江文平

（神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)汝箕溝無(wú)煙煤分公司，寧夏 石嘴山 753004）

采礦工程

山坡露天礦縱采轉(zhuǎn)橫采加速內(nèi)排技術(shù)研究

江文平

（神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)汝箕溝無(wú)煙煤分公司，寧夏 石嘴山 753004）

針對(duì)山坡露天礦漸變?yōu)榘枷萋短斓V，構(gòu)建露天采礦場(chǎng)三維模型，優(yōu)化開(kāi)采程序和均衡剝采比，扇形過(guò)渡，由縱采轉(zhuǎn)為橫采；加速內(nèi)排空間的釋放，提升高度、縮短運(yùn)距，減少征占用林地面積，構(gòu)建生態(tài)屏障，降低對(duì)環(huán)境的破壞程度，促進(jìn)露天礦生命周期內(nèi)生態(tài)優(yōu)先戰(zhàn)略的落地。

均衡開(kāi)采；優(yōu)化內(nèi)排；環(huán)境保護(hù)

0 引 言

進(jìn)入20世紀(jì)80年代，市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)對(duì)礦產(chǎn)資源的需求日益擴(kuò)大，而現(xiàn)代化的采礦業(yè)，使采礦速度加快，尤其是露天采礦開(kāi)采強(qiáng)度加大，對(duì)生態(tài)環(huán)境的干擾破壞日趨嚴(yán)重，隨之引發(fā)的礦區(qū)環(huán)境問(wèn)題、社會(huì)問(wèn)題、經(jīng)濟(jì)問(wèn)題愈發(fā)突出。當(dāng)前，國(guó)家對(duì)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的改善越發(fā)重視，要求經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)統(tǒng)一協(xié)調(diào)發(fā)展，注重復(fù)墾生態(tài)環(huán)境效益，將復(fù)墾工藝與采礦工藝相結(jié)合，是露天采礦技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

地處賀蘭山腹地汝箕溝礦區(qū)的大峰露天礦，1973年建礦，出產(chǎn)低灰、低硫、低磷、高發(fā)熱量?jī)?yōu)質(zhì)“太西”無(wú)煙煤。露天礦南北走向長(zhǎng)2.94 km、東西傾斜寬1.59 km，面積4.659 6 km2，資源賦存為煤層群，9個(gè)煤層，可采厚度0.66～11.40 m，總厚度26.53 m，距上層間距4.54～35.03 m。地質(zhì)構(gòu)造總體為一南北走向“船狀”向斜，煤層?xùn)|、西兩翼翹起并出露，傾角8°～24°；中部向斜軸南、北兩端微微翹起，分別與汝箕溝煤礦、白芨溝煤礦相鄰。

該露天礦東西兩翼毗鄰寧夏賀蘭山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，至采礦權(quán)法線距離164～1 742 m不等，西側(cè)緊鄰包蘭鐵路支線，東側(cè)緊鄰X208公路。露天開(kāi)采歷時(shí)43年來(lái)，環(huán)保已成為發(fā)展建設(shè)的心頭之痛，外排占用大量林地資源，撕碎了脆弱的生態(tài)系統(tǒng)，切斷了自然保護(hù)區(qū)生物廊道，導(dǎo)致生態(tài)屏障退化。在國(guó)家強(qiáng)勢(shì)推進(jìn)環(huán)境保護(hù)與生態(tài)文明建設(shè)的今天，露天采礦無(wú)疑在環(huán)保拉鋸戰(zhàn)中處于弱勢(shì)地位，而大峰露天煤礦經(jīng)歷環(huán)保風(fēng)暴洗禮后，煤炭生產(chǎn)創(chuàng)新開(kāi)采程序，轉(zhuǎn)移排土重心，降低環(huán)境擾動(dòng)破壞程度，實(shí)施生態(tài)優(yōu)先戰(zhàn)略是關(guān)鍵所在。

