U 型开采程序在贺斯格乌拉露天煤矿的应用

门树臣

（内蒙古锡林河煤化工有限责任公司，内蒙古 乌拉盖 026321）

U 型开采程序在贺斯格乌拉露天煤矿的应用

门树臣

（内蒙古锡林河煤化工有限责任公司，内蒙古 乌拉盖 026321）

为了避免贺斯格乌拉露天煤矿开采过程中煤层降深过大引起的生产剥采比阶段性大幅增加，生产接续失衡以及疏干降水困难等情况出现，在对开采条件深入分析的基础上，综合考虑各制约因素，提出了U型开采程序的概念，阐明了U型开采程序的具体内容。

露天煤矿；开采程序；疏干降水；生产剥采比

0 引 言

露天矿的开采程序主要涉及工作线布置方式、采区划分接续方式、采剥工程初始位置的确定、工作线垂直降深及开采台阶的划分等5个因素。这5个因素相互关联共同决定了露天矿基建工程量、矿山生产能力、矿山建设速度、生产剥采比以及露天矿生产的均衡性。开采程序常被作为露天采矿领域中的一个专门的技术课题来加以研究，开采程序的很多研究成果已被应用到矿山生产中，用以指导矿山实际生产。

开采程序的5个要素之间存在着环状的相互作用关系。采剥工程初始位置及工作线布置方式二者相互制约，相互影响，在经济上对基建工程量、初期生产剥采比以及实现内排的时间等方面也有着重要的影响，在技术上对整个露天矿生产工艺有着重要影响。采剥工程初始位置影响采区划分及接续方式，首采区一般是围绕采剥工程初始位置来确定的，采区划分方案是在采区确定后根据接续方式和采矿工程发展的要求，综合考虑矿山地质条件来进行确定。矿山生产的均衡受采区划分及接续方式的影响。开采台阶的划分及工作线垂直降深方式与工作线布置方式、采剥工程初始位置、矿体赋存条件以及采场的几何形状等密切相关。降深位置直接影响基建工程量大小和矿山的投产、达产时间、降深方式和降深角直接影响工作线布置方式和水平推进强度、降深速度，从而影响矿山生产能力。而开采台阶的划分方式及工作线的降深方式也影响着工作线布置方式的选择。

从矿山的地形、工程地质条件、水文地质条件出发，以贺斯格乌拉露天煤矿为例，针对各方面的制约因素，以“因矿制宜、区别对待、综合优化”为原则，对露天矿的开采程序进行了详细的优化分析，提出了U型开采程序，为其他倾斜凹陷露天煤矿提供借鉴和参考。

1 贺斯格乌拉露天矿概况

贺斯格乌拉露天煤矿一期规模为 3.0 Mt/a，2008年一期达产，二期规模为15.0 Mt/a，2012年二期达产。首采区主采煤层为1-1#煤，其构造形态为一宽缓向斜，两翼倾角达10°～14°，轴位略偏东侧，轴向北东30°，煤层底板整体形状呈锅底状，煤层厚度20～50 m，首采区1-1#煤底板等高线如图1所示。采煤采用单斗卡车+半移动式破碎机+带式输送机半连续工艺，剥离采用单斗卡车间断工艺。

图1 首采区1-1煤底板等高线

首采区主要有2个含水层：①第四系孔隙潜水含水层，厚度3.01～3.50 m，水位标高在+903 m左右；②煤系裂隙风化带承压含水层底板平均标高约为+776 m，等效水头标高约为+900 m。两含水层之间被稳定发育的第四系黏土层阻隔，无水力联系。

2 U型开采程序设计

2.1 工作线布置方式的选择

国内大型露天煤矿主要有以下几类工作线布置方式：①走向工作线布置方式。沿煤层倾向推进，全区纵向布置工作线，优点是工作线长大、设备效率发挥好；②倾向工作线布置。全区倾向布置工作线，沿煤层走向推进，特点是在开采过程中剥采比变化小，便于内排；③分区走向工作线布置方式，适用于长大露天矿，可减少运距，拉沟速度快，减少基建工程量；④分区倾向工作线布置方式，前期可在较浅的境界范围内开采，与大境界相比可以降低初期生产基建工程量和剥采比，在矿体水平或近水平埋藏条件下，可利用邻近分区的采空区就近内排，缺点是煤岩混杂大。适用于露天开采境界为分期扩大的技术要求（远期境界不清或不可靠开采条件）；⑤基坑布置，适用于单斗-卡车工艺，由于初期可形成3个工作面，故可有效缩短基建时间，减少初期生产剥采比；⑥扇形工作线布置方式存在零采宽处，易造成设备效率低下，主要适用于轮斗连续工艺或采区过渡。

结合以上工作线布置方式的特点以及本矿首采区开采条件，对本矿选择工作线布置方式分析如下：

1）开采工艺的类型对工作线布置起到重要的影响，对单斗-卡车工艺而言，工作线的长度影响着设备工作效率和运距，针对首采区主采煤层的赋存条件而言，工作线纵向布置时，工作线长度可达1.2～ 1.5 km，工作线横向布置时，工作线长度仅为0.7 km左右，不利于作业设备效率的发挥。

