新疆库拜煤田露天开采急倾斜煤层的相关探讨

胡涛

【摘  要】新疆库拜煤田煤炭变质程度高、煤质好，煤层倾角大、局部近似直立，库拜煤田横跨库车县、拜城县及温宿县，煤层露头长度大。库拜煤田急倾斜煤层可通过统筹考虑最终帮坡角的确定、优化开采程序、优化生产组织等方式实现露天方式开采。

【Abstract】The Kubai coal field in Xinjiang has a high degree of coal metamorphism， good coal quality， large dip angle and partial vertical position. The Kubai coal field spans Kuche County， Baicheng County and Wensu County， and the outcrop length of the coal seam is large. Open-cut mining of steeply inclined coal seam in Kubai coal field can be realized by means of overall consideration of the determination of final slope angle， optimization of mining procedure and optimization of production organization.

【關键词】急倾斜煤层;露天开采;库拜煤田

【Keywords】steeply inclined coal seam; open-cut mining; Kubai coal field

【中图分类号】TD823                               【文献标志码】A                                   【文章编号】1673-1069（2020）09-0170-03

1 新疆库拜煤田煤层赋存特点

新疆库拜煤田位于阿克苏市，分布在库车县、拜城县及温宿县，呈近似东西走向的长条状（见图1），地层总体为近东西走向，向南倾斜，倾角一般30°～85°，具有西部缓、中部陡（局部直立倒转）、东部缓的特征。可采煤层以侏罗系煤层为主，煤炭种类丰富，有贫煤、瘦煤、焦煤、1/3焦煤、粘煤、1/2中粘煤、弱粘煤、不粘煤、气煤、长焰煤等，自西向东，煤的变质程度逐渐变低。共有可采-局部可采煤层16层，可采煤层平均总厚度为40.92m。

库拜煤田煤炭变质程度高、煤质好，为稀缺煤炭资源，开发时应选择资源回采率高的开发方式、开采工艺、开采设备。

2 露天开采境界圈定

急倾斜煤层采用露天方式开采，圈定境界的决定因素是开采深度，在可采范围长度一定的情况下，可采出煤量与开采深度有直接关系。同时要考虑随开采深度的增加，境界剥采比的变化是否满足经济合理剥采比的要求。

以库拜煤田某典型剖面为例（见图2）。在图2所示位置，按最终帮坡角33°（α=β=33°）初步估算境界剥采比，境界剥采比计算公式如下：

由上式可以看出，境界剥采比与剥离物面积、煤面积直接相关，在开采水平不变的情况下，降低剥离物面积的方式只有提高最终帮坡角（α、β）。图2中，开采水平不变，最终帮坡角每加大2°时境界剥采比变化的百分比如图3所示。

由图3可以看出，随最终帮坡角的增加、境界剥采比不断降低，最终帮坡角增加54.55%时，境界剥采比降低了56.53%。在经济合理剥采比不变的前提下，提高最终帮坡角，可采深度增大、可采煤量增加，具备露天开采条件。

3 边坡稳定分析

GB 50197—2015《煤炭工业露天矿设计规范》规定，边坡稳定系数K按表1选用。

由表1可知，边坡存在年限越久，稳定系数取值越高。工作帮边坡是动态边坡、存在时间最短，稳定系数K取值最低。

可能的滑坡模式以近似直立状态的厚层状砂岩倾覆状、折线形的模式为主，较小可能发生折线形-圆弧状相结合的滑坡。

以图2所示剖面为例，最终帮坡角33°时，稳定系数K=1.47;最终帮坡角为51°，稳定系数K=1.02，甚至不能满足工作帮坡角稳定系数的要求，处于临界状态，可能发生滑坡。故最终帮坡角确定为51°需要慎重，若按51°最终帮坡角确定，要充分考虑边坡稳定和运输系统的布设。

考虑到最终帮留设运输系统，最终帮坡角51°，台阶坡面角70°，按照3个台阶一组合，若考虑每个台阶留设保安平盘、单个保安平盘宽度2m，则运输平盘宽度13m，宽度过窄。若3个平盘一组合、运输平盘宽度17m，可以满足50t级卡车设置双车道的要求（见图4）。

3个台阶一组合，单个台阶高度达30m，考虑到卡车安全运输，需要在适当位置设置主动防护网，防止散石飞落砸伤人员、损坏设备。

最终帮坡角确定为51°时，稳定系数仅1.02，处于临界状态，不能满足规程要求，需要进行边坡加固，边坡加固方式需根据岩性条件确定。本项目地层倾角大、近似直立，岩性以胶结程度一般的厚层状砂岩为主，边坡加固可采用锚杆（索）加固的方式进行，通过在台阶坡面打锚杆（索），对可能的滑移面进行锚固，锚杆（索）需打到下部稳定岩层，达到防止滑坡的目的。

锚固工程量的多少要结合需要达到的稳定状态来确定，锚固成本随锚固范围、锚固工程量有直接关系，增加锚固工程量有利于边坡稳定、增大稳定系数K，但会造成成本大幅上升。锚固工程量要结合稳定系数K来确定，稳定系数K与边坡重要性、边坡存在时间有直接关联，在无重要构建筑物的情况下，缩短边坡存在时间，可适当降低稳定系数K。确定1.1

下部水平锚固及主动防护示意如图5所示。

边坡锚固、主动防护网均是保证边坡稳定、保证安全生产的方式，还应在开采过程加强对边坡的监测，监测方式应采用边坡雷达、边坡监测机器人等方式，对设置有运输系统的台阶及运输系统上部台阶进行监测，防止片帮造成安全生产事故。

4 开采程序

最终帮坡角较大，达51°，边坡稳定系数K=1.13，按照规范要求，非工作帮存在时间应小于10年。若能缩短非工作帮存在时间，降低风氧化、降水等作用对非工作帮的弱化影响，则边坡稳定可以得到保障。通过优化开采程序，降低非工作帮存在时间，可以保证边坡稳定。

急倾斜煤层露天开采，开采以降深为主，目前大部分露天煤矿降深速度不超过40m/年，为保证产能，需要加大采区（条区）长度，达到增加工作线长度的目的，但采区（条区）长度过长，也会造成初期基建量大、投資大，增加财务成本，甚至造成露天开采不可行。

随材料科学、结构科学等学科不断取得突破，现有采掘、运输设备能力大幅提升，同时结合设备能力提升也产生了更精细化的作业方式，挖掘效率也得到提升。统计数据显示，在相同工况条件下，组织合理、工作线布置合理的情况下，挖掘设备单位斗容能力较规范确定值增大60%以上。

开采程序的优化要结合现有设备装备情况来确定采区（条区）长度，力争在满足产能的前提下，确定合理的采区（条区）长度。合理的采区（条区）长度还要兼顾排土，力争能做到外排最少，采掘与内排可协调一致发展，力争实现“置换式”开采。

5 结论

急倾斜煤层采用露天方式开采，要系统考虑，从最终帮坡角的确定，边坡存在时间、边坡稳定、边坡加固、边坡监测，开采程序比较、优化，精细化生产组织，排土场发展、设置等方面统筹考虑，根据实际项目情况，确定重点目标，在安全生产、保证重点目标的前提下，综合确定其他技术指标，最终实现安全、绿色、高效、高回收率、剥采比小、土地占用少的目的。

库拜煤田煤质好，采用露天开采时，使用边坡加固保证安全生产，会增加生产成本，但煤质好、煤价高，经济效益可覆盖边坡加固产生的成本，露天开采具有可行性。

【参考文献】

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