浅析露天煤矿非工作帮煤炭资源开采的实践

1、浅析露天煤矿非工作帮煤炭资源开采的实践摘要：为了提高石头梅一号露天煤矿非工作帮煤炭资源回采率、保障边坡稳定性，基于对采场补充勘查和非工作帮边坡稳定性分析研究，探讨了非工作帮煤炭资源开采措施。结果表明：通过采取削帮回采挂帮煤和内排压帮等措施，可消除边坡挂帮煤炭自燃的火灾事故隐患、增强边坡稳定性、提高煤炭资源回采率、降低投资成本、提高安全经济效益。关键词：非工作帮；挂帮煤；削帮减重；内排压帮；剥采比石头梅一号露天煤矿地表境界面积2747km2，设计生产规模50Mt/a，服务年限1872年。剥离采用单斗-卡车开采工艺，采煤工艺为单斗-卡车半移动破碎站半连续工艺。煤矿建设期，首采区南侧非工作帮出现挂帮

2、煤，依据采场补充勘查成果确定了挂帮煤范围。考虑挂帮煤长期暴露氧化将会引发煤炭自燃火灾事故，进而影响边坡稳定，甚至导致边坡片帮、坍塌、滑坡等事故1-2。在开采初期进行非工作帮边坡稳定性分析，设计非工作帮边坡角24，在确保安全的条件下，进行750m水平以上台阶削帮并回采挂帮煤。后期随着采剥工程逐步推进，把750m水平以下原设计位置的挂帮煤开采纳入月度采剥计划，在采剥作业的同时开采挂帮煤，并释放出内排空间，当具备内排条件及时进行内排压帮。从而实现回采非工作帮挂帮煤炭资源的同时，增强边坡稳定性，消除煤炭自燃安全隐患，提高煤矿安全经济效益。1工程地质概况石头梅一号露天煤矿首采区非工作帮边坡上部为第四系松

3、散层和新近系地层，为水平或近水平地层。边坡下部为侏罗系地层，边坡倾向与地层倾向一致，为顺层边帮。揭露煤层、地层与原勘查报告差异较大，勘查报告倾角为3045，实际倾角为3090，甚至局部存在倒转。非工作帮边坡属于岩质结构边坡，岩石类型以层状的泥岩、粉砂岩、砂岩、砂砾岩和煤层为主。整体为层状顺向结构，自东向西岩层倾角逐渐变陡（倾角自东向西为3251），岩体软弱相间，存在宏观的软弱结构面，东侧变形破坏模式主要以层状滑塌为主，西侧以倾倒式变形为主。边坡物质组成复杂、结构分布的不规则。首采区非工作帮地表标高820m，深部标高765m，垂直深度约55m，首采区露煤标高785m，采场非工作帮东南、西南侧到界

4、770平盘局部形成了煤台阶。随采剥施工继续推进，采场深部标高720m，垂直深度约100m，采煤工作面标高730m，采场非工作帮东南侧770750平盘局部形成了煤台阶，西南侧770730平盘局部形成了煤台阶，非工作帮存在挂帮煤现象，同时采场非工作帮上部台阶出现不同程度的裂隙发育与沉降。遵照DZ/T02152002煤、泥炭地质勘查规范要求，充分利用已有勘查工程，以首采区剥离出的煤层露头为基准，向东以70140m间距新布设勘查线7条。以浅部煤层露头线为准，自南向北依次布设钻孔，对煤层露头及等高线进行加密控制。在原601线、L1、L2线剖面上浅部布设5个钻孔，对浅部煤层露头进行控制。详细查明勘查区内地

5、层、构造、煤层、煤质、工程地质条件等特征。勘查区内煤层露头已揭露，采用钻探、测井、样品采集与测试等。通过采坑揭露情况及已施工钻孔成果研究分析，通过采场揭露现状及补充勘查研究分析，延地层倾向煤层露头较陡深部较缓。599线浅部煤层露头南倾，呈倒转现象，沿地层走向，由西向东地层由倒转变为直立，逐渐回归正常。勘查区控制91号煤层厚度有一定的变化，但规律性较明显，煤层稳定程度确定为较稳定型。2影响因素及技术措施21开采边坡角沿采场非工作帮边坡选择5条剖面来进行边坡稳定性的分析计算。根据调查分析，采场非工作帮边坡最可能的破坏方式主要有2种：沿着泥岩发生整体破坏，将该潜在破坏面定为推测泥岩滑面进行稳定性计算

6、；边坡下部结构面发生的局部破坏。通过将外部CAD软件中的模型图导入Udec软件进行建模。数值模拟的模型选用11、33、55、77及99工程地质剖面图，分别建立开挖前和开挖后的模型。数值模拟中的节理裂隙采用“Jset”命令来生成。根据现场调查和数值模拟工程地质剖面计算结果及分析，随采场深度逐渐增加，采场边坡的稳定性逐步降低，其中采场非工作帮东侧挂帮煤体易发生沿结构面切割的楔形体滑动，非工作帮西侧挂帮煤体上方岩体易发生局部倾倒变形3。根据补充勘探成果，结合采场实际揭露情况，经大量试算，选取33工程地质剖面图，建立坡度为1924的模型。选取77工程地质剖面图，建立非工作帮边坡坡度模型，进行数值模拟研

