侯 偉

（國(guó)家電投集團(tuán)內(nèi)蒙古白音華煤電有限公司 露天礦，內(nèi)蒙古 錫林郭勒 026209）

為回收危險(xiǎn)區(qū)下覆的煤炭資源，可以根據(jù)邊坡變形破壞的時(shí)效性特征，在監(jiān)測(cè)與控制危險(xiǎn)邊坡變形速率的前提下，采用條帶開采、快速內(nèi)排的方法[1-5]，實(shí)現(xiàn)在保證邊坡穩(wěn)定的同時(shí)，回收下覆資源，這一技術(shù)廣泛應(yīng)用于我國(guó)眾多露天煤礦。山顯明等[6]在扎尼河露天礦采用條帶控制的開采方法，成功回收了滑坡區(qū)下覆煤體，同時(shí)提高了邊坡的穩(wěn)定性；馬明[7]在掌握寶日希勒露天礦南幫破壞機(jī)理和模式的情況下，采用條帶開采、快速內(nèi)排技術(shù)，確保了煤炭資源的安全、高效回收。

隨著采掘工作的不斷推進(jìn)，白音華露天礦采區(qū)逐步靠近北排土場(chǎng)，但隨著露天礦的采場(chǎng)降深，局部邊坡問題逐漸突出，3#煤組各煤層底板以下由夾有軟弱夾層的沉積巖類構(gòu)成層狀結(jié)構(gòu)邊坡的穩(wěn)定性問題較為突出，易引發(fā)沿軟弱層位滑移變形破壞，進(jìn)而發(fā)展為整體滑坡危害，存在巨型滑坡的重大隱患[8-10]。因此，通過分區(qū)開采+橫采控制開采技術(shù)對(duì)3#煤組煤炭資源進(jìn)行回收，提高煤炭資源回采率。

1 3#煤組開采方案

1.1 采場(chǎng)概況

白音華露天礦位于白音華煤田中南部，西南和東北分別與白音華煤田一號(hào)露天礦和白音華三號(hào)露天礦相鄰，處于內(nèi)蒙古自治區(qū)錫林郭勒盟西烏珠穆沁旗哈日根臺(tái)鎮(zhèn)范圍內(nèi)。白音華露天礦煤田面積約35.1 km2，開采煤層有1#煤組、2#煤組和3#煤組，煤層具有埋藏淺、煤層厚等特點(diǎn)。白音華露天礦自2005 年開工建設(shè)，礦區(qū)面積30.189 4 km2，建設(shè)規(guī)模為15.00 Mt/a，現(xiàn)已形成東西長(zhǎng)3.3 km，南北長(zhǎng)4.6 km 的礦坑。采區(qū)劃分為首采區(qū)、二采區(qū)和三采區(qū)，目前首采區(qū)采場(chǎng)底部已沿底部境界開采。露天礦的降深方式為：沿南部境界3-1#煤層露頭垂直降深、沿走向布置工作線、平行走向單側(cè)推進(jìn)、組合臺(tái)階作業(yè)。

1.2 3#煤組條區(qū)開采

目前采場(chǎng)降深約209 m，底部3#煤組共含3-1#、3-2#及3-3#煤層，2013 年3 月10 日，按照沈陽煤炭科學(xué)研究院提出采用實(shí)時(shí)監(jiān)控條件下的分區(qū)開采+橫采控制開采技術(shù)措施，對(duì)3#煤組實(shí)施條區(qū)控制開采，即弱層破斷置換治理措施方案，將3#煤組開采方式由縱采調(diào)整為橫采，對(duì)3-3#煤底板以下1-2 m之間淺部弱層進(jìn)行置換，控制開采寬度并對(duì)采空區(qū)及時(shí)回填，同時(shí)采取內(nèi)排土場(chǎng)前緣直接壓覆3-1#煤底板，通過預(yù)留剩余煤柱的措施保證非工作幫邊坡穩(wěn)定性。3#煤組條區(qū)開采方案剖面如圖1。

圖1 3#煤組條區(qū)開采方案剖面

1.3 開采參數(shù)

頂部開采寬度不宜超過150 m，底部溝開采寬度不宜超過50 m，經(jīng)邊坡穩(wěn)定性計(jì)算，條區(qū)拉溝結(jié)束至回填壓腳的邊坡穩(wěn)定性為1.09-1.12。