1 采礦場(chǎng)與排土場(chǎng)開(kāi)采程序優(yōu)化研究

礦區(qū)位置示意圖如圖1。大峰露天礦劃分2個(gè)生產(chǎn)采區(qū)，均采用單斗－卡車(chē)間斷生產(chǎn)工藝，沿南北走向布置工作線、沿傾向由西向東推進(jìn)，生產(chǎn)規(guī)模已由最初的單采區(qū)開(kāi)采0.90 Mt/a擴(kuò)大到2個(gè)采區(qū)配采1.85 Mt/a。目前，北部一采區(qū)實(shí)際已形成凹陷采坑，剩余巖石剝離量98.224 Mm3、可采儲(chǔ)量14.137 Mt；南部二采區(qū)仍為山坡露天礦，剩余巖石剝離量128.118 Mm3、可采儲(chǔ)量29.154 Mt。近2年政府對(duì)工礦企業(yè)環(huán)保的重視，加速了露天采礦業(yè)的環(huán)保改造步伐，大峰露天煤礦大規(guī)模外排引發(fā)了一系列生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，為此提出一采區(qū)最先由縱采轉(zhuǎn)為橫采加速內(nèi)排、后期橫采接續(xù)二采區(qū)擴(kuò)展內(nèi)排的技術(shù)方案。通過(guò)建立礦田三維模型，對(duì)采礦場(chǎng)與排土場(chǎng)時(shí)空關(guān)系進(jìn)行綜合優(yōu)化研究，確定工作線調(diào)整方式、均衡剝采比、開(kāi)采進(jìn)度以及排土場(chǎng)發(fā)展程序，最終實(shí)現(xiàn)礦山環(huán)境擾動(dòng)最小的目標(biāo)，盤(pán)活林地、礦產(chǎn)資源。

工作線推進(jìn)方向是由西向南幫扇形推進(jìn)。工作幫以扇形軸為中心，通過(guò)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)約90°，由沿煤層走向從西向東推進(jìn)轉(zhuǎn)為沿煤層傾向由北向南推進(jìn)。工作線扇形轉(zhuǎn)向完成后上部臺(tái)階不超越地表礦權(quán)。轉(zhuǎn)向過(guò)程中南端幫平盤(pán)按隔一留一最小工作平盤(pán)方式布置。生產(chǎn)第1年末剝采排工程位置如圖2，完成采剝時(shí)采掘場(chǎng)三維圖如圖3，工作線推進(jìn)速度見(jiàn)表1。

圖1 礦區(qū)位置示意圖

圖2 生產(chǎn)第1年末剝采排工程位置

圖3 完成采剝時(shí)采掘場(chǎng)三維圖

表1 工作線推進(jìn)速度

1.1 采剝動(dòng)態(tài)

1）一采區(qū)。一采區(qū)扇形轉(zhuǎn)向過(guò)程中，靠近扇形軸部區(qū)域推進(jìn)強(qiáng)度最小，端部推進(jìn)強(qiáng)度大，內(nèi)排土作業(yè)也扇形推進(jìn)。

縱采轉(zhuǎn)橫采可提前實(shí)現(xiàn)內(nèi)排，隨著剝采工程自上而下延深，內(nèi)排土場(chǎng)自下而上占領(lǐng)空間，一旦橫采具備內(nèi)排條件，內(nèi)排將急劇釋放，對(duì)減少外排，保護(hù)環(huán)境極為有效。一采區(qū)煤巖關(guān)系曲線如圖4，開(kāi)采進(jìn)度見(jiàn)表2。

圖4 一采區(qū)煤巖關(guān)系曲線

表2 一采區(qū)推進(jìn)開(kāi)采進(jìn)度

2）二采區(qū)。考慮到一采區(qū)(大峰采區(qū)）由北向南推進(jìn)到二采區(qū)(羊齒采區(qū)）下組煤時(shí)，使二采區(qū)上組煤、下組煤推進(jìn)方向保持平行，采區(qū)間銜接過(guò)渡流暢，平行一采區(qū)布置工作線。二采區(qū)煤巖關(guān)系曲線如圖5，生產(chǎn)進(jìn)度計(jì)劃見(jiàn)表3。

圖5 二采區(qū)煤巖關(guān)系曲線

表3 二采區(qū)生產(chǎn)進(jìn)度進(jìn)計(jì)劃

1.2 剝采比均衡

利用計(jì)算機(jī)三維礦床地質(zhì)模型對(duì)露天礦開(kāi)采境界內(nèi)的煤巖量進(jìn)行模擬，轉(zhuǎn)向時(shí)各工作平盤(pán)最小推進(jìn)端寬度不小于最小工作平盤(pán)，對(duì)生產(chǎn)前7年生產(chǎn)剝采比進(jìn)行均衡。通過(guò)兩期均衡，在實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定產(chǎn)能的基礎(chǔ)上，細(xì)化開(kāi)采進(jìn)度，指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。

