金正泰露天煤矿端帮陡帮开采技术应用研究_张赛.pdf

152023 年第 2 期张 赛：金正泰露天煤矿端帮陡帮开采技术应用研究张 赛：金正泰露天煤矿端帮陡帮开采技术应用研究金正泰露天煤矿端帮陡帮开采技术应用研究张 赛（枣庄矿业集团准格尔旗金正泰煤炭有限责任公司，内蒙古 鄂尔多斯 017000）摘 要 以金正泰露天煤矿北端帮为例，进行陡帮开采技术应用实践。在北端帮陡帮开采可行性研究基础上对陡帮开采边坡形态进行设计与优化，对 2022 年北陡帮采排方案进行了分析阐述。结果表明：端帮陡帮开采技术可多回收端帮资源 140.7 万 t，创造经济价值约 5 335.47 万元。关键词 露天；端帮；陡帮；稳定性中图分类号 TD824.7 文献标识码 B doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2023.02.006Study and Application of End Side Steep Slope Mining Technology in Jinzhengtai Open Air Coal MineZhang Sai(Zaozhuang Mining Industry Group Zhungeer Banner Jinzhengtai Coal Co.,Ltd.,Inner Mongolia Ordos 017000)Abstract:Taking the north end side of Jinzhengtai Open Air Coal Mine as an example,the application practice of steep slope mining technology is carried out.Based on the feasibility study of north end side steep slope mining,the slope shape of steep slope mining is designed and optimized,and the mining and drainage scheme of north steep slope in 2022 is analyzed and expounded.The results show that the end side steep slope mining technology can recover 1.407 million tons more of end side resources and create economic value of about 53.354 7 million yuan.Key words:open air;end side;steep slope;stability收稿日期 2022-07-11作者简介 张赛（1990），男，山东枣庄人，2017 年毕业于中国矿业大学采矿工程专业，本科，工程师，现从事露天煤矿生产测量技术工作。张 赛：金正泰露天煤矿端帮陡帮开采技术应用研究张 赛：金正泰露天煤矿端帮陡帮开采技术应用研究1 工程概况金正泰露天煤矿端帮最终边坡由保安平盘、运输平盘组成，由于未考虑剥采工程发展过程中内排土场对端帮边坡产生的三维效应，使设计的最终边坡角比实际上能达到的稳定边坡角要缓，导致存在端帮压覆的大量煤炭资源无法回收，造成资源浪费，也影响到境界内平均剥采比与开采成本。实施端帮陡帮开采，提高端帮最终帮坡角，回收端帮压覆的煤炭资源，具有较好的经济效益。2 端帮陡帮开采可行性分析煤矿主采煤层 4 煤、9 煤、11 煤，煤层基本走向为 NW、SE 向，倾向 S45 W，倾角在 2 7之间，大部分范围不大于 5。采用沿东部境界 4号煤垂直降深、沿走向布置工作线、平行走向单侧推进的开采程序。