露天復(fù)采技術(shù)的應(yīng)用研究

摘 要：文章研究了汝箕溝采區(qū)實施露天復(fù)采過程中所遇到的常見技術(shù)問題，并針對這些問題應(yīng)用的露天復(fù)采技術(shù)，以及所取得的效果。剝離倒堆填埋采空區(qū)法既解決了高山區(qū)及采空區(qū)的安全問題，同時也降低了治理采空區(qū)的成本；雙工作面搭配均衡采煤法保證了生產(chǎn)的均衡，提高了煤炭生產(chǎn)能力。

關(guān)鍵詞：露天復(fù)采；采空區(qū)；高溫火區(qū)；剝離倒堆；火區(qū)無爆破

1 露天復(fù)采實施的背景

汝箕溝采區(qū)前身為原汝箕溝煤礦，位于寧夏回族自治區(qū)賀蘭山北部的汝箕溝礦區(qū)，是一座開采百年以上的老礦井。井田南北長約3.1km，東西寬約2.43km，面積7.53km2。開采煤層共有七層，總平均可采厚度為23.83m，煤層傾角0～15°，煤質(zhì)為優(yōu)質(zhì)無煙煤。由于原汝箕溝煤礦地表火區(qū)、井下隱蔽火區(qū)錯綜復(fù)雜，瓦斯治理困難，寧蒙交界處小窯亂挖日趨嚴重，井田周邊露頭煤遭到無序剝離侵蝕，均嚴重威脅礦井安全生產(chǎn)，造成礦井生產(chǎn)組織困難，礦井安全、資源回收率、設(shè)計生產(chǎn)能力等均得不到保證，礦井面臨即將停產(chǎn)的困境。為解決上述問題，提出了采用露天開采方式對原井工開采的殘留資源進行全面復(fù)采。

2 露天復(fù)采遇到的常見技術(shù)問題

2.1 大面積采空區(qū)塌陷區(qū)影響正常剝離作業(yè)

同正規(guī)露天開采不同的是，露天復(fù)采作業(yè)區(qū)存在大面積采空區(qū)塌陷區(qū)。采空區(qū)塌陷區(qū)是由于原井工開采時采用頂板垮落法造成的。根據(jù)《礦山開采沉陷學》中的理論，采出厚度與塌陷冒落帶之間有如下關(guān)系：冒落帶的高度主要取決于采出厚度和上覆巖石的碎脹系數(shù)，通常為采出礦層的3～5倍。[1]

冒落帶的計算公式：h=m/[（k-1）cosα]

式中：h-冒落帶的高度，m；α-煤層傾角，汝箕溝采區(qū)煤層傾角取15°；m-采出煤層厚度，汝箕溝采區(qū)煤層平均厚度取23.83m；k-巖石碎脹系數(shù)，汝箕溝采區(qū)取1.3。

經(jīng)計算，汝箕溝采區(qū)冒落帶平均在80m左右。在復(fù)采過程中，冒落帶區(qū)域是危害礦山安全作業(yè)的主要區(qū)域。

國內(nèi)外采礦經(jīng)驗認為，采深與采厚比小于40的情況下，[2]煤采出一定面積后，會引起巖層移動并波及到地表，其地表變形和沉陷在時間和空間上都有明顯的不連續(xù)特征，采空區(qū)塌陷區(qū)上方的地表帶形成較大的裂縫和塌陷坑。

汝箕溝采區(qū)各區(qū)域采深與采厚比均小于40，因此，原井工開采形成的塌陷區(qū)危害主要為塌陷坑和裂縫。

綜合以上分析，汝箕溝采區(qū)露天復(fù)采過程中應(yīng)針對塌陷坑、裂縫及靠近煤層時的冒落帶制定重點安全防范措施。

2.2 高溫火區(qū)影響安全生產(chǎn)

汝箕溝采區(qū)范圍內(nèi)存在6處地面高溫火區(qū)和5處井下隱蔽火點。由于地表火區(qū)范圍內(nèi)的小窯巷道較多，在實施露天復(fù)采工程時，揭露了井下巷道，為井下火區(qū)提供了氧氣，很可能造成井下火勢蔓延。因此，在進行露天復(fù)采過程中，雖然安全系數(shù)相比井工開采有所提高，但仍然存在安全隱患。

2.3 煤炭產(chǎn)量不均衡

原井工開采時殘留的煤柱資源及火區(qū)影響資源賦存不穩(wěn)定，煤炭產(chǎn)量很難達到均衡。

3 汝箕溝采區(qū)主要應(yīng)用的露天復(fù)采技術(shù)