一采區(qū)、二采區(qū)形成統(tǒng)一開(kāi)采的大采區(qū)。一采區(qū)采剝工作線逐漸由縱向開(kāi)采扇形過(guò)渡為橫向開(kāi)采，二采區(qū)上組煤工作線布置方向與二采區(qū)工作線布置方向保持平行，采區(qū)下組煤將作為一采區(qū)的接續(xù)區(qū)，有利于采區(qū)的銜接與過(guò)度，并且減少上組煤與下組煤同時(shí)開(kāi)采時(shí)設(shè)備作業(yè)的相互影響。

1.3 排土進(jìn)度

1）一采區(qū)生產(chǎn)第3年、第4年時(shí)采煤臺(tái)階數(shù)量變多，采煤推進(jìn)速度降低，騰出內(nèi)排空間范圍有限。第3年時(shí)內(nèi)排土場(chǎng)只能容納12萬(wàn)m3的內(nèi)排量，到第4年之后，采煤臺(tái)階數(shù)量逐漸變少，推進(jìn)速度加快，內(nèi)排土場(chǎng)排棄量呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。生產(chǎn)第7年可實(shí)現(xiàn)全部?jī)?nèi)排，全部?jī)?nèi)排前外排總量為4 080萬(wàn)m3。

2）二采區(qū)生產(chǎn)前期剝離量全部外排，待一采區(qū)內(nèi)排空間富余時(shí)，二采區(qū)部分剝離物排入一采區(qū)內(nèi)排土場(chǎng)內(nèi)。排土進(jìn)度計(jì)劃見(jiàn)表4。

表4 由西向南扇形推進(jìn)排土進(jìn)度計(jì)劃

2 采區(qū)接替關(guān)系

大峰露天礦一采區(qū)剩余可采儲(chǔ)量14.137 Mt，生產(chǎn)規(guī)模1.5 Mt/a，服務(wù)年限9.5年；二采區(qū)剩余可采儲(chǔ)量29.154 Mt，前10年配采期間生產(chǎn)規(guī)模0.9 Mt/a，后期生產(chǎn)規(guī)模調(diào)增為1.5 Mt/a，總服務(wù)年限23.5年。加大一采區(qū)開(kāi)采強(qiáng)度，以釋放采空區(qū)為內(nèi)排空間，合理調(diào)整二采區(qū)接替關(guān)系，前期以配采為主，最大程度減少外排土場(chǎng)帶來(lái)的礦山費(fèi)用及生態(tài)擾動(dòng)，是確保對(duì)自然環(huán)境和社會(huì)環(huán)境影響小的最佳方案。

2個(gè)采區(qū)生產(chǎn)到第7年末時(shí)，一采區(qū)上部地表臺(tái)階到二采區(qū)上組煤下部煤臺(tái)階距離約600 m，整合后2個(gè)采區(qū)后續(xù)生產(chǎn)時(shí)工作臺(tái)階互不影響。根據(jù)自然剝采比變化趨勢(shì)，結(jié)合建設(shè)規(guī)模，對(duì)整合后第8～23年生產(chǎn)剝采比進(jìn)行均衡。整合后一、二采區(qū)下組煤煤巖量關(guān)系曲線如圖6。

圖6 整合后一、二采區(qū)下組煤煤巖量關(guān)系曲線圖

3 實(shí)施效果

大峰露天礦嚴(yán)守環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)底線，從生態(tài)系統(tǒng)和開(kāi)采工藝角度出發(fā)，以縱采轉(zhuǎn)橫采、加速內(nèi)排為突破口，解決保護(hù)區(qū)制約采礦區(qū)的瓶頸問(wèn)題，合理布局、優(yōu)化程序，提高區(qū)域環(huán)境承載力，減輕環(huán)境負(fù)擔(dān)，激發(fā)企業(yè)活力，在環(huán)?？傄笄疤嵯潞侠斫M織生產(chǎn)。一采區(qū)實(shí)施縱采轉(zhuǎn)橫采后，重點(diǎn)推進(jìn)最下部水平，煤炭“二量”充足，充分釋放內(nèi)排空間，內(nèi)排容量2 990萬(wàn)m3，平均運(yùn)距2 km，相比2.8 km的外排平均運(yùn)距,縮減0.8 km，按1.6元/（m3·km-1）估算運(yùn)輸成本降低3 827.2萬(wàn)元。

4 發(fā)展展望

1）堅(jiān)持科學(xué)發(fā)展和生態(tài)環(huán)保2條底線，牢固樹(shù)立創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開(kāi)放、共享的發(fā)展理念，以改善環(huán)境質(zhì)量為核心，以整治突出環(huán)境問(wèn)題為導(dǎo)向，深入實(shí)施生態(tài)優(yōu)先戰(zhàn)略，分區(qū)施策、系統(tǒng)保護(hù)、長(zhǎng)期治理，逐年度增加礦山地質(zhì)環(huán)境、生態(tài)環(huán)境等環(huán)保專(zhuān)項(xiàng)資金預(yù)算安排規(guī)模，不斷提高環(huán)境承載能力，切實(shí)構(gòu)建生態(tài)屏障。

