白音华露天矿条形开采压坡剩余煤柱开采研究

侯 伟

（国家电投集团内蒙古白音华煤电有限公司 露天矿，内蒙古 锡林郭勒 026209）

为回收危险区下覆的煤炭资源，可以根据边坡变形破坏的时效性特征，在监测与控制危险边坡变形速率的前提下，采用条带开采、快速内排的方法[1-5]，实现在保证边坡稳定的同时，回收下覆资源，这一技术广泛应用于我国众多露天煤矿。山显明等[6]在扎尼河露天矿采用条带控制的开采方法，成功回收了滑坡区下覆煤体，同时提高了边坡的稳定性；马明[7]在掌握宝日希勒露天矿南帮破坏机理和模式的情况下，采用条带开采、快速内排技术，确保了煤炭资源的安全、高效回收。

随着采掘工作的不断推进，白音华露天矿采区逐步靠近北排土场，但随着露天矿的采场降深，局部边坡问题逐渐突出，3#煤组各煤层底板以下由夹有软弱夹层的沉积岩类构成层状结构边坡的稳定性问题较为突出，易引发沿软弱层位滑移变形破坏，进而发展为整体滑坡危害，存在巨型滑坡的重大隐患[8-10]。因此，通过分区开采+横采控制开采技术对3#煤组煤炭资源进行回收，提高煤炭资源回采率。

1 3#煤组开采方案

1.1 采场概况

白音华露天矿位于白音华煤田中南部，西南和东北分别与白音华煤田一号露天矿和白音华三号露天矿相邻，处于内蒙古自治区锡林郭勒盟西乌珠穆沁旗哈日根台镇范围内。白音华露天矿煤田面积约35.1 km2，开采煤层有1#煤组、2#煤组和3#煤组，煤层具有埋藏浅、煤层厚等特点。白音华露天矿自2005 年开工建设，矿区面积30.189 4 km2，建设规模为15.00 Mt/a，现已形成东西长3.3 km，南北长4.6 km 的矿坑。采区划分为首采区、二采区和三采区，目前首采区采场底部已沿底部境界开采。露天矿的降深方式为：沿南部境界3-1#煤层露头垂直降深、沿走向布置工作线、平行走向单侧推进、组合台阶作业。

1.2 3#煤组条区开采

目前采场降深约209 m，底部3#煤组共含3-1#、3-2#及3-3#煤层，2013 年3 月10 日，按照沈阳煤炭科学研究院提出采用实时监控条件下的分区开采+横采控制开采技术措施，对3#煤组实施条区控制开采，即弱层破断置换治理措施方案，将3#煤组开采方式由纵采调整为横采，对3-3#煤底板以下1-2 m之间浅部弱层进行置换，控制开采宽度并对采空区及时回填，同时采取内排土场前缘直接压覆3-1#煤底板，通过预留剩余煤柱的措施保证非工作帮边坡稳定性。3#煤组条区开采方案剖面如图1。

图1 3#煤组条区开采方案剖面

1.3 开采参数

顶部开采宽度不宜超过150 m，底部沟开采宽度不宜超过50 m，经边坡稳定性计算，条区拉沟结束至回填压脚的边坡稳定性为1.09-1.12。

条区开采将3-3#煤底板以下1～2 m 弱层进行破坏，内排直接压脚至3-1#煤底板，预留部分3-2#、3-3#煤煤柱以提高边坡稳定性。经边坡稳定性分析，3-1#煤底板以下拉沟降深，针对内排前缘留设煤壁（3-1#煤底板至3-3#煤底板）宽度的稳定性计算，选取典型剖面进行了稳定性分析，边坡稳定性计算结果见表1。

表1 边坡稳定性计算结果

根据计算结果，留设煤壁宽度对拉沟开挖时整体边坡的稳定性影响较小，故在实施生产过程中，南侧条区开采时预留5 m 煤柱，边坡治理过程，预留煤柱22 万t（其中3-2#煤6 万t，3-3#煤16 万t）。

2 条形开采压坡剩余煤柱开采方案

2.1 开采方案

由于开采第二条区时，南侧3-1#煤底板留5 m宽煤柱无法回收，造成露天矿回采率降低，故本方法结合生产现场优化3#煤组开采方案，再次进行局部控制开采，在满足边坡稳定性的情况下，将下一条区开采时南侧煤柱中的3-2#煤回收。

条形开采压坡剩余煤柱开采方法：在第一条区开采结束并在内排压脚至3-1#煤底板后实施，第二条区开采仍按照原方案拉沟、降深及破断，在内排压脚前进行方案优化，将南侧煤柱中3-2#煤回收采出，同时开采南侧煤柱可将内排运输道路贯通，减小边坡治理区域运距和提升高度。将内排土场“直接压脚到3-1#煤底板”进行优化，采用“临时压脚至3-2#煤底板、在控制开采宽度内将3-2#煤采出后继续压脚至3-1#煤底板”方法，在其他开采参数及开采程序等条件不变的情况下，仍能够满足1.1 安全储备系数要求，保证边坡稳定性要求。

