張海峰，呂明波

（中煤科工集團沈陽設(shè)計研究院有限公司，遼寧 沈陽 110015）

隨著現(xiàn)代化露天采礦的發(fā)展，我國大多露天煤礦礦權(quán)面積較大，端幫邊角煤都屬露天礦不可采區(qū)域，且受露天煤礦端幫幫坡角影響，端幫壓煤量隨之增多，這樣一來，會更多的造成一部分資源量無法開采，無法開采的部分采用井工端幫煤開采方式，避免資源的浪費。以內(nèi)蒙古黑岱溝露天煤礦開采端幫邊角煤為例，進行對露天礦端幫邊角煤采用井工開采方式回收的研究。

1 端幫邊角煤區(qū)域境界

端幫邊角煤回收井位于黑岱溝露天煤礦范圍內(nèi)，端幫煤回收區(qū)域由北端幫、南端幫煤層底板境界線和礦權(quán)界線包圍形成，其形態(tài)呈“1”型狹長條帶。原始地形為山地、溝谷地形，東西平均寬約239 m，南北平均寬約4 095 m，面積為0.997 km2。地表溝谷縱橫，最大高程海拔＋1 195 m，最低＋1 005 m，平均高程＋1 055 m。

1.1 端幫邊角煤區(qū)域煤層特征

本區(qū)域6＃復(fù)合煤層，賦存于太原組上部，全區(qū)可采，其厚度為16.12～39.32 m，平均為33.07 m，純煤厚度22.04～34.79 m，平均厚20.84 m，夾矸層數(shù)5～16，一般12～14，夾矸總厚度3.55～4.60 m，平均厚3.99 m，6＃煤厚度巨大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，為本區(qū)主要勘探對象，屬全區(qū)可采的較穩(wěn)定煤層。

1.2 建設(shè)規(guī)模

端幫邊角煤回收井區(qū)域范圍內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造簡單，開采技術(shù)條件較好，煤質(zhì)優(yōu)良，可采煤層賦存平緩、穩(wěn)定，邊界及可采范圍均已查明，煤質(zhì)變化不大，是良好的動力用煤及工業(yè)鍋爐用煤，還可適用于氣化用煤原料，市場穩(wěn)定。

本區(qū)域所開發(fā)的為露天礦邊角煤，范圍較小，煤炭儲量少。根據(jù)內(nèi)蒙古自治區(qū)人民政府內(nèi)政〔2005〕210號《關(guān)于進一步推進煤炭資源整合和有償使用的實施辦法》（試行），新建礦井單井產(chǎn)量最低達年產(chǎn)1.20 Mt/a。設(shè)計本著“資源回收率高、投資效率高”的原則，結(jié)合建設(shè)外部條件，認真分析了本區(qū)域的地質(zhì)條件，內(nèi)、外部建設(shè)條件及市場供需情況的基礎(chǔ)上，并結(jié)合露天煤礦的條件，提出了本區(qū)域設(shè)計生產(chǎn)能力1.2 Mt/a和7.0 Mt/a 2個方案。

儲量是決定礦井設(shè)計生產(chǎn)能力的基礎(chǔ)因素之一。本區(qū)域內(nèi)共有地質(zhì)資源／儲量20.25 Mt，設(shè)計資源/儲量15.91 Mt，設(shè)計可采儲量11.08 Mt，按1.2 Mt/a和7.0 Mt/a 2個方案的生產(chǎn)規(guī)模，考慮1.4的儲量備用系數(shù)，其服務(wù)年限分別為6.6年和1.6年，均不能滿足設(shè)計規(guī)范新建礦井服務(wù)年限的要求。由于本礦為露天礦邊角資源的回收殘采，從一定的角度看，該區(qū)域相當于露天礦的1個井工殘采盤區(qū)，在開采條件可能的情況下，服務(wù)年限不宜過長，盡快回收該部分資源比較合理。

端幫邊角煤主采6#復(fù)合煤層，主要開采煤層所占比例大，因此，該區(qū)域達產(chǎn)快，穩(wěn)產(chǎn)時間長。交通運輸條件、水源條件、電源條件、通信條件較好，基本建材可就地供應(yīng)。設(shè)計認為本區(qū)域資源量較豐富，外部建設(shè)條件好、交通便利、經(jīng)濟地理位置優(yōu)越、煤質(zhì)優(yōu)良、煤炭市場前景好，開采技術(shù)條件優(yōu)越，開拓系統(tǒng)簡單，經(jīng)濟效益好?？紤]到本礦為露天礦的邊角資源，為使該投資少、早達產(chǎn)、早見效，并為礦井的后期發(fā)展創(chuàng)造條件，設(shè)計本著“投資效率高”的原則，認為7.0 Mt/a的能力符合該區(qū)開采的特殊條件。

