抚顺西露天矿南帮西区煤炭开采方案优化

韩晓极，李惠发，冯 萍

（1.煤科集团沈阳研究院有限公司，辽宁 抚顺 113122；2.抚顺矿业集团有限责任公司 西露天矿，辽宁 抚顺 113001）

抚顺西露天矿南帮西区煤炭开采方案优化

韩晓极1，李惠发2，冯 萍2

（1.煤科集团沈阳研究院有限公司，辽宁 抚顺 113122；2.抚顺矿业集团有限责任公司 西露天矿，辽宁 抚顺 113001）

抚顺西露天矿南帮发生大面积滑移变形，致使坑底变形区内煤炭停止开采。通过实施回填压脚、防治水等综合治理方案，边坡变形速率数据变化趋于平稳。为充分回收煤炭资源，采取优化措施调整开采方法，对区内煤炭进行条带式开采即分区开采、随采随填，最后进行南北平铺式回填，为南帮边坡稳定提供了有力保障。

滑移变形；回填压脚；分区开采；随采随填

0 引言

抚顺西露天矿南帮千台山山坡于2009年初发现2条裂缝，东西向延展、近于平行的弧形裂缝。受降雨、人工开挖等影响，2013年初，边坡变形及坑底鼓胀明显加剧，裂缝长度已达3 090 m，变形区面积约2.9 km2[1]。

经回填压脚等综合防治措施实施，南帮变形已呈现趋缓态势。2016年初，为充分回收煤炭资源，采取优化措施调整开采方法，在南帮进行地质变形监测，采用了地质雷达、GPS等变形监测系统，对变形速率值范围和变形趋势对边坡稳定状况进行研判，对南帮E500至E900区域的煤炭进行了分区开采、随采随填的控制性开采。该变形区内开采活动确保在开采许可证范围内开采，不超深越界开采，开采过程中监测南帮有下滑趋势，立即停止开采。

1 工程概况

1.1 南帮变形区范围

南帮变形区面积约2.9 km2，中心点地理坐标：东经123°52′27"，北纬41°49′44"。变形区地表范围为W500—E2300，坑内东西范围为E200—E1300，南北范围为S800—N400，标高由+127 m～-316 m水平；变形区内煤炭开采东西范围为E250—E880。南帮变形区整体边坡角见表1。坡体滑动变形进入相对慢速滑动阶段，在保证边坡可防可控的情况下，进行煤炭资源回收。

1.2 变形区地质条件

1.2.1 地层

表1 南帮变形区整体边坡角

南帮边坡岩体主要由凝灰岩、玄武岩及其下付的片麻岩构成。第四系冲洪积层覆盖于花岗片麻岩及玄武岩之上。

1.2.2 地形地貌

区内地貌类型为丘陵区，地形起伏较大，矿坑区域为经人工改造形成的台阶地形，随着采场的不断降深，矿坑南帮垂直深度达400～500 m。

1.2.3 地质构造

南帮由于受矿区主要断裂的影响，有许多纵向和横向断层，而且有特殊的背斜倾伏和褶曲，构造比较复杂。区内存在东西向断裂构造（F2）、西露天矿中部北西—南东向断裂构造（F5）[2]。

1）褶皱构造（西露天矿向斜）。千台山位于抚顺西露天向斜的南翼。其中A煤层和B煤层的褶曲构造，在W1200至W600区域内浅部由于褶曲使AB煤层的产状要素在局部地段产生剧烈变化。

2）断裂构造。F2断层位于变形区西侧中部，长约1 200 m。主要含煤系地层和下伏的凝灰岩、玄武岩系地层都被切断。西露天矿南帮的主要滑坡区—南崩岩（E300—W1200）区正在断层的上面，过去发生的滑坡下界大多位于二号断层出露带。F5断层位于变形区东侧西露天矿中部，长1 700 m，为张扭性正断层。其它南北向横断层：以往的滑坡，往往滑坡的两侧边界都是一些南北向小横断层，落差小，有时只有1～2 m。这些小横断层与矿区的F5断层存在伴生关系。

1.2.4 水文条件

变形区西区处于南帮变形区和北帮高段下，采区狭窄，平硐涌水和北帮“洽瀑”地表径流在该区汇集，开采难度和安全风险较大[3-5]。

2 煤炭开采方法

西区煤炭按照分段开采、分段到界、分段回填、快采快填的方法，对西区煤炭进行开采设计。将该区域划分为E250—E500和E500—E880两个区域，实行分区到界开采，跟踪进行回填，并根据变形数据指导和调整开采设计，及时停止生产进行回填，减小南帮变形破坏，保证南帮边坡稳定和不对南帮设施产生大的破坏，实现煤炭全部开采到界，同时提供了足够的排土空间，有利于排土接续，避免被掩埋。开采平面布置如图1所示，变形区内矿物开采总量见表2。

图1 区内采煤平面示意图

表2 西区煤炭开采量

2.1 开采前准备措施

1）西区是主要有平硐涌水和北帮“洽瀑”地表径流两条汇水区域，为有效拦截了平硐涌水和北帮地表汇水，采取在E200采区外新建-268泵站，对汇水进行截水捣排，解决了制约西区采煤的关键问题。

2）在开采过程中设置临时坑底捣泵站，防止边坡渗水进入采区，为降深采煤创造有利条件。

3）在边坡地质雷达实时监控下，根据现场实际需求全方位实施回填压脚工程，排弃到界标高为-260 m水平。内排压脚结束后，南帮边坡稳定系数可以增加至1.15，可进行该区域内煤炭开采[6]。

2.2 煤炭开采

2.2.1 E250—E500区域煤炭开采

首先，采掘E250—E500区域煤炭，由-295 m水平降至-340 m水平，采掘宽度最小处为12 m。该区域采剥总体积99万m3。其中煤体60万m3（35万t），贫矿12万m3，回填物料27万m3。开采平面布置如图2所示。