2.2 方案实施过程

通过条形开采压坡剩余煤柱开采方法，可以将第一条区南侧3-2#煤采出，同时将南侧煤柱与条形开采区贯通，形成内排道路，部分剥离物料实现分流运输方式，降低车流密度，提高生产安全性，减小运距和降低提升高度，节约生产成本。由于第一条区内排压3-1#煤底板，所以采用条形开采压坡剩余煤柱开采方法存在二次剥离，需要将二次剥离物料倒运到采空区实现内排。条形开采方案初始沟剖面如图2,条形开采方案内排回填压3-1#煤底板剖面如图3，条形开采方案内排形成压3-2#煤底板剖面如图4。

图2 条形开采方案初始沟剖面

图3 条形开采方案内排回填压3-1#煤底板剖面

图4 条形开采方案内排形成压3-2#煤底板剖面

1）第二条区开采初始沟形成。第一条区开采结束后，内排土场压到3-1#煤底板，进行第二条区开采，在满足边坡稳定的前提下，边坡治理区仍采用“弓”字型推进方式。3-1#煤继续采用条采方式进行采煤。第二条区开采3-2#煤、3-3#煤时采用由西向东推进、先南后北的出煤顺序，煤炭采出后条区南侧可优先形成内排空间并尽快组织内排，为3#煤开采创造有利条件。3-3#煤底板以下约1～2 m 弱层破断后应尽快完成采空区回填，确保边坡稳定。内排土场具备空间后及时回填压脚，直接排弃压覆3-1#煤底板，提高内排土场整体稳定状况。初始沟形成时发生的剥离量，由北侧3～1#煤底板运输道路实现内排，排弃标高沿北侧3-1#底板标高水平排弃形成873 m 水平。873 内排台阶高度为12 m，台阶坡面角为33°，台阶宽度为30 m。此时可以水平抬坡沿南侧3-2#煤底板标高排弃形成884 m 水平，884 m 内排台阶高度11 m,台阶坡面角33°，台阶宽度为40 m。后续在884 m 水平基础上形成规整内排台阶。条区开采运输通道大多为临时运输道路，出煤、剥离及内排车辆混合运输，车流密度较大，制约设备效率发挥，故对条区开采运输通道进行优化：①3-3#煤以上剥离量通过北侧联络道路就近内排，3-3#煤底板浅部弱层剥离量就近倒堆至采空区与其他剥离物混排；②根据物料岩性合理选择排弃地点，其中剥离物料岩性较好，排弃至内排土场靠近滑体南侧。

2）露南侧煤柱中3-2#煤。初始沟形成后，剥离物料内排形成873 m 水平、884 m 水平，其中884 m内排台阶为南侧3-2#煤底板标高，此时将南侧3-1#煤底板到3-2#煤顶板剥离物料及南侧回填剥离物料开始降深倒运到内排884 m 台阶实现内排。

3）采出南侧煤柱中3-2#煤。将南侧3-2#煤与条形开采区形成联络道，此时开始降深3-2#煤，3-2#煤降段时由东向西开采将东侧先形成联络道。3-2#煤采出后，南侧形成内排运输道路，部分条形开采区剥离物料可以通过此道路实现就近内排，同时节省运距和提升高度，减低生产费用。

4）内排回填压脚至3-1#煤底板。将南侧煤柱中3-2#煤采出后内排及时跟进，提高边坡稳定性。内排土场的形成过程是一个动态的时空演化过程，在拉沟、降深、破段、内排过程中，尽可能及时回填压脚，避免滑体前部开挖边坡体裸露过长时间。排土时序要求连续、均衡施工发展。

3 经济效益分析

采用条形开采压坡剩余煤柱开采法，将3#煤组开采条区南侧所留5 m 宽煤柱采出，按3#煤开采工作线长度为1 300 m，3-2#煤平均厚度为6 m，每开采1 个条区可以采出3-2#煤约6 万t。依据3#煤组生产费用和当前煤炭价格计算，采出3-2#煤约6 万t，创收经济效益约1 800 万元，提高了煤炭资源回采率，创造了重大的经济效益和社会效益。

4 结语

针对白音华露天煤矿采场概况，基于分区开采+横采控制开采技术，提出了条形开采压坡剩余煤柱开采方案对3#煤组煤炭资源进行回收，详细概述了该方案开采参数选取及实施过程，采用该方案的每个条区增加了回采3-2#煤量约6 万t，提高了煤炭资源回采率。