條區(qū)開采將3-3#煤底板以下1～2 m 弱層進(jìn)行破壞，內(nèi)排直接壓腳至3-1#煤底板，預(yù)留部分3-2#、3-3#煤煤柱以提高邊坡穩(wěn)定性。經(jīng)邊坡穩(wěn)定性分析，3-1#煤底板以下拉溝降深，針對(duì)內(nèi)排前緣留設(shè)煤壁（3-1#煤底板至3-3#煤底板）寬度的穩(wěn)定性計(jì)算，選取典型剖面進(jìn)行了穩(wěn)定性分析，邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，留設(shè)煤壁寬度對(duì)拉溝開挖時(shí)整體邊坡的穩(wěn)定性影響較小，故在實(shí)施生產(chǎn)過程中，南側(cè)條區(qū)開采時(shí)預(yù)留5 m 煤柱，邊坡治理過程，預(yù)留煤柱22 萬t（其中3-2#煤6 萬t，3-3#煤16 萬t）。

2 條形開采壓坡剩余煤柱開采方案

2.1 開采方案

由于開采第二條區(qū)時(shí)，南側(cè)3-1#煤底板留5 m寬煤柱無法回收，造成露天礦回采率降低，故本方法結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)優(yōu)化3#煤組開采方案，再次進(jìn)行局部控制開采，在滿足邊坡穩(wěn)定性的情況下，將下一條區(qū)開采時(shí)南側(cè)煤柱中的3-2#煤回收。

條形開采壓坡剩余煤柱開采方法：在第一條區(qū)開采結(jié)束并在內(nèi)排壓腳至3-1#煤底板后實(shí)施，第二條區(qū)開采仍按照原方案拉溝、降深及破斷，在內(nèi)排壓腳前進(jìn)行方案優(yōu)化，將南側(cè)煤柱中3-2#煤回收采出，同時(shí)開采南側(cè)煤柱可將內(nèi)排運(yùn)輸?shù)缆坟炌?，減小邊坡治理區(qū)域運(yùn)距和提升高度。將內(nèi)排土場(chǎng)“直接壓腳到3-1#煤底板”進(jìn)行優(yōu)化，采用“臨時(shí)壓腳至3-2#煤底板、在控制開采寬度內(nèi)將3-2#煤采出后繼續(xù)壓腳至3-1#煤底板”方法，在其他開采參數(shù)及開采程序等條件不變的情況下，仍能夠滿足1.1 安全儲(chǔ)備系數(shù)要求，保證邊坡穩(wěn)定性要求。

2.2 方案實(shí)施過程

通過條形開采壓坡剩余煤柱開采方法，可以將第一條區(qū)南側(cè)3-2#煤采出，同時(shí)將南側(cè)煤柱與條形開采區(qū)貫通，形成內(nèi)排道路，部分剝離物料實(shí)現(xiàn)分流運(yùn)輸方式，降低車流密度，提高生產(chǎn)安全性，減小運(yùn)距和降低提升高度，節(jié)約生產(chǎn)成本。由于第一條區(qū)內(nèi)排壓3-1#煤底板，所以采用條形開采壓坡剩余煤柱開采方法存在二次剝離，需要將二次剝離物料倒運(yùn)到采空區(qū)實(shí)現(xiàn)內(nèi)排。條形開采方案初始溝剖面如圖2,條形開采方案內(nèi)排回填壓3-1#煤底板剖面如圖3，條形開采方案內(nèi)排形成壓3-2#煤底板剖面如圖4。