对煤矿北端帮布置 10 组剖面，应用 GEO-SLOPE 公司 Geostudio-Slope/W 软件，采用二维刚体极限平衡法对北端帮原设计边坡进行稳定性分析评价，可知北端帮 DLT-BB-1DLT-BB-10 原设计边坡形态与稳定性分析结果，绘制不同剖面处边坡稳定系数 Fs 曲线，如图 1。图 1 金正泰露天煤矿北端帮原设计边坡稳定系数由图 1 可知，北端帮原设计边坡稳定系数Fs=1.3822.115，均满足安全储备系数 1.2 要求，从162023 年第 2 期边坡安全角度分析，具备适当提高端帮帮坡角，进行陡帮开采的条件。3 端帮陡帮开采边坡形态设计与优化3.1 端帮陡帮开采边坡形态设计北端帮陡帮开采边坡形态方案设计1-2如下：方案一：4 煤顶板以下至 11 煤底板，并段高度30 m，保安平盘宽 5 m。方案二：4 煤顶板以下至 11 煤底板，并段高度30 m，保安平盘宽 10 m。3.2 端帮陡帮边坡形态优化应用 Geo-SLOPE/W 软件对北端帮陡帮开采方案一、方案二设计的陡帮边坡进行稳定性分析，可得到方案一、方案二边坡稳定性分析结果。方案一剖面 DLT-BB-2 当滑面出口位于 11 煤底板时，边坡稳定系数 Fs=0.9821，剖面 DLT-BB-2、DLT-BB-5、DLT-BB-6 当滑面出口位于 11 煤底板时Fs1.2，可利用内排追踪压帮产生的三维效应，使边坡稳定系数 Fs 1.2，确保陡帮开采过程中的边坡安全。基于上述分析，北端帮陡帮边坡形态采用方案二，即：自 4 煤顶板至 11 煤底板，每两个台阶并段为一个台阶，保安平盘宽度 10 m。3.3 端帮陡帮开采境界圈定基于北端帮陡帮方案边坡稳定性分析结果确定北端帮陡帮边坡形态，圈定北端帮陡帮开采境界。黄土台阶高度 10 m，岩石台阶高度 15 m，4 煤以下剥离与采煤台阶均倾斜分层，每隔一个运输平盘设一个保安平盘，运输平盘宽度 40 m，保安平盘宽度10 m，4煤顶板至11煤底板，并段台阶高度约30 m，到界台阶只保留保安平盘，宽度 10 m，如图 2。图 2 金正泰露天煤矿北端帮陡帮最终边坡4 矿端帮陡帮采排方案4.1 端帮陡帮开采参数与剥采程序4 煤顶板以上各剥离台阶水平分层，为充分发挥采装设备效率，4 煤底板以下各剥离平盘减少半台阶个数，依煤层倾角情况采用倾斜或水平分层方式开采。通常 4 煤与 9 煤各单独划分为一个台阶单爆单采，一次性采全高；11 煤与顶板一般分穿分爆，特殊情况下可少量混穿混爆。4.1.1 剥离台阶高度根据作业条件的不同，露天矿剥离一般采用大型设备与小型设备作业相结合的方式，其采用的台阶高度必须与其使用设备最大采掘高度相适应。金正泰露天煤矿上覆一层黄土层，其厚度一般为 4050 m，采用外包剥离的方式，采装和运输设备较小。外包小型设备的单次挖掘高度一般为 34 m，在端帮可以 34 个挖掘台阶合并成一个台阶，故黄土台阶高度为 10 m。按岩石台阶高度不大于单斗挖掘机最大挖掘高度的原则，考虑充分发挥设备效率和创造更高的经济效益，岩石台阶高度确定为 15 m。4.1.2 采煤台阶高度为保证煤炭的资源回收率和煤炭质量，主采煤层 4、9 煤单独划分台阶。由于选择的液压挖掘机最大挖掘高度为 15 m，其 4、9 煤层绝大部分煤层厚度小于液压挖掘机最大挖掘高度，对于大于液压挖掘机高度的部分煤层，采用分层开采。本露天煤矿 4 号煤最大台阶高度为 20.58 m，9 煤最大台阶高度为 21.1 m，当煤层厚度小于 15 m 时其采煤台阶高度为煤层厚度，当煤层厚度大于 15 m 时，划分 2个台阶进行开采，最大采煤台阶高度为 15 m，以保证采煤设备的作业安全。4.1.3 台阶坡面角工作帮松散层台阶坡面角为 60，岩石台阶坡面角为 65，煤台阶坡面角为 65。4.1.4 采掘带宽度和最小工作平盘宽度采掘带宽度为 40 m，外包剥离黄土层的最小工作平盘宽度不小于 60 m，自营单斗-卡车剥离台阶最小工作平盘宽度 90 m，采煤台阶最小工作平盘宽度 80 m。