李守亮

（國能寶清煤電化有限公司 朝陽露天煤礦，黑龍江 寶清 155600）

露天煤礦一般在開采境界內選擇煤層埋藏較淺、剝采比小的位置優(yōu)先開采，同時采用走向開采、傾向推進方式作業(yè)。朝陽露天煤礦初步設計同樣遵循以上原則，但是煤礦地質條件復雜，且存在輸水半徑小、滲透性差、地下水疏而不干的特點，給煤礦邊坡穩(wěn)定、采剝生產造成較大影響。朝陽露天煤礦于2013—2016 年之間在采場非工作幫發(fā)生了3 次大面積滑坡，雖然后期治理起到了一定效果，但隨著采剝接續(xù)，邊坡仍然存在位移風險。需采用傾向開采、走向推進的方式，并在內排土場采用有效的排水措施，保持內排土場物料與地下水分離，形成有序的排水系統(tǒng)，保障露天煤礦的采剝接續(xù)。

1 礦山概況

朝陽露天煤礦位于三江平原南部，地形平坦，屬寒溫帶大陸性季風氣候區(qū)，夏季炎熱而短暫，冬季寒冷而漫長，春秋2 季多風，夏秋2 季多雨。水文地質勘查類型屬一類三型（即孔隙充水礦床，水文地質條件復雜，難于疏干的礦床）。邊坡勘查類型，屬一類二型（松散軟巖類），各巖層的滲透性能差別較大，含水層不易疏干，泥巖遇水極易軟化變形。剝離物勘查類型，屬一類松散巖層及軟巖類，多為微膠結的泥巖和砂巖，抗壓強度一般小于1 MPa[1]。根據(jù)巖性將本區(qū)自上而下分為上部、中部、下部3 個含水層。上部含水層底板埋藏深度一般20～30 m，平均厚度10.8 m。中部含水層底板埋藏深度29～103 m，平均60 m；10＃煤層底板以下為下部含水層，與煤層底板間隔水層分布不均勻，局部有“天窗”。煤礦開采境界面積76.8 km2，儲量871.71 Mt，設計規(guī)模11 Mt/a，可采煤層1 層（10＃煤層），煤層底板南高北低、西高東低。煤礦于2009 年7 月份開工建設，2022 年計劃產能600萬t。已形成地表境界東西長1 850 m，南北最大寬1 650 m 的采場。外排土場位于采場東側，占地面積126.7 hm2，設計容量4 300 萬m3，已全部排滿。剝離采用液壓反鏟－自卸卡車間斷開采工藝，采煤采用液壓反鏟－自卸卡車－地表半固定破碎站－帶式輸送機半連續(xù)開采工藝[2]。

2 橫采內排工藝適用性

2.1 地質條件

由于煤礦剝離物、邊坡屬松散軟巖類，抗壓強度一般小于1 MPa，同時為孔隙充水礦床，水文地質條件復雜，難于疏干，導致煤礦采剝工程受地質條件影響較大：①內排土場受含水層及本身巖層性質影響，邊坡穩(wěn)定性較差，導致采煤工作面與內排土場的安全距離不足50 m（不符合設計規(guī)范要求），且內排土場邊坡角無法達到設計要求（設計16°，實際約為7°），致使內排空間不足，影響采剝接續(xù)；②采場內部受上部、中部含水層、承壓水和內排土場邊坡位移影響，排水系統(tǒng)布置困難。

2.2 采排場及排水系統(tǒng)

1）采場現(xiàn)狀。目前采場北幫已形成8 個剝離臺階（＋78、＋70、＋60、+50、+40、+30、+20）和2 個采煤臺階（＋10、±0），最大采深80 m，東西地表境界1 850 m，南北地表境界1 650 m。

2）排土場現(xiàn)狀。設計外排土場位于采場東側，排土容量4 300 萬m3，臺階高度15 m，7 個排土臺階（＋90、＋105、＋120、＋135、＋150、＋165、＋180）組成，總排棄高度105 m，已于2021 年排滿。受內排土場邊坡位移的影響，導致排土空間不足，經批準在北幫地表新增2 個臨時排土場，其中北1＃臨時排土場設計容量500 萬m3、北2＃臨時排土場設計容量1 900萬m3，用于滿足采剝接續(xù)需求，同時加速開展外排土場征地工作，待取得批復后將2 個臨時排土場排棄物倒運至新批復的外排土場。內排土場（南幫）邊坡滑移主要呈現(xiàn)為自南向北移動，東西向不存在滑移現(xiàn)象，且內排土場與采煤工作面已接壤。東西端幫、工作幫（北幫）相對穩(wěn)定，不存在位移現(xiàn)象。

