露天煤礦經濟剝采比應用特例分析

范正祥

(中國煤炭科工集團 北京華宇工程有限公司，北京 100120)

剝采比是指剝離和采掘的工程量比值，它是衡量露天礦開采條件好壞的重要指標，也是總體規劃中劃定礦區范圍的重要依據。總體規劃設計過程中普遍依據鉆孔剝采比等值線劃定露天礦開采范圍，但該方法有時會出現特殊情況：曾有某露天煤礦其鉆孔剝采比均小于經濟剝采比，總體規劃已將其劃定為露天開采。但后續設計中，無論怎樣優化設計方案，最后按預期煤價計算的經濟效益都是巨大虧損，因此該露天礦最終論證為不可行。針對此問題，筆者深度挖掘不可行的礦山實例，經概括分析，高度總結了露天礦不可行的幾種特例，供大家分享，以便給后續總體規劃工作提供重要借鑒和參考。

1 經濟剝采比的規定及算法

經濟剝采比是指在一定技術經濟條件下，露天開采經濟上合理的最大剝采比，它是確定露天開采范圍的重要指標。

2005年，中華人民共和國國家標準《煤炭工業露天礦設計規范》(GB 50197—2005)開采境界的基本規定中寫道“露天煤礦的經濟剝采比，應根據煤層賦存條件、剝離物特性、煤質、技術裝備、資源回收率、生產成本、產品售價等條件確定，并應符合下列規定：1、褐煤、非焦煤、焦煤的經濟剝采比分別不宜大于6m3/t、10m3/t、15m3/t……”，因此，在大多數露天煤礦總體規劃中，一般動力煤的開采境界基本都按10m3/t來確定，伊敏一號露天礦為褐煤，開采境界按不大于6m3/t圈定。各露天礦的設計、審批中，其開采境界基本按上述標準來執行。但由于我國國土面積遼闊，資源賦存量大，各地經濟發展水平不同，煤炭價格差異較大，都采用同一剝采比值來確定露天礦開采境界，則不符合當時各地煤炭價格的變化趨勢，導致了有的地區企業盈利能力強但資源未被充分利用、而其他個別地區則企業盈利差。

為此，相關領導和露天行業專家針對規范中關于經濟剝采比的確定條款又進行了專項研究，認為在煤炭售價多變的條件下，采用計算分析方法確定經濟剝采比更合理。于是在2015年，修訂發布的《煤炭工業露天礦設計規范》(GB 50197—2015)中，關于經濟剝采比的規定修改為“露天煤礦經濟剝采比的確定方法，應符合下列規定：1、經濟剝采比宜采用計算分析方法確定……”這也是非煤露天礦確定經濟剝采比所采用的主要方法。

修訂的規范中關于經濟剝采比的計算分析方法列了三種：

1)價格法。以露天開采單位原煤成本等于該產品售價為依據，考慮一定的利潤指標進行計算。計算公式如下：

2)盈利比較法。以露天開采和礦井開采相同資源/儲量所得的相等盈利為基礎進行計算。計算公式如下：

3)原煤成本比較法。以露天開采和礦井開采單位原煤成本為基礎進行計算。計算公式如下：

式中，nj為經濟剝采比，m3/t；ηl為露天開采煤層采出率，%；ηk為礦井開采煤層采出率，%；a0為露天開采采煤成本，元/t；b0為露天剝離成本，元/m3，當采用不同開采工藝時，應分別按有關開采工藝完成的剝離量百分比和成本，計算平均剝離成本；c0為礦井開采原煤成本，元/t；Dl為露天開采原煤售價，元/t；Dk為礦井開采原煤售價，元/t。

在后續應用中，由于礦井生產安全性差、煤炭資源回收率低等主要原因，露天設計一般采用價格法計算經濟剝采比居多。

2 經濟剝采比的應用

判斷露天煤礦開采條件良好與否多依據鉆孔近似剝采比(鉆孔近似剝采比是指利用勘探過程中施工的鉆孔所揭露的煤層上覆剝離物總厚度、煤層總厚度以及煤層容重的比值)，利用鉆孔近似剝采比可繪制出剝采比等值線圖，在總體規劃中劃分各大露天礦開采范圍以及設計中優化露天礦開采境界時，基本依據剝采比等值線圖來設計。圖中小于經濟剝采比的范圍適合露天開采，反之則不適合露天開采，需劃出開采境界以外。