根据国家有关标准要求，总露煤量为 46个月，总可采量为 23 个月。4.1.5 排土参数根据排弃物料性质、地形特点、气候条件，确定卡车分台阶多段排弃，汽车排土工作平盘形成172023 年第 2 期张 赛：金正泰露天煤矿端帮陡帮开采技术应用研究张 赛：金正泰露天煤矿端帮陡帮开采技术应用研究3%5%的反坡，坡顶由推土机堆成大于 1.5 m 高的挡车土堤，排土时在靠近台阶坡顶线卸载或远离坡顶线卸载由推土机推下。排土台阶高度 3040 m，最小排土工作平盘宽度 80 m，到界排土平盘宽度 30 m，台阶坡面角35。4.1.6 剥采程序采用沿走向布置、平行走向单侧推进的工作线布置及发展方式。4 煤层以上靠近煤层的岩石剥离台阶水平分层，4 煤以下岩石台阶倾斜分层，911煤层间岩石与 11 煤层划分为一个台阶，混合爆破，分层采装。顶板露煤，煤层倾斜分层，煤厚不大于15 m 情况下，可一次性采全高。4.2 2022 年端帮陡帮采排方案4.2.1 剥采工程量与生产剥采比计算 2022 年金正泰露天煤矿北端帮原设计形态与陡帮形态计划剥采工程量。北端帮原设计形态下，4 煤、9 煤、11 煤共计 2 500.0 万 t，剥离共 15 000.0 万 m3，剥采比为 6 m3/t；北端帮陡帮 2021 年计划剥采下，4 煤、9 煤、11 煤共计 2 640.7 万 t，剥离共 15 197.4 万 m3，剥采比为 5.76 m3/t。4.2.2 计划排弃量北端帮原设计形态下，内排土场计划排弃量 15 000.0 万 m3，北端帮陡帮 2022 年内排土场计划排弃量 15 197.38 万 m3。4.2.3 开拓运输系统布置剥离物排弃原则：剥离岩石优先排弃同平盘及上 2 个平盘。剥离运输系统：剥离物经工作帮移动坑线，南、北端帮运输道路运往内排土场。原煤运输系统：原煤经 4 煤和 9 煤底板道路去往布置在南端帮下部 4 煤、9 煤底板的 4 煤和9 煤破碎口，破碎口设计能力 3000 t/h，移设步距400500 m，移设周期为每年移设一次。4.2.4 矿岩流向流量及运距按北端帮原设计与陡帮形态采剥计划、排弃计划、开拓运输系统布置，优化矿岩流向及流量，计算运距与提升高差。北端帮原设计形态 2022 年剥离加权平均运距为 3.73 km，高差为 65.62 m；北端帮陡帮 2021 年剥离加权平均运距为 3.76 km，高差为 65.11 m。4.2.5 效益分析北端帮陡帮后，可释放更大的内排空间，可多回收端帮压覆资源 140.7 万 t，增加剥离量 197.38万 m3。由于原来的端帮运输平盘被并段或变为保安平盘，从而导致部分剥离物至内排土场的运输需要绕行至上部运输平盘或 11 煤底板，引起部分剥离物运距增加。北端帮陡帮增加采出的煤炭资源，其剥采比仅为 1.4 m3/t，远远低于金正泰露天煤矿经济合理剥采比。因此，从剥采比角度分析，通过陡帮回收此部分煤炭资源效益是显著的。由于北端帮陡帮导致 1245 水平以下剥离物运输绕行而增加的运输费用为 2 887.04 万元。2022 年北端帮陡帮可多回收原煤 140.7 万 t，原煤销售利润增加为8 222.508万元，增加经济效益5 335.47万元。5 结论实施端帮陡帮开采，可充分回收露天矿采矿权范围内的煤炭资源，提高资源回收率，延长露天矿服务年限。通过优化内排追踪压帮距离，利用内排压帮产生的三维边坡效应，提高端帮边坡角和陡帮边坡稳定性，对类似露天矿山具有一定的借鉴意义，并具有较好的推广应用前景。【参考文献】1 魏世壮.安太堡露天矿过背斜期间南部并帮区排土优化 J.露天采矿技术，2020，35（04）：88-91.2 孟庆武，舒继森，韩流.端帮靠帮开采稳定性分析与经济效益研究 J.金属矿山，2013（09）：50-52+87.