3）采場排水系統(tǒng)。受內排土場位移影響，采場排水分為采場西區(qū)排水系統(tǒng)和采場東區(qū)排水系統(tǒng)[3]。西區(qū)排水系統(tǒng)泵房設置在采場西側＋30 m 平盤，集水坑位于＋20 m 水平，通過西端幫排水管路排出采場，＋20 m 水平以下積水由采剝隊伍設置臨時水泵排至＋20 m 積水坑內。東區(qū)排水系統(tǒng)泵房設置在＋8 m 水平平盤，集水坑位于±0 m 水平，通過東端幫排水管路排出采場，±0 m 水平以下積水由采剝隊伍設置臨時水泵排至±0 m 積水坑內。

2.3 邊坡滑移主要原因

1）地下水的影響。由于土壤導水性差，群井疏干無法做到無滲漏，2 個含水層滲漏水分進入內排土場后導致內排物料承載力下降、失穩(wěn)，下部含水層承壓且與煤層底板之間有“天窗”，當承壓水通過天窗進入內排土場后降低承載力，導致邊坡無法達到設計參數(shù)，形成失穩(wěn)現(xiàn)象[4]。

2）底板賦存條件影響。由于煤層底板西高東低、南高北低，南幫內排土場形成后，在重力作用下具有向北滑移傾向，再加地下水侵入，加大滑移速度[5]。

3 橫采內排工藝

3.1 采場中部橫采

采場中部橫采設計示意圖如圖1。

圖1 采場中部橫采設計示意圖

由于南幫（內排土場）長期存在向北位移現(xiàn)象，需采用人為干預措施阻止位移，參照中國礦業(yè)大學（北京）提出的滑坡治理[6]思路，優(yōu)先在采場中部向北短工作線拉溝剝離推進130 m，利用兩側未剝離的原始物料頂住南幫滑體，經現(xiàn)場實踐證明，該方案有效且達到了預計目標[7]。

3.2 東端幫橫采

為徹底解決南幫邊坡位移影響剝離作業(yè)的問題，參照中部橫采經驗，在東端幫進行橫采拉溝，實現(xiàn)原煤開采的同時進行采區(qū)轉向，并提前開展東端幫內排，緩解內排空間緊張問題：①停止內排作業(yè)，減緩南幫位移速度；②在安全的前提下，減小平盤寬度，加大工作幫坡角，降低生產剝采比，滿足內供電廠發(fā)電及外銷市場用煤需要；③快速在采場東端幫向北重新拉溝作業(yè)，將剝離物排至北部2 個臨時排土場，完畢后進行橫向采煤作業(yè)，將工作線推進方向改為自東向西推進，當安全距離滿足50 m 時[8]，實現(xiàn)東端幫內排，解決南幫位移影響采煤作業(yè)的問題。

經計算，東端幫橫采剝離量約為800 萬m3，露煤量約為30 萬t，可形成南北長約290 m、東西寬50 m 的采煤工作面，按每天8 組設備計算，總工期約6 個月。同時北部賦存F5正斷層（斷距約12 m），可利用天然壩體優(yōu)勢阻攔南幫位移，提高排土容量。

3.3 采煤及排土組織

由于露天礦重新拉溝剝離量大、露煤少，需采用采場西區(qū)、東區(qū)交替保供的方式采煤，以滿足接續(xù)需要。當拉溝完成后，生產剝采比大幅度降低，再優(yōu)先開采F5斷層以南的煤炭資源，解決工作面轉向和接續(xù)矛盾問題。

東端幫橫采和接續(xù)剝離所產生的排土量全部排至北部（推進幫）2 個臨時排土場，當東端幫橫采推進超過100 m 以后，可在保證采場底部安全距離的前提下開展自東向西內排工作，最大限度地挖潛內排空間。