圖2 條形開采方案初始溝剖面

圖3 條形開采方案內(nèi)排回填壓3-1#煤底板剖面

圖4 條形開采方案內(nèi)排形成壓3-2#煤底板剖面

1）第二條區(qū)開采初始溝形成。第一條區(qū)開采結(jié)束后，內(nèi)排土場(chǎng)壓到3-1#煤底板，進(jìn)行第二條區(qū)開采，在滿足邊坡穩(wěn)定的前提下，邊坡治理區(qū)仍采用“弓”字型推進(jìn)方式。3-1#煤繼續(xù)采用條采方式進(jìn)行采煤。第二條區(qū)開采3-2#煤、3-3#煤時(shí)采用由西向東推進(jìn)、先南后北的出煤順序，煤炭采出后條區(qū)南側(cè)可優(yōu)先形成內(nèi)排空間并盡快組織內(nèi)排，為3#煤開采創(chuàng)造有利條件。3-3#煤底板以下約1～2 m 弱層破斷后應(yīng)盡快完成采空區(qū)回填，確保邊坡穩(wěn)定。內(nèi)排土場(chǎng)具備空間后及時(shí)回填壓腳，直接排棄壓覆3-1#煤底板，提高內(nèi)排土場(chǎng)整體穩(wěn)定狀況。初始溝形成時(shí)發(fā)生的剝離量，由北側(cè)3～1#煤底板運(yùn)輸?shù)缆穼?shí)現(xiàn)內(nèi)排，排棄標(biāo)高沿北側(cè)3-1#底板標(biāo)高水平排棄形成873 m 水平。873 內(nèi)排臺(tái)階高度為12 m，臺(tái)階坡面角為33°，臺(tái)階寬度為30 m。此時(shí)可以水平抬坡沿南側(cè)3-2#煤底板標(biāo)高排棄形成884 m 水平，884 m 內(nèi)排臺(tái)階高度11 m,臺(tái)階坡面角33°，臺(tái)階寬度為40 m。后續(xù)在884 m 水平基礎(chǔ)上形成規(guī)整內(nèi)排臺(tái)階。條區(qū)開采運(yùn)輸通道大多為臨時(shí)運(yùn)輸?shù)缆罚雒?、剝離及內(nèi)排車輛混合運(yùn)輸，車流密度較大，制約設(shè)備效率發(fā)揮，故對(duì)條區(qū)開采運(yùn)輸通道進(jìn)行優(yōu)化：①3-3#煤以上剝離量通過北側(cè)聯(lián)絡(luò)道路就近內(nèi)排，3-3#煤底板淺部弱層剝離量就近倒堆至采空區(qū)與其他剝離物混排；②根據(jù)物料巖性合理選擇排棄地點(diǎn)，其中剝離物料巖性較好，排棄至內(nèi)排土場(chǎng)靠近滑體南側(cè)。

2）露南側(cè)煤柱中3-2#煤。初始溝形成后，剝離物料內(nèi)排形成873 m 水平、884 m 水平，其中884 m內(nèi)排臺(tái)階為南側(cè)3-2#煤底板標(biāo)高，此時(shí)將南側(cè)3-1#煤底板到3-2#煤頂板剝離物料及南側(cè)回填剝離物料開始降深倒運(yùn)到內(nèi)排884 m 臺(tái)階實(shí)現(xiàn)內(nèi)排。

3）采出南側(cè)煤柱中3-2#煤。將南側(cè)3-2#煤與條形開采區(qū)形成聯(lián)絡(luò)道，此時(shí)開始降深3-2#煤，3-2#煤降段時(shí)由東向西開采將東側(cè)先形成聯(lián)絡(luò)道。3-2#煤采出后，南側(cè)形成內(nèi)排運(yùn)輸?shù)缆?，部分條形開采區(qū)剝離物料可以通過此道路實(shí)現(xiàn)就近內(nèi)排，同時(shí)節(jié)省運(yùn)距和提升高度，減低生產(chǎn)費(fèi)用。

4）內(nèi)排回填壓腳至3-1#煤底板。將南側(cè)煤柱中3-2#煤采出后內(nèi)排及時(shí)跟進(jìn)，提高邊坡穩(wěn)定性。內(nèi)排土場(chǎng)的形成過程是一個(gè)動(dòng)態(tài)的時(shí)空演化過程，在拉溝、降深、破段、內(nèi)排過程中，盡可能及時(shí)回填壓腳，避免滑體前部開挖邊坡體裸露過長(zhǎng)時(shí)間。排土?xí)r序要求連續(xù)、均衡施工發(fā)展。

3 經(jīng)濟(jì)效益分析

采用條形開采壓坡剩余煤柱開采法，將3#煤組開采條區(qū)南側(cè)所留5 m 寬煤柱采出，按3#煤開采工作線長(zhǎng)度為1 300 m，3-2#煤平均厚度為6 m，每開采1 個(gè)條區(qū)可以采出3-2#煤約6 萬t。依據(jù)3#煤組生產(chǎn)費(fèi)用和當(dāng)前煤炭?jī)r(jià)格計(jì)算，采出3-2#煤約6 萬t，創(chuàng)收經(jīng)濟(jì)效益約1 800 萬元，提高了煤炭資源回采率，創(chuàng)造了重大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

4 結(jié)語

針對(duì)白音華露天煤礦采場(chǎng)概況，基于分區(qū)開采+橫采控制開采技術(shù)，提出了條形開采壓坡剩余煤柱開采方案對(duì)3#煤組煤炭資源進(jìn)行回收，詳細(xì)概述了該方案開采參數(shù)選取及實(shí)施過程，采用該方案的每個(gè)條區(qū)增加了回采3-2#煤量約6 萬t，提高了煤炭資源回采率。