例如：某甲露天礦，煤類為一般動力煤，坑口煤炭銷售價格130元/t，純采煤成本為20元/t，剝離成本12.5元/m3。利用價格法，算出本礦經濟剝采比為8.8m3/t。設計中一般取整，本礦經濟剝采比取為8.0m3/t，因此，剝采比等值線圖中小于8.0m3/t的范圍被劃入露天開采境界內；剝采比等值線圖中大于8m3/t的區域設計認為是不經濟的，被劃出開采境界以外。

最終設計結果：開采境界內平均剝采比5.84m3/t，最大開采深度350m；首采區剝采比4.64m3/t，首采區最大開采深度150m。露天礦按10.0Mt/a規模設計，礦建工程量23.80Mm3，僅需1a即可完成，達產年生產剝采比5.30m3/t。經全自營方案技術經濟測算，露天礦總投資12.43億元，貸款償還期7.8a，稅后財務內部收益率9.63%，年凈利潤1.43億元，露天礦盈利能力強，經濟效益良好。

3 需引起重視的特例

除以上正常情況以外，還有特例存在。該特例就是“鉆孔近似剝采比不大于經濟剝采比而露天開采卻不經濟”和“鉆孔近似剝采比大于經濟剝采比但卻有較好的經濟效益”兩種情況。經分析總結，這兩種情況的特例分為以下三種條件：①鉆孔近似剝采比小但埋藏深度較大且沒有露頭的情況(不具備良好的初始拉溝條件)，不適合露天開采；②煤層厚度隨埋深增加而增厚的情況(出現了一種假可采的情形)，不適合露天開采；③山體壓煤情況(山體下壓的煤不能只憑鉆孔剝采比來判斷是否可采，而應綜合計算整體剝采比的經濟性)，有的鉆孔剝采比雖然大但卻經濟效益顯著。下面筆者對這三種情況逐一舉例：

3.1 鉆孔剝采比小但埋藏深度較大且沒有露頭

某乙露天礦，煤類為長焰煤及不粘煤，主采煤層為一層，厚度較大，在45～70m之間，煤層淺部被火燒，最小見煤深度285m，見煤處煤層厚度52m，全區上覆地層厚度285～470m，地形平坦，地貌為戈壁灘。坑口煤炭銷售價格150元/t。

依據該礦條件，經分析，該礦鉆孔近似剝采比在4.7～7.8m3/t之間，單純從剝采比來看，其值并不大，按本礦條件計算的經濟剝采比為8.1m3/t(取整后為8.0m3/t)，據此確定該礦資源可全部進行露天開采。

而該礦的實際研究結果為：開采境界內平均剝采比6.88m3/t，小于經濟剝采比8.0m3/t，最大開采深度540m；首采區剝采比5.65m3/t，首采區最大開采深度385m。露天礦按20.0Mt/a規模設計，礦建工程量473.80Mm3(4.738億m3)，基建期5a，達產年生產剝采比6.70m3/t。經全自營方案技術經濟測算，露天礦總投資138.54億元，年凈利潤-3.18億元，經濟效益為虧損。

可見，該礦范圍的煤層鉆孔近似剝采比并不大，均小于經濟剝采比，表面看可以全部進行露天開采，而實際研究后發現，開發該礦的經濟效益為虧損，結論為不適合進行露天開發。究其原因，主要是初期礦建工程量太大，進而導致投資太高，影響了全礦經濟效益。因此，在煤礦總體規劃中要注意此種情形，避免規劃后無法開發的情況發生。

3.2 煤層厚度隨埋深增加而增厚

某丙露天礦為一般動力煤，主采煤層為一層，該礦因受地質構造影響，地層基本為單斜，傾角5°～6°，煤層厚度5～65m(隨埋深增加而變厚)，地表受風、水剝蝕影響后其坡度與地層傾向相反，地形坡度4°～5°，如圖1所示。坑口煤炭銷售價格155元/t。

圖1 煤層厚度隨深度增加而增大情況插圖(m)

根據三個鉆孔(依次601-3、601-4、601-5)計算，其鉆孔近似剝采比分別為：6.57m3/t、7.62m3/t、7.38m3/t。按本礦條件計算的經濟剝采比為10.8m3/t(取整后為10m3/t)，直觀判斷該礦剝采比條件，全區采用露天方式開發沒有問題。但實際研究后發現，開發該礦的經濟效益極差，為嚴重虧損，不適合進行露天開發。