2）首采区主采煤层构造形态为一宽缓向斜，两翼倾角达10°～14°，若工作线采取纵向布置，可沿煤层顶板露煤，煤质可得到保证，资源损失小；若横向布置工作面，靠近煤层顶板上方位置处会出现台阶尖灭，煤岩分采难度大、损失多，煤质不易保证。

3）相对于工作线横向布置，纵向布置工作线时，矿山基建时间更短，推进速度更快，初期投资较少。

因此，首采区工作线采用纵向布置较为合理。但由于本露天矿首采区主采1-1煤非单一倾斜煤层，整体形状呈“锅底状”，四周高，中间低，且两侧倾角过大。同时地下水大量聚集在向斜轴附近。如果在拉沟位置工作线采用全区纵向布置方式，随着工作线的推进，原工作线方向与实际煤层的顶板走向产生近90°夹角，将对露天矿生产产生以下不利影响：①大量煤被覆盖，不能及时揭露出来，年度二量正常储备困难；②增大生产剥采比，导致年度剥离投入增大，增加生产成本；③采区中间是煤层最低处，地下水大量聚集在采区中间，降深露煤受疏干水位的制约较大，使整体推进和降深不协调。综上所述，首采区应采用分区纵向开采方式。

2.2 采剥工程初始位置确定

贺斯格乌拉露天煤矿首采区地表境界线如图2，本矿初始采剥工程位置的确定主要从以下几个方面综合考虑：

1）本区煤岩赋存条件特殊，为一巨大的向斜，主采的1-1煤在境界内有掩覆露头，两翼倾角约为10°～14°，属于倾斜煤层。

2）根据露天矿的地质地形条件，由于矿区西部地面起伏较大，有两“山头”存在，而矿田东北部覆盖层薄，仅为27～39 m。

3）矿区东部由于地势较为平坦，且没有重要的地面建构筑物，虽然存在一条河流，但由于其属季节性河流且水量不大，暂不需对其进行改道，且将来对之进行改道也较为容易，便于就近布设外排土场和工业广场。因此确定采剥工程初始位置为1-1煤北部露头。

2.3 条区划分及接续方式

根据首采区主采煤层的赋存条件以及前面确定的采剥工程初始位置、工作线布置方式，将首采区划分4个条区如图2所示。

图2 条区划分示意图

条区开采先后顺序一条区→二条区→三条区→四条区，一条区向二条区、三条区过渡采用间断式过渡。一、二、三条区有足够的露煤量后，再剥离第四条区煤层上部覆盖物，可有效均衡首采区后期剥采比。

2.4 划分开采台阶

根据以上确定的工作线布置方式，首采区的开采台阶在顶板以上采用水平分层，在煤层部分采用倾斜分层。

2.5 工作线垂直降深方式

露天开采程序的主要内容之一是工作线垂直降深方式。它与采剥工程初始位置、工作线布置方式、采场的几何形状及煤与采场之间的相对位置等条件密切联系。降深位置直接影响基建工程量大小和矿山的投产、达产时间，降深方式和降深角直接影响工作线布置方式和降深速度、水平推进强度，进而影响矿山的生产能力。必须全面考虑相关的工艺技术因素和综合经济效果，经分析比较后加以确定。

贺斯格乌拉露天煤矿首采区纵向工作线布置沿煤层倾向推进，采用单斗卡车运输，具有灵活机动的特点。条区为狭长条形，走向长度较大，煤层倾角较大，约为最终帮坡角，因此需要破底板开采。考虑减少露天矿初期的基建工程量，缩短矿山投达产时间，较快的取得经济效益，减小开采过程中的贫化和损失，降深位置需选择在紧靠煤层露头顶板位置。因此各采掘带平盘的降深位置应选择在煤层上盘，即在各工作平盘上顶板拉沟，向顶帮推进剥离，向底帮推进采煤，降深角为矿体倾角。而本矿的首采区工作线布置方式为走向布置，倾向推进，整个露天矿的整体降深方式应为沿非工作帮降深，降深角为露天矿非工作帮的帮坡角。

综上所述，本矿的工作线垂直降深方式为沿煤层顶板+非工作帮的综合降深方式。本矿采用单斗卡车运输，可以满足这一综合降深方式的要求。

2.6 运输系统布置

由于在首采区北部有北排土场，东部有东排土场，储煤场位于首采区西北部，因此在各条区地表分别设置出入沟，在非工作帮形成固定坑线（底板）运输，各条区的剥离物以及原煤量通过最近通道运输至附近的排土场及储煤场。同时可以根据生产实际情况调配各个通道的卡车流量。运输系统布置示意图如图3所示。

图3 运输系统布置示意图

2.7 疏干排水系统

依据贺斯格乌拉煤田水文地质资料及近年水文观测孔实测显示，从区域地下等水位图分析，判断出地下水的径流补给方向，首先对采区外侧地下水补给源进行疏干井布置，形成有效疏干带，同时采区内的井深穿透2-1煤底板，对第四系浅部孔隙含水层及煤系风化裂隙带承压含水层含水进行同时控制和有效疏干。

