(jià)，采用價(jià)格法計(jì)算的本礦經(jīng)濟(jì)剝采比為9.26m3/t(取整后為9.0m3/t)，結(jié)合上述條件可以看出，鉆孔502-4和鉆孔602-4所在區(qū)域?yàn)榈桶角?，其鉆孔剝采比已超出10m3/t，大于經(jīng)濟(jì)剝采比，明顯不經(jīng)濟(jì)，進(jìn)行露天礦境界圈定時(shí)需劃出開采境界以外?？紤]露天開采幫坡角影響后，為圖2中的B區(qū)(兩條虛線為區(qū)域邊界)范圍需劃出開采境界以外。

表1 鉆孔近似剝采比計(jì)算表

然而事實(shí)上，由于受露天開采幫坡角影響，由圖2可以看出，當(dāng)A區(qū)和C區(qū)被露天開采以后，所留B區(qū)范圍為一孤島，單獨(dú)計(jì)算該孤島：上部剝離物截面積為55932.11m2，下部煤體截面積為5945.65m2，對(duì)應(yīng)的剝采比為7.07m3/t，其實(shí)際剝采比遠(yuǎn)小于經(jīng)濟(jì)剝采比9.0m3/t，可見，開采該區(qū)域仍然是經(jīng)濟(jì)的。該示例表明，B區(qū)表面上鉆孔近似剝采比超出經(jīng)濟(jì)剝采比需要?jiǎng)澇鲩_采范圍以外，而實(shí)際上其整體剝采比(約7.0m3/t)小于經(jīng)濟(jì)剝采比(9.0m3/t)，不應(yīng)劃出開采范圍，適合進(jìn)行整體開發(fā)。

對(duì)于該礦研究的結(jié)果：開采境界內(nèi)平均剝采比4.76m3/t，最大開采深度180m；首采區(qū)剝采比3.87m3/t，首采區(qū)最大開采深度110m。露天礦按8.0Mt/a規(guī)模設(shè)計(jì)，礦建工程量13.60Mm3，達(dá)產(chǎn)年生產(chǎn)剝采比3.50m3/t。經(jīng)全自營(yíng)方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)測(cè)算，露天礦總投資7.42億元，貸款償還期5.6a，稅后財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率9.86%，年凈利潤(rùn)3.17億元，露天礦經(jīng)濟(jì)效益良好。

可見，露天煤礦經(jīng)濟(jì)剝采比采用鉆孔近似剝采比等值線來(lái)圈定露天礦開采范圍的方法有一定的局限性，應(yīng)用中尚需根據(jù)實(shí)際條件進(jìn)行分析，并應(yīng)特別注意特例中的幾種條件。

4 結(jié) 語(yǔ)

剝采比是反映露天礦開采條件好壞的重要指標(biāo)。通過上述示例可以看出，采用鉆孔近似剝采比等值線來(lái)圈定露天礦開采境界的方法在一般情況下是適用的，但不是千篇一律，應(yīng)結(jié)合本礦經(jīng)濟(jì)剝采比進(jìn)行具體分析，本文提出的特例情況需引起足夠重視，以保證露天煤礦開采境界圈定的最佳與合理。