研究中考慮：如果沿煤層走向拉溝、傾向推進、采用一般設計幫坡角10°開采，因受地表影響，則生產剝采比已超過20m3/t；再將一般設計幫坡角10°調整為25°陡幫開采，其生產剝采比也在14m3/t左右，雖然此時礦建工程量并不大，僅為20.35Mm3。但由于生產剝采比太大，遠大于經濟剝采比，導致該礦采用走向拉溝、傾向推進的開發方式不可行。

再考慮如果沿煤層傾向拉溝、走向推進、同樣考慮25°陡幫開采，經計算其生產剝采比已超過18m3/t，同時礦建工程量由20.35Mm3增加到85.24Mm3，亦不可行。

對于該礦條件的研究表明：雖然其鉆孔近似剝采比在8.0m3/t以內，小于經濟剝采比10m3/t，煤層也有隱伏露頭，但按10.0Mt/a規模設計后，礦建工程量20.35Mm3，基建期1a，達產年生產剝采比13.80m3/t，生產剝采比遠超出了經濟剝采比10m3/t。經全自營方案技術經濟測算，露天礦總投資9.76億元，年凈利潤-6.03億元，經濟效益為嚴重虧損。

因此，在煤礦總體規劃中也要注意這種假可采的煤層賦存條件，以避免規劃中開發方式決策失誤。

3.3 山體壓煤

由于大自然的風化剝蝕作用，有可能出現煤層被壓在山底的現象。如：某丁露天礦，煤類為31不粘煤，地層基本為單斜，傾角4°～5°，煤層厚度為7～12m，地表受剝蝕影響形成山丘，典型剖面如圖2所示。坑口煤炭銷售價格145元/t。

圖2 山體壓煤情況插圖(m)

經計算，圖2中各鉆孔對應的煤厚及剝采比情況見表1。

依據煤價，采用價格法計算的本礦經濟剝采比為9.26m3/t(取整后為9.0m3/t)，結合上述條件可以看出，鉆孔502-4和鉆孔602-4所在區域為低矮山丘，其鉆孔剝采比已超出10m3/t，大于經濟剝采比，明顯不經濟，進行露天礦境界圈定時需劃出開采境界以外。考慮露天開采幫坡角影響后，為圖2中的B區(兩條虛線為區域邊界)范圍需劃出開采境界以外。

表1 鉆孔近似剝采比計算表

然而事實上，由于受露天開采幫坡角影響，由圖2可以看出，當A區和C區被露天開采以后，所留B區范圍為一孤島，單獨計算該孤島：上部剝離物截面積為55932.11m2，下部煤體截面積為5945.65m2，對應的剝采比為7.07m3/t，其實際剝采比遠小于經濟剝采比9.0m3/t，可見，開采該區域仍然是經濟的。該示例表明，B區表面上鉆孔近似剝采比超出經濟剝采比需要劃出開采范圍以外，而實際上其整體剝采比(約7.0m3/t)小于經濟剝采比(9.0m3/t)，不應劃出開采范圍，適合進行整體開發。

對于該礦研究的結果：開采境界內平均剝采比4.76m3/t，最大開采深度180m；首采區剝采比3.87m3/t，首采區最大開采深度110m。露天礦按8.0Mt/a規模設計，礦建工程量13.60Mm3，達產年生產剝采比3.50m3/t。經全自營方案技術經濟測算，露天礦總投資7.42億元，貸款償還期5.6a，稅后財務內部收益率9.86%，年凈利潤3.17億元，露天礦經濟效益良好。

可見，露天煤礦經濟剝采比采用鉆孔近似剝采比等值線來圈定露天礦開采范圍的方法有一定的局限性，應用中尚需根據實際條件進行分析，并應特別注意特例中的幾種條件。

4 結 語

剝采比是反映露天礦開采條件好壞的重要指標。通過上述示例可以看出，采用鉆孔近似剝采比等值線來圈定露天礦開采境界的方法在一般情況下是適用的，但不是千篇一律，應結合本礦經濟剝采比進行具體分析，本文提出的特例情況需引起足夠重視，以保證露天煤礦開采境界圈定的最佳與合理。