2 端幫邊角煤開拓

2.1 井筒位置的選擇

1）開拓方式。本區(qū)主要開采6#復(fù)合煤層，地質(zhì)條件較為簡單，本著端幫邊角煤投資少、達產(chǎn)速度快、開采效率高的原則考慮，選擇平硐開拓方式。

2）井筒位置。主副井位置主要受露天礦開采、排土和運輸?shù)挠绊?，壓煤區(qū)域地表幾乎不存在原始地貌,大部寬度在155～310 m之間，根據(jù)實地踏勘，在寬度方向除去內(nèi)外排土場、開采形成的露天礦邊坡臺階、露天礦運輸?shù)缆吠?，主副井位置只能布置在露天礦采區(qū)預(yù)留坑內(nèi)，或露天礦邊幫運輸?shù)缆穬?nèi)。長條形壓煤區(qū)域也影響開拓巷道、采準巷道部署和開采接續(xù)。主要運輸巷道只能沿著礦權(quán)界和露天開采坑底邊界布置。

所以依據(jù)壓煤少的原則，根據(jù)對井上下條件分析，對應(yīng)不同的位置，結(jié)合井筒的形式確定開拓方式為平硐單水平開拓[1]。279鉆孔和477鉆孔屬本區(qū)域內(nèi)煤層較薄位置，且本區(qū)域附近無斷層等復(fù)雜地質(zhì)條件，所以將主副風井分別布置在279和477鉆孔的西側(cè)。

3 采煤工藝及開采方法

3.1 煤層開采技術(shù)條件

端幫邊角煤回收，劃分2個工作面，分別為東翼1101工作面和西翼1102工作面；工作面布置方式為傾斜長臂后退式開采[2]。

本區(qū)域區(qū)煤巖層傾角一般3°左右，煤層較厚；為低瓦斯礦井，煤塵具有爆炸性，無地溫熱害、地壓。可采煤層有6復(fù)合煤。

3.2 采煤方法

采煤方法采用綜采放頂煤。

1）放頂煤綜采工藝發(fā)展現(xiàn)狀。放頂煤綜采工藝是近30多年來發(fā)展起來的開采技術(shù)，其實只是在煤層底部（沿底板或在煤層中某一高度范圍的底部）布置綜采工作面，除用正常的采煤機、輸送機、液壓支架采煤外，還利用礦山壓力或輔以人工松動方式使工作面上方的頂煤破碎，并隨著工作面推進而在前方或后方放出并回收煤炭。我國從1982年開始研究放頂煤液壓支架和放頂煤工藝，20世紀80年代中后期，我國綜采放頂煤開始發(fā)展起來，基本解決了放頂煤液壓支架問題，1988年以前我國綜采放頂煤工作面的采放比一般為l：2～l：3，最高月產(chǎn)約0.6 Mt。近幾年來，采煤的高產(chǎn)高效已成為發(fā)展方向，而放頂煤綜采作為一種產(chǎn)量高、成本低、對不均勻煤層適應(yīng)性強的厚煤層開采方法，它的高效低耗的特點在厚煤層開采中顯示了極強的優(yōu)勢。1993年潞安礦務(wù)局漳村礦實現(xiàn)了一井一面集中生產(chǎn)，年產(chǎn)達2.35 Mt。1994年兗州礦務(wù)局興隆莊礦綜采隊放頂煤綜采年產(chǎn)2.72 Mt，1998年以后東灘礦綜采一隊放頂煤綜采年產(chǎn)一直維持在5.00 Mt以上，2004年達到6.58 Mt。目前，放頂煤綜采已在我國全面應(yīng)用，其放頂煤綜采技術(shù)已達到世界先進水平[3]。

2）綜采放頂煤優(yōu)點：①綜采放頂煤采煤法是比較容易實現(xiàn)高產(chǎn)高效的厚煤層采煤方法；②綜采放頂煤開采巷道掘進率低，特別是厚煤層，巷道掘進率降低更明顯，巷道維護條件好，可以緩解礦井采掘關(guān)系；③工作面生產(chǎn)能力大，工作面搬家次數(shù)少；④放頂煤工作面煤量一半以上的頂煤基本是利用地壓破煤，依靠自重放煤，所以綜采放頂煤采煤法是一種動力消耗較小的綜合機械化采煤方法；⑤綜采放頂煤開采過程中，由于其頂煤是利用地壓破碎，依靠自重有控制的放煤，塊煤量與機采割煤相比有所增加，增加塊煤量，提高經(jīng)濟效益；⑥綜采放頂煤對地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、厚度變化較大煤層的開采，比一般綜采更靈活和適用[3-4]。