动态外源补给截流控制后，在开采过程中应对坑下煤层的静储量进行有效疏干，随着开采的进行，一、二、三条区内的疏干井逐渐被废除，但第四条区范围内8眼主疏干井穿透煤层底板最低处，可持续抽排首采区范围内的地下水，解决这3个条区的开采过程中的地下水疏降问题。

在考虑开采第四条区时，地表8眼主疏干井被替代的情况下解决坑下煤层排水，在坑下采煤工作面对应的煤层底板最低处设计疏干井6眼，分别下设排量为160 m3/h的潜水泵进行抽水。同时在采煤工作面靠近向斜轴的东北部挖设明排集水坑，采用2台280 m3/h排水量的卧式离心泵，利用明排辅助暗排的方式替代剥离作业区内的8眼主疏干井，解决了第四条区开采时首采区地下水疏降的问题，2010年首采区疏干系统布置如图4。

图4 2010年首采区疏干系统布置

3 效益分析

由于受到首采区主采煤层赋存条件及地下水赋存条件的限制，考虑生产期间剥采比均衡及开采过程中疏干排水工程的接续，将首采区进行分条区U型开采，在2008—2011年实施U型开采期间生产剥采比及产销情况如图5所示。

图5 2008—2011年首采区产销量及剥采比示意图

从图5中可以看出，采用U型开采程序，在首采区开采过程中，生产剥采比一直稳定在2～3 m3/t这一合理区间之内，未因1-1煤赋存条件的变化而出现较大的波动。从产销量发展关系上来看，露天矿从2008年产量4.2 Mt跨越式发展至2011年产量21.4 Mt，该时期恰逢国内煤炭行业升温，煤炭需求量和煤价均大幅提升。采用U型开采程序，快速、充分的释放了露天矿的产能，及时把握住市场的脉搏，为露天矿、集团公司及当地经济发展做出了巨大的贡献。

4 结 论

首采区主采1-1煤整体形状呈“锅底状”，两侧倾角达10°～14°，同时地下水大量聚集在向斜轴附近，在开采至煤层最低处时将面临着剥采比阶段性大幅增加，二量正常储备困难，煤层水不易疏干等困难，针对以上问题，在对首采区开采条件进行深入分析，因矿制宜地提出了分条区纵向开采的U型开采程序，并通过在不同开采阶段对矿坑疏降水工程的优化调整，实现了整个开采过程中煤层水的有效疏降，为露天矿正常生产接续提供保证。U型开采程序的实施，使得露天矿生产剥采比稳定在合理范围之内，快速、充分地释放了露天矿产能，及时把握住了市场的脉搏，为露天矿、集团公司及当地经济发展做出了巨大的贡献，获得的经济效益和社会效益显著。

［1］王忠鑫，王烨欣，冯丹丹，等.宝明油页岩露天矿开采程序优化分析［J］.露天采矿技术，2012（6）：35-38.

［2］门树臣，王华，于泉.露天矿工作线转向减少无效剥离的重要性［J］.露天采矿技术，2007（6）：20－21.

［3］杨荣新.露天采矿学（下册）［M］.徐州：中国矿业大学出版社，1990.

［4］刘宪全.安太堡露天矿商品煤生产计划优化技术［J］.露天采矿技术，2010（1）：4-7.

［5］张幼蒂，王玉浚.采矿系统工程［M］.徐州：中国矿业大学出版社，2000.

［6］门树臣，刘英璐，王振平.贺斯格乌拉露天煤矿运输系统优化［J］.露天采矿技术，2010（5）：20-21.

［7］薛万海，王丽萍.安太堡矿过背斜期间延深速度的确定［J］.露天采矿技术，2013（7）：4-6.

［8］高岩，昌珺，房健，等.大型露天煤矿工作线布置方式研究［J］.煤矿安全，2014（9）：51-54.

【责任编辑：陈 毓】

Application of U-typem ining program in Hesigewula Open-pit Coal M ine

MEN Shuchen
(Inner Mongolia Xilinhe Coal Chemical Industry Co.,Ltd.,Wulagai 026321,China)

In order to avoid the sudden increase of production stripping ratio,the imbalance of production connection and the difficulty of drought caused by deepening the coal seam during the mining process,on the basis of the deep analysis of the mining conditions,the author considers the various restriction factors,puts forward the concept of U-typemining program,and clarifies the specific content of the U-typemining program.

open-pit coalmine;mining procedure;drainage and precipitation;production stripping ratio

TD824

B

1671－9816（2017）09－0006－05

2017-05-18

门树臣（1969—），男，采矿高级工程师，毕业于辽宁工程技术大学采矿工程专业，现任（国电）内蒙古锡林河煤化工有限责任公司总工程师。

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.09.002

门树臣.U型开采程序在贺斯格乌拉露天煤矿的应用［J］.露天采矿技术，2017，32（9）：6-9.