7、究，非工作帮整体边坡角以露天矿深部境界为界向上反形成边坡角24，边坡安全系数为124144，边坡稳定性较好。可最大限度回采挂帮煤炭资源，剥采比远小于经济合理剥采比。22开采范围采用3Dmine软件依据已探明的煤层顶底板建立首采区煤层模型，建立非工作帮原设计模型、非工作帮挂帮煤开采后设计模型和非工作帮内排压帮后设计模型4。非工作帮挂帮煤开采前后对照剖面如图1。71010台阶上部为设计采剥位置，710、680台阶为设计采剥后内排剥离物形成的压帮台阶。采场非工作帮地表至750m水平为削帮减重区域，710、680台阶为内排压帮区域。计算得：削帮工程量111万m3；可开采煤量35万t；内排压帮工程量13

8、0万m3；剥采比32m/t，小于本矿经济合理剥采比85m/t。23削帮减重采场非工作帮边坡属于岩质结构边坡，岩石类型以层状的泥岩、粉砂岩、砂岩、砂砾岩和煤层为主。整体为层状顺向结构，自东向西岩层倾角逐渐变陡，局部岩层倾角达到90甚至存在倒转。岩体软弱相间，存在宏观的软弱结构面，东侧变形破坏模式主要以层状滑塌为主；西侧以倾倒式变形为主。边坡物质组成复杂、结构分布的不规则，非工作帮边坡易发生变形滑坡5-6。因采场非工作帮削帮作业空间有限，为确保边坡的稳定，需加快削帮作业速度，将削帮工程划分为3个作业区：第1作业区从采场东南角地表由东向西剥离推进，承担地表800m水平以上岩层采装，外运至外排土场；第

9、2作业区从非工作帮770平盘中部向东剥离推进，与第1作业区同时开工，承担770750m水平以上岩层采装，外运至外排土场，同时回采770750m水平边坡挂帮煤；第3作业区从东帮800平盘剥离推进，在第1作业区向西推进150m时，第3作业区开始作业，承担800770m水平以上岩层采装，剥离物外运至外排土场。24回采挂帮煤根据石头梅首采区非工作帮煤层赋存特征、采场现状、开采工艺及边坡稳定性，综合分析将非工作帮挂帮煤炭资源回采划分为2个区7：750m水平以上挂帮煤回采，在削帮减重采装岩层的同时回采挂帮煤体；750m水平以下挂帮煤开采，在编制月度采剥计划时，把750m水平以下原设计位置的挂帮煤开采纳入月

10、度采剥计划，在后期采剥作业同时完成750m水平以下挂帮煤的开采。25内排压帮随着采剥工程的不断推进，释放出内排空间，当具备局部内排空间条件时，及时进行内排压帮，可以增强边坡的稳定性8。内排压帮作业划分为2阶段：第1阶段内排压帮：随着采剥工程不断降深，当710680m水平具备局部内排空间时，及时进行内排压帮作业；第2阶段内排压帮：采剥工程继续降深，当680650m水平具备局部内排空间时，及时进行内排压帮作业。露天煤矿随着采剥持续推进，提前组织内排剥离物，可缩短剥离运输距离，节约投资成本的同时，提高非工作帮边坡的稳定性。26安全技术措施方案实施过程中还应注意采取相应的安全措施：加强作业人员边坡安全

11、教育，提升安全意识；控制合理的边坡角，根据边坡稳定性研究分析来留设最终边坡角；完善采场的防排水系统，做好疏干排水工程，防止积水浸泡边坡岩体；对于有可能发生滑动的地段，应及时设置安全警戒线，并采取有效的控制措施消除危害，避免造成重大损失；施工中对坚硬岩层采用免爆设备松动，不采用松动爆破；降低动载荷，采用限速的办法，减少工程设备及车辆对边坡的扰动；对释放出的内排空间及时内排压帮，加强安全监督检查，确保作业安全；对采场非工作帮作业区采用GNSS监测系统9、边坡雷达监测系统和深部位移监测系统三重位移监测系统加强监测及数据分析，并配专人观察边坡稳定情况，如有台阶松动、坍塌等前兆，立即停止作业，撤离人员和

12、设备，并向矿调度上报。3安全经济效益1）消除安全隐患。开采非工作帮挂帮煤，从源头消除挂帮煤长时间暴露氧化，导致温度升高而发生煤炭自燃火灾事故。同时，避免了煤炭燃烧引起边坡滑坡事故的发生，确保非工作帮边坡的稳定。2）经济效益。经计算，非工作帮挂帮煤开采需剥离土石方量111万m3，可回采煤量35万t10，平均剥采比32m/t，小于本矿经济合理剥采比85m/t，实现内排剥离物130万m3。剥离费用1650万元，采煤费用360万元，内排剥离物节省费用50万元，采煤收益15750万元，预计可产生收益13790万元。4结语在露天煤矿开采中，通过研究分析非工作帮安全经济边坡角，对非工作帮挂帮煤炭资源进行回采

13、，可消除边坡挂帮煤炭自燃的火灾事故隐患、增强边坡稳定性、提高煤炭资源回采率、降低投资成本、提高安全经济效益。参考文献：1雷志勇，杨叶齐西湾露天煤矿开采程序的优化J中国煤炭工业，2013（12）：36372骆中洲露天采矿学M徐州：中国矿业学院出版社，19863曹克楠乌优特露天煤矿边坡稳定性优化设计J露天采矿技术，2014（3）：30324钟德云，胡柳青利用3DMine软件进行露天矿境界优化J金属矿山，2012（1）：1281305杨宏布沼坝露天矿挂帮煤开采对边坡稳定性影响的研究J露天采矿技术，2010（1）：45466刘所林，吴迪，鲁德顺露天煤矿地质灾害的形成原因及治理措施J露天采矿技术，201