4 井工開采后沉陷區(qū)對露天礦的影響及復(fù)墾措施

4.1 沉陷區(qū)面積及范圍

端幫邊角煤回收區(qū)域自投產(chǎn)，先后在東翼、西翼布置2個回采工作面，其中2個工作面全部采用綜合機械化一次采全高放頂煤開采方法，煤層最大采出厚度達26 m。

地下煤層開采后，采空區(qū)上部的覆蓋層和地表失去平衡而發(fā)生移動和變形，地表可能出現(xiàn)大的塌陷坑和地裂縫，重復(fù)采動更加劇地面的變形破壞地表原有形態(tài)。根據(jù)測算，位于端幫邊角煤回收區(qū)域東翼1 101、西翼1 102工作面的2個塌陷坑，地表最大下沉達12～20 m，本次設(shè)計選擇概率積分法作為地表移動變形的預(yù)測方法，通過沉陷軟件預(yù)測，端幫邊角煤回收范圍內(nèi)，開采最大下沉面積為1.223 km2[5-6]。其下沉數(shù)據(jù)為：①下沉深度≥10 mm,沉陷區(qū)面積1 223 044.39 m2;②下沉深度≥1 000 mm,沉陷區(qū)面積890 697.13 m2;③下沉深度≥5 000 mm,沉陷區(qū)面積700 598.11 m2;④下沉深度≥10 000 mm,沉陷區(qū)面積573 868.53 m2;⑤下沉深度≥15 000 mm,沉陷區(qū)面積453 928.06 m2;⑥下沉深度≥20 000 mm,沉陷區(qū)面積235 874.47 m2。

4.2 沉陷區(qū)對露天礦影響

本區(qū)域端幫邊角煤開采后，沉陷區(qū)影響主要區(qū)域位于露天采場，井工開采區(qū)域建設(shè)對周邊環(huán)境影響基本在露天礦界范圍內(nèi)。開采范圍內(nèi)會有不同程度的下沉，可能會對露天礦端幫位置邊坡穩(wěn)定性造成一定影響，但由于本區(qū)域做為露天礦1個采區(qū)的殘采區(qū)域，在露天礦采區(qū)開采結(jié)束后再進行采用井工開采方式對端幫邊角煤的回收，所以不會影響露天礦的安全生產(chǎn)。且露天礦對本采區(qū)開采結(jié)束后再進行對邊角煤的回收，采用井工開采方式進行端幫邊角煤回收后的沉陷區(qū)可做露天礦二采區(qū)轉(zhuǎn)角后近距離排土，減少部分排土運距；采用井工方法開采后，會有不同程度的沉陷，這樣沉陷區(qū)需要大量的土巖來治理，而露天礦有充足的土巖可用于回填沉陷區(qū)，而且運輸距離很近，確保了土地徹底恢復(fù)，增加露天礦排土空間[7]。

4.3 沉陷區(qū)復(fù)墾措施

礦區(qū)地處丘陵地帶，土地貧瘠，耕地較少，露天礦和井工礦采后的土地復(fù)墾將坡地改為平地，進行了綠化和種植，形成了開采、復(fù)墾和種植養(yǎng)殖的良性循環(huán)，生態(tài)環(huán)境得到保護[8]。

1）做好沉陷區(qū)土地復(fù)墾工作，沉陷區(qū)可利用露天礦二采區(qū)開挖的剝離物填充，以保證恢復(fù)土地的原有功能，墾殖方式以種草植樹為主。

2）加強巡視受開采影響地表，對形成的裂縫及時填堵，并對地表移動變形已經(jīng)穩(wěn)定、且坡度受影響較大的區(qū)域，根據(jù)實際情況進行平整，以改善農(nóng)作物和牧草的生長環(huán)境，防止植被覆蓋率因受地表移動變形影響而降低。

5 結(jié)語

為促進煤炭資源合理開發(fā)，隨著露天礦的開采推進，端幫邊角煤壓煤也隨之增多，端幫邊角煤壓煤區(qū)域應(yīng)考慮采用井工技術(shù)以改善礦山經(jīng)營效益和減少部分資源的浪費?，F(xiàn)階段井工開采技術(shù)成熟，且采用井工開采端幫邊角煤有一定優(yōu)點。比如：井筒布置在端幫底部，減少巷道掘進量、采用平峒開拓方式，施工工藝較簡單、掘進速度快、達產(chǎn)快。