2）切實(shí)把環(huán)境保護(hù)擺在重要戰(zhàn)略位置，與安全生產(chǎn)擺在同等地位，甚至更高。持續(xù)優(yōu)化開(kāi)采程序，加快淘汰落后產(chǎn)能，集中、集約生產(chǎn)，有效減小環(huán)境擾動(dòng)程度，從空間上確保周邊林地面積不減少、性質(zhì)不改變、功能不降低，保護(hù)好生態(tài)環(huán)境。

3）進(jìn)一步落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀，不斷優(yōu)化開(kāi)采技術(shù)：①研究組合臺(tái)階開(kāi)采技術(shù)，合理調(diào)整剝離進(jìn)度，保證原煤生產(chǎn)基本接續(xù)，縮短采場(chǎng)與排土場(chǎng)運(yùn)距；②究煤炭陡幫開(kāi)采技術(shù)，結(jié)合采區(qū)劃分、地質(zhì)條件、生產(chǎn)環(huán)境，動(dòng)態(tài)調(diào)整和優(yōu)化開(kāi)采設(shè)計(jì)，快速推進(jìn)、快速內(nèi)排壓幫的方式，提高煤炭資源回采率，回收邊幫煤炭，創(chuàng)造最佳經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)語(yǔ)

露天礦生態(tài)環(huán)境擾動(dòng)是影響露天礦山生產(chǎn)建設(shè)的重要因素，科學(xué)及時(shí)地開(kāi)展系統(tǒng)優(yōu)化，確保采礦工作的健康運(yùn)行，已成為許多露天礦亟待解決的技術(shù)性難題。大峰露天煤礦實(shí)施生態(tài)優(yōu)先戰(zhàn)略，通過(guò)構(gòu)建采礦場(chǎng)三維模型，從不同角度對(duì)采剝量與排棄量的時(shí)空關(guān)系進(jìn)行論證分析，合理均衡剝采比，提出最佳優(yōu)化方案，由縱采轉(zhuǎn)為橫采，加快推進(jìn)度最大限度利用采空區(qū)內(nèi)排，積極降低外排對(duì)生態(tài)環(huán)境的擾動(dòng)，初步實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)能與生態(tài)環(huán)境的相對(duì)平衡。

［1］王輝躍.露天礦土地復(fù)墾方法研究與技術(shù)評(píng)價(jià)［D］.阜新：遼寧工程技術(shù)大學(xué)，2006.

［2］吳亞梅.北京市“十三五”時(shí)期城鄉(xiāng)環(huán)境建設(shè)規(guī)劃［J］.城市管理與科技，2016（6）：14-17.

［3］王宏波.堅(jiān)持馬克思主義指導(dǎo)，開(kāi)創(chuàng)中國(guó)發(fā)展新境界［J］.西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2016（5）：13-20.

［4］黃占宇，譚軍.大峰露天煤礦東排土場(chǎng)選址及設(shè)計(jì)探討［J］.露天采礦技術(shù)，2012（4）：24-26.

［5］李宇光，譚軍，黃占宇.大峰露天礦開(kāi)拓運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化［J］.露天采礦技術(shù)，2014（12）：53-55.

［6］白潤(rùn)才，薛應(yīng)東，李三川.平莊西露天礦深部陡幫橫采內(nèi)排方案研究［J］.露天采礦技術(shù)，2008（S1）：2-4.

［7］劉敬玉，王兆剛.縱采露天煤礦實(shí)現(xiàn)局部橫采的研究［J］.露天采礦技術(shù)，2016，31（2）：1-3.

［8］付恩三，白潤(rùn)才，劉光偉.傾斜煤層露天礦縱采內(nèi)排方案過(guò)渡期生產(chǎn)方案設(shè)計(jì)［J］.露天采礦技術(shù)，2016，31（9）：5-9.

【責(zé)任編輯：陳 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，寧夏固原人，高級(jí)工程師、注冊(cè)安全工程師、工程碩士，現(xiàn)任神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)汝箕溝無(wú)煙煤分公司經(jīng)理，主要從事煤礦生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理工作。

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.03.001

江文平.山坡露天礦縱采轉(zhuǎn)橫采加速內(nèi)排技術(shù)研究［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（3）：1－4.