針對以上3個方面的主要技術(shù)問題，露天復(fù)采中應(yīng)用了相應(yīng)的技術(shù)方法進行解決，并取得了較好的效果。

3.1 剝離倒堆填埋采空區(qū)法

汝箕溝采區(qū)露天復(fù)采過程中針對采空區(qū)塌陷坑、裂縫及靠近煤層時的冒落帶區(qū)域主要采用剝離倒堆填埋法，這種方法既簡便又安全高效，提高了施工進度。由于汝箕溝采區(qū)初期開采時為山坡露天礦，山高坡陡，運輸困難。采用剝離倒堆填埋采空區(qū)法，既解決了高山區(qū)及采空區(qū)的安全問題，同時也降低了治理采空區(qū)的成本。

3.2 火區(qū)無爆破剝采法

針對汝箕溝露天復(fù)采火區(qū)多、安全隱患多的特點，設(shè)計提出應(yīng)用了火區(qū)無爆破剝采法。其方法主要內(nèi)容如下：

（1）建立完善的高溫火區(qū)管理制度。現(xiàn)場測溫設(shè)專人負責，健全記錄、落實責任、實施復(fù)測檢驗確定制度；剝挖工程保證實現(xiàn)先測溫圈定高溫區(qū)范圍，制定有效措施處理，再進行剝挖的管理制度。

（2）在露天復(fù)采過程中必須遵循“有疑必探、先探后處理再剝離施工”的原則，在老空區(qū)、煤及半煤巖等溫度異常的自然發(fā)火區(qū)進行作業(yè)之前，必須測試孔內(nèi)溫度。必須先探清火區(qū)或高溫區(qū)位置（60℃以上），并用紅旗標定范圍，嚴禁人員進入。

（3）對高溫區(qū)進行注水降溫時，采取由火區(qū)外圍逐步向火區(qū)中心靠進的注水降溫方式，通過地表自然裂隙區(qū)、人工魚鱗坑向火區(qū)深部灌注水，降低燃體溫度，阻止煤炭進一步氧化燃燒。

（4）保證供給充足的滅火用水，采用束流注水的方式，停止注水后，火區(qū)煤、巖及氣體的溫度應(yīng)低于60℃，注水原始記錄應(yīng)齊全、準確、可靠、由專職統(tǒng)計員負責將每月原始記錄裝訂成冊，上交到工區(qū)統(tǒng)計員保管。

（5）高溫孔經(jīng)降溫至60℃以下時，采用強力挖掘機進行剝挖。

（6）參加火區(qū)高溫作業(yè)的工人、領(lǐng)導(dǎo)、技術(shù)人員必須具有火區(qū)作業(yè)經(jīng)驗或經(jīng)培訓(xùn)合格后方可上崗。

3.3 雙工作面搭配均衡采煤法

雙工作面搭配均衡采煤法在普通的露天礦山并不常見，該方法主要是針對露天復(fù)采礦山提出的。由于露天復(fù)采殘留煤柱資源賦存的不均衡性，選擇一塊煤層條件賦存較好的區(qū)域與一塊較差的區(qū)域進行搭配開采，有利于礦山均衡生產(chǎn)。

汝箕溝采區(qū)選擇的陰坡-工廣塊段殘留的火區(qū)煤炭資源較多，且剝采比較小，可作為主要開采區(qū)；另外，上一-上二塊段原井工開采時采用的采煤法為走向長壁全部垮落法，因此殘留的煤柱資源主要為井筒煤柱及采區(qū)區(qū)段煤柱，剝采比相對較大。采取兩區(qū)域同時開采，根據(jù)實際情況調(diào)整剝采比，保證了礦山的均衡生產(chǎn)。

4 結(jié)論及存在的問題

4.1 結(jié)論

露天復(fù)采技術(shù)在汝箕溝采區(qū)的成功應(yīng)用，解決了原井工開采時礦井安全性差、資源回收率低、生產(chǎn)能力逐年衰減等問題，為寧夏汝箕溝礦區(qū)全面實施露天復(fù)采提供了可借鑒的寶貴經(jīng)驗。

4.2 存在的問題

火區(qū)無爆破剝采法雖然解決了火區(qū)施工的安全問題，但施工進度慢是尚待解決的主要問題；此外，優(yōu)化采區(qū)工作面布置、減少運輸距離、降低生產(chǎn)成本等仍是有待解決的問題。

參考文獻

[1]張戰(zhàn)剛，宋淑光，孫允峰.采空區(qū)塌陷規(guī)律及治理方案[C].2009年全國礦山測量新技術(shù)學術(shù)會議論文集.蘭州：中國煤炭學會礦山測量專業(yè)委員會，2009：132-134.

[2]張銀洲，王鵬飛，楊 .采空區(qū)地表變形與采深采厚比關(guān)系探討[J].陜西煤炭，2011（4）：19-21.