该区域煤炭采掘完成后，在保留-268泵站的前提下，对E300—E500区域进行回填，安排采矿汽车在南帮由 E300，-283 m水平按 8%坡度延伸至E830，-327 m水平，再按8%坡度向西折返至E500，-351 m水平，最后按10%坡度至E830，-376 m水平回填，形成运输系统公路，公路宽度为20 m，回填工程量为30万m3。在采区南侧形成E500—E880区域煤炭开拓运输系统后，废除现有北帮开拓运输系统。开采平面布置如图3所示。

图2 第1阶段采煤平面

图3 第2阶段一期采煤平面

2.2.2 E500—E880区域煤炭开采

采区南侧形成E500—E880区域煤炭开拓运输系统形成后，采掘E500—E880区域煤炭。安排电铲采掘E500—E880区域，采剥总体积15万m3，其中贫矿7万m3，油母页岩富矿8万m3（13万t），露出E500—E630区域煤炭，自此西区可陆续采出煤炭。之后，安排2台电铲同时采掘E500—E630区域，采剥总体积51万m3。其中煤体45万m3（26万t），贫矿6万m3。此区域煤炭采掘完成之后，受采掘宽度限制，只能安排1台电铲进行最后一幅拉沟降深，采掘E550—E830区域，-356 m水平以下煤炭6万m3（4万t），最深处由-315 m水平降至-376 m水平，采掘宽度最小处为15 m。

该区域煤炭开采完成后，为最大程度回收煤炭资源，优化运输系统，按采区南侧E500—至E880区域运输系统坡度对坑底到界区域进行回填，在采区北侧形成新的采煤运输系统。

新采煤运输系统形成后，对采区南侧运输系统压滞煤炭进行开采回收，最终E800以西区域煤炭全部实现开采到界。开采平面布置如图4所示。

图4 第2阶段二期采煤平面

2.3 南帮变形区回填压脚

西区E800以西煤炭全部开采到界之后，对E250—E880区域进行南北平铺式回填，回填至-260 m水平，提高整体南帮边坡稳定性，保证坑下-188及+20破碎提升系统安全，回填工程量为730万m3。

3 到界回填后边坡稳定性分析

通过采取摩根斯坦－普瑞斯（Morgenstern-Price）法来计算边坡稳定安全系数，该方法考虑了全部平衡条件与边界条件，消除计算方法上的误差。变形区内煤炭开采前，由于前缘受到回填压脚地质构造的约束，整体滑动性出现逐步减弱的趋势，但仍存在一定的风险。区内开采活动结束后，大面积的回填压脚，使整个变形带被掩埋，彻底解除了这一隐患。经计算，平铺式回填压脚至-260 m水平后，稳定系数可达至1.3以上，边坡属于稳定状态。边坡工程地质模型如图5所示[7-8]。

图5 E600剖面回填后边坡稳定性系数为1.373

4 结 语

在充分地回收了西露天矿南帮变形区内的煤炭资源的前提下，通过采取边监测、边开采、边回填的方法，确保边坡稳定和安全生产。在煤炭资源开采到界之后，对整个煤炭开采区域进行南北贯通、平铺式回填，提高了南帮变形区边坡稳定系数，保证坑下-188及+20破碎提升系统安全，为南帮构筑物提供了保障，同时对高陡边坡下开采矿物资源以及高陡露天矿边坡稳定性研究具有一定借鉴作用。

［1］ 抚顺西露天矿南帮边坡稳定性研究报告［R］．抚顺：煤炭科学研究总院沈阳研究院，2013.

［2］ 高国骧.西露天矿开采技术［M］．北京：煤炭工业出版社，1993.

［3］ 骆中洲.露天采矿学（上册）［M］.徐州：中国矿业大学出版社，1996.

［4］ 骆中洲.露天采矿学（下册）［M］.徐州：中国矿业大学出版社，1996.

［5］ 骆中洲.露天采矿学（采矿工艺）［M］.徐州：中国矿业大学出版社，1996.

［6］ 宋子岭.露天开采工艺［M］.徐州：中国矿业大学出版社，2015.

［7］ 李伟.露天煤矿排土场边坡稳定性分析与治理技术［J］.煤炭科学技术，2014（10）：37-40.

［8］ 唐学民.摩根斯坦-普瑞斯法对露天矿边坡稳定性的评价应用［J］.西部资源，2012（5）：118-119.

【责任编辑：解连江】

Scheme optimization of coal mining in south slope west area of Fushun West Open-pit Mine

HAN Xiaoji1,LI Huifa2,FENG Ping2
(1.China Coal Technology and Engineering Group Shenyang Research Institute,Fushun 113122,China 2.West Open-pit Mine,Fushun Mining Group Co.,Ltd.,Fushun 113001,China)

The south slope emerges large sliding deformation in West Open-pit Mine,which results in stopping coal mining in the pit deformation zone.Through the implementation of backfilling presser foot,prevention and control of water comprehensive control scheme,the data change of slope deformation rate is stable.For full recovery of coal resources,the mine adopts optimization measures to adjust mining method,and carries out partition mining and strip mining and north and south backfill,which provides powerful guarantee for the stability of south slope.

slip deformation;backfill presser foot;partition mining;strip mining

TD824

B

1671－9816（2017）06－0001－05

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.06.001

韩晓极，李惠发，冯萍.抚顺西露天矿南帮西区煤炭开采方案优化［J］.露天采矿技术，2017，32（6）：1-4.

2017-03-05

韩晓极（1989—），男，辽宁抚顺人，硕士，现在煤科集团沈阳研究院有限公司工作，研究方向矿山工程与城市环境地质灾害防治。