3.4 采場排水系統(tǒng)

受南幫位移影響，采場西區(qū)積水已無法自行流淌至東區(qū)，為此，采用采場綜合排水解決排水問題。

1）采場東區(qū)。在采場東區(qū)底部境界線以東，底板－20 m 水平（橫采拉溝位置）新建集水坑，并設置排水系統(tǒng)，利用原始東端幫邊坡穩(wěn)定的特點保持集水坑穩(wěn)定，增加系統(tǒng)的服務周期[9]。在東端幫含水層涌水臺階位置鋪設土工膜（防水作用），坡底線位置施工盲溝、花管并蓋在土工膜下部，使后續(xù)排棄物料與原始邊幫涌出的地下水進行物理分離，保持內排土場的穩(wěn)定性。

2）采場西區(qū)。在采場西區(qū)東側底板－10 m 水平新建西區(qū)集水坑，并設置排水系統(tǒng)，分擔東區(qū)集水坑壓力，提高采場排水系統(tǒng)穩(wěn)定性，增強防洪、抗災能力[10]。西區(qū)集水坑平面示意圖如圖2。

圖2 西區(qū)集水坑平面示意圖

3）導水盲溝。根據(jù)流水路線和采場現(xiàn)狀，合理規(guī)劃導水盲溝位置及參數(shù)，盲溝頂部鋪設草簾子，防止剝離物料滲入毛石縫隙，保持盲溝導水效果，部分盲溝頂部鋪設連續(xù)排水花路（管路直徑根據(jù)流量確定），確保滿足流水需要。

4）平盤排水溝。合理規(guī)劃采場各平盤排水溝及順水坡度，保持采場內部有序排水，最終實現(xiàn)采場排水順暢[11]。

4 橫采內排工藝應用效果

1）東端幫排土。利用現(xiàn)有東端幫穩(wěn)定邊坡優(yōu)勢，并在涌水臺階位置鋪設土工膜、設置盲溝、花管，增加排土空間。工作面轉向后，排土方向自東向西，實現(xiàn)由低處向高處排土，同時內排土場3 個方向（南、東、北）均為固定幫，內排土場邊坡下滑力主要作用在東端幫上，因此不會對內排土場前緣邊坡造成滑移。同時在北側還有F5斷層，將煤層底板抬升12～14 m，更利于內排穩(wěn)定，增加排土空間。

2）內外排土場合并，增加排土空間。橫向采煤施工完成，實現(xiàn)自東向西排土后，在邊坡穩(wěn)定的前提下，將東外排土場與內排土場合并，以緩解排土空間緊張局面。

3）利于采煤工作面排水。工作面轉向后，采煤自東向西，實現(xiàn)由俯采變仰采，屆時工作面排水問題將會通過毛石倒水盲溝自流方式解決，煤層中水分將會降低，同時由于采煤工作面不受內排土場邊坡影響，采煤效率和煤質也將會大大提升，回收率大幅提高。

4）有效發(fā)揮毛石導水盲溝作用。在3 個固定幫（南、東、北）作用下，自東向西實現(xiàn)南北向同標高排土，南北向不再有下滑力作用，因此煤層底板不會再發(fā)生滑移，導水盲溝作用可得到有效發(fā)揮。

5）有利于非工作幫邊坡穩(wěn)定。通過東端幫自南向北橫采施工，F(xiàn)5斷層很快將會揭露，F(xiàn)5斷層使煤層底板抬升約12～14 m，將會起到天然抗滑壩作用，阻止非工作幫前端邊坡向北滑移。

5 結語

朝陽露天礦采用橫采內排使采場東側超前向北推進290 m，利用F5斷層使煤層提升約15 m 的天然優(yōu)勢，作為阻攔內排土場邊坡滑移的天然抗滑壩，實現(xiàn)了采場南北推進向東西推進的轉向。同時在東端幫東側新建集水坑，并與毛石盲溝有效結合，鋪設土工膜，布置導水盲溝、花管，將內排土場物料與地下涌水分離，實現(xiàn)了采場有序排水，提高了內排土場邊坡的穩(wěn)定性。超前實現(xiàn)東端幫內排，挖潛了有效的內排空間，為采剝接續(xù)創(chuàng)造了良好的條件。