山坡露天矿纵采转横采加速内排技术研究

江文平

（神华宁夏煤业集团汝箕沟无烟煤分公司，宁夏 石嘴山 753004）

采矿工程

山坡露天矿纵采转横采加速内排技术研究

江文平

（神华宁夏煤业集团汝箕沟无烟煤分公司，宁夏 石嘴山 753004）

针对山坡露天矿渐变为凹陷露天矿，构建露天采矿场三维模型，优化开采程序和均衡剥采比，扇形过渡，由纵采转为横采；加速内排空间的释放，提升高度、缩短运距，减少征占用林地面积，构建生态屏障，降低对环境的破坏程度，促进露天矿生命周期内生态优先战略的落地。

均衡开采；优化内排；环境保护

0 引 言

进入20世纪80年代，市场经济对矿产资源的需求日益扩大，而现代化的采矿业，使采矿速度加快，尤其是露天采矿开采强度加大，对生态环境的干扰破坏日趋严重，随之引发的矿区环境问题、社会问题、经济问题愈发突出。当前，国家对生态环境质量的改善越发重视，要求经济、环境和社会统一协调发展，注重复垦生态环境效益，将复垦工艺与采矿工艺相结合，是露天采矿技术发展的必然趋势。

地处贺兰山腹地汝箕沟矿区的大峰露天矿，1973年建矿，出产低灰、低硫、低磷、高发热量优质“太西”无烟煤。露天矿南北走向长2.94 km、东西倾斜宽1.59 km，面积4.659 6 km2，资源赋存为煤层群，9个煤层，可采厚度0.66～11.40 m，总厚度26.53 m，距上层间距4.54～35.03 m。地质构造总体为一南北走向“船状”向斜，煤层东、西两翼翘起并出露，倾角8°～24°；中部向斜轴南、北两端微微翘起，分别与汝箕沟煤矿、白芨沟煤矿相邻。

该露天矿东西两翼毗邻宁夏贺兰山国家级自然保护区，至采矿权法线距离164～1 742 m不等，西侧紧邻包兰铁路支线，东侧紧邻X208公路。露天开采历时43年来，环保已成为发展建设的心头之痛，外排占用大量林地资源，撕碎了脆弱的生态系统，切断了自然保护区生物廊道，导致生态屏障退化。在国家强势推进环境保护与生态文明建设的今天，露天采矿无疑在环保拉锯战中处于弱势地位，而大峰露天煤矿经历环保风暴洗礼后，煤炭生产创新开采程序，转移排土重心，降低环境扰动破坏程度，实施生态优先战略是关键所在。

1 采矿场与排土场开采程序优化研究

矿区位置示意图如图1。大峰露天矿划分2个生产采区，均采用单斗－卡车间断生产工艺，沿南北走向布置工作线、沿倾向由西向东推进，生产规模已由最初的单采区开采0.90 Mt/a扩大到2个采区配采1.85 Mt/a。目前，北部一采区实际已形成凹陷采坑，剩余岩石剥离量98.224 Mm3、可采储量14.137 Mt；南部二采区仍为山坡露天矿，剩余岩石剥离量128.118 Mm3、可采储量29.154 Mt。近2年政府对工矿企业环保的重视，加速了露天采矿业的环保改造步伐，大峰露天煤矿大规模外排引发了一系列生态环境问题，为此提出一采区最先由纵采转为横采加速内排、后期横采接续二采区扩展内排的技术方案。通过建立矿田三维模型，对采矿场与排土场时空关系进行综合优化研究，确定工作线调整方式、均衡剥采比、开采进度以及排土场发展程序，最终实现矿山环境扰动最小的目标，盘活林地、矿产资源。

工作线推进方向是由西向南帮扇形推进。工作帮以扇形轴为中心，通过顺时针旋转约90°，由沿煤层走向从西向东推进转为沿煤层倾向由北向南推进。工作线扇形转向完成后上部台阶不超越地表矿权。转向过程中南端帮平盘按隔一留一最小工作平盘方式布置。生产第1年末剥采排工程位置如图2，完成采剥时采掘场三维图如图3，工作线推进速度见表1。

图1 矿区位置示意图

图2 生产第1年末剥采排工程位置

图3 完成采剥时采掘场三维图

表1 工作线推进速度

1.1 采剥动态

1）一采区。一采区扇形转向过程中，靠近扇形轴部区域推进强度最小，端部推进强度大，内排土作业也扇形推进。

纵采转横采可提前实现内排，随着剥采工程自上而下延深，内排土场自下而上占领空间，一旦横采具备内排条件，内排将急剧释放，对减少外排，保护环境极为有效。一采区煤岩关系曲线如图4，开采进度见表2。

图4 一采区煤岩关系曲线

表2 一采区推进开采进度

2）二采区。考虑到一采区(大峰采区）由北向南推进到二采区(羊齿采区）下组煤时，使二采区上组煤、下组煤推进方向保持平行，采区间衔接过渡流畅，平行一采区布置工作线。二采区煤岩关系曲线如图5，生产进度计划见表3。

图5 二采区煤岩关系曲线

表3 二采区生产进度进计划

1.2 剥采比均衡

利用计算机三维矿床地质模型对露天矿开采境界内的煤岩量进行模拟，转向时各工作平盘最小推进端宽度不小于最小工作平盘，对生产前7年生产剥采比进行均衡。通过两期均衡，在实现稳定产能的基础上，细化开采进度，指导生产实践。

一采区、二采区形成统一开采的大采区。一采区采剥工作线逐渐由纵向开采扇形过渡为横向开采，二采区上组煤工作线布置方向与二采区工作线布置方向保持平行，采区下组煤将作为一采区的接续区，有利于采区的衔接与过度，并且减少上组煤与下组煤同时开采时设备作业的相互影响。

1.3 排土进度

1）一采区生产第3年、第4年时采煤台阶数量变多，采煤推进速度降低，腾出内排空间范围有限。第3年时内排土场只能容纳12万m3的内排量，到第4年之后，采煤台阶数量逐渐变少，推进速度加快，内排土场排弃量呈现上升趋势。生产第7年可实现全部内排，全部内排前外排总量为4 080万m3。

2）二采区生产前期剥离量全部外排，待一采区内排空间富余时，二采区部分剥离物排入一采区内排土场内。排土进度计划见表4。

表4 由西向南扇形推进排土进度计划

2 采区接替关系

大峰露天矿一采区剩余可采储量14.137 Mt，生产规模1.5 Mt/a，服务年限9.5年；二采区剩余可采储量29.154 Mt，前10年配采期间生产规模0.9 Mt/a，后期生产规模调增为1.5 Mt/a，总服务年限23.5年。加大一采区开采强度，以释放采空区为内排空间，合理调整二采区接替关系，前期以配采为主，最大程度减少外排土场带来的矿山费用及生态扰动，是确保对自然环境和社会环境影响小的最佳方案。

2个采区生产到第7年末时，一采区上部地表台阶到二采区上组煤下部煤台阶距离约600 m，整合后2个采区后续生产时工作台阶互不影响。根据自然剥采比变化趋势，结合建设规模，对整合后第8～23年生产剥采比进行均衡。整合后一、二采区下组煤煤岩量关系曲线如图6。

图6 整合后一、二采区下组煤煤岩量关系曲线图

3 实施效果

大峰露天矿严守环境风险底线，从生态系统和开采工艺角度出发，以纵采转横采、加速内排为突破口，解决保护区制约采矿区的瓶颈问题，合理布局、优化程序，提高区域环境承载力，减轻环境负担，激发企业活力，在环保总要求前提下合理组织生产。一采区实施纵采转横采后，重点推进最下部水平，煤炭“二量”充足，充分释放内排空间，内排容量2 990万m3，平均运距2 km，相比2.8 km的外排平均运距,缩减0.8 km，按1.6元/（m3·km-1）估算运输成本降低3 827.2万元。

4 发展展望

1）坚持科学发展和生态环保2条底线，牢固树立创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念，以改善环境质量为核心，以整治突出环境问题为导向，深入实施生态优先战略，分区施策、系统保护、长期治理，逐年度增加矿山地质环境、生态环境等环保专项资金预算安排规模，不断提高环境承载能力，切实构建生态屏障。

2）切实把环境保护摆在重要战略位置，与安全生产摆在同等地位，甚至更高。持续优化开采程序，加快淘汰落后产能，集中、集约生产，有效减小环境扰动程度，从空间上确保周边林地面积不减少、性质不改变、功能不降低，保护好生态环境。

3）进一步落实科学发展观，不断优化开采技术：①研究组合台阶开采技术，合理调整剥离进度，保证原煤生产基本接续，缩短采场与排土场运距；②究煤炭陡帮开采技术，结合采区划分、地质条件、生产环境，动态调整和优化开采设计，快速推进、快速内排压帮的方式，提高煤炭资源回采率，回收边帮煤炭，创造最佳经济效益。

5 结语

露天矿生态环境扰动是影响露天矿山生产建设的重要因素，科学及时地开展系统优化，确保采矿工作的健康运行，已成为许多露天矿亟待解决的技术性难题。大峰露天煤矿实施生态优先战略，通过构建采矿场三维模型，从不同角度对采剥量与排弃量的时空关系进行论证分析，合理均衡剥采比，提出最佳优化方案，由纵采转为横采，加快推进度最大限度利用采空区内排，积极降低外排对生态环境的扰动，初步实现了产能与生态环境的相对平衡。

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【责任编辑：陈 毓】

Research of acceleration internal dumping technology from vertical mining to horizontal mining

JIANG Wenping
(Rujigou Anthracite Branch,Shenhua Ningxia Coal Group,Shizuishan 753004,China)

The open－pit mine constructs 3D model of open－pit mining field,optimizes the mining procedure and balances the stripping ratio,fan－shaped transition from vertical mining to horizontal mining.The mine accelerates the release of the internal dumping space,hoists height,shortens the distance,reduces the occupying forestland area,builds the ecological barrier,reduces the damage to the environment,and promotes the ecological priority strategy landing in open－pit mine life cycle.

balanced mining;optimization of internal dumping;environmental protection

TD824

B

1671－9816（2017）03－0001－04

2016－11－24

江文平(1967—），男，宁夏固原人，高级工程师、注册安全工程师、工程硕士，现任神华宁夏煤业集团汝箕沟无烟煤分公司经理，主要从事煤矿生产经营管理工作。

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.03.001

江文平.山坡露天矿纵采转横采加速内排技术研究［J］.露天采矿技术，2017，32（3）：1－4.