新疆庫拜煤田露天開采急傾斜煤層的相關探討

胡濤

【摘? 要】新疆庫拜煤田煤炭變質程度高、煤質好，煤層傾角大、局部近似直立，庫拜煤田橫跨庫車縣、拜城縣及溫宿縣，煤層露頭長度大。庫拜煤田急傾斜煤層可通過統籌考慮最終幫坡角的確定、優化開采程序、優化生產組織等方式實現露天方式開采。

【Abstract】The Kubai coal field in Xinjiang has a high degree of coal metamorphism， good coal quality， large dip angle and partial vertical position. The Kubai coal field spans Kuche County， Baicheng County and Wensu County， and the outcrop length of the coal seam is large. Open-cut mining of steeply inclined coal seam in Kubai coal field can be realized by means of overall consideration of the determination of final slope angle， optimization of mining procedure and optimization of production organization.

【關鍵詞】急傾斜煤層;露天開采;庫拜煤田

【Keywords】steeply inclined coal seam; open-cut mining; Kubai coal field

【中圖分類號】TD823? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2020）09-0170-03

1 新疆庫拜煤田煤層賦存特點

新疆庫拜煤田位于阿克蘇市，分布在庫車縣、拜城縣及溫宿縣，呈近似東西走向的長條狀（見圖1），地層總體為近東西走向，向南傾斜，傾角一般30°～85°，具有西部緩、中部陡（局部直立倒轉）、東部緩的特征。可采煤層以侏羅系煤層為主，煤炭種類豐富，有貧煤、瘦煤、焦煤、1/3焦煤、粘煤、1/2中粘煤、弱粘煤、不粘煤、氣煤、長焰煤等，自西向東，煤的變質程度逐漸變低。共有可采-局部可采煤層16層，可采煤層平均總厚度為40.92m。

庫拜煤田煤炭變質程度高、煤質好，為稀缺煤炭資源，開發時應選擇資源回采率高的開發方式、開采工藝、開采設備。

2 露天開采境界圈定

急傾斜煤層采用露天方式開采，圈定境界的決定因素是開采深度，在可采范圍長度一定的情況下，可采出煤量與開采深度有直接關系。同時要考慮隨開采深度的增加，境界剝采比的變化是否滿足經濟合理剝采比的要求。

以庫拜煤田某典型剖面為例（見圖2）。在圖2所示位置，按最終幫坡角33°（α=β=33°）初步估算境界剝采比，境界剝采比計算公式如下：

由上式可以看出，境界剝采比與剝離物面積、煤面積直接相關，在開采水平不變的情況下，降低剝離物面積的方式只有提高最終幫坡角（α、β）。圖2中，開采水平不變，最終幫坡角每加大2°時境界剝采比變化的百分比如圖3所示。

由圖3可以看出，隨最終幫坡角的增加、境界剝采比不斷降低，最終幫坡角增加54.55%時，境界剝采比降低了56.53%。在經濟合理剝采比不變的前提下，提高最終幫坡角，可采深度增大、可采煤量增加，具備露天開采條件。

3 邊坡穩定分析

GB 50197—2015《煤炭工業露天礦設計規范》規定，邊坡穩定系數K按表1選用。

由表1可知，邊坡存在年限越久，穩定系數取值越高。工作幫邊坡是動態邊坡、存在時間最短，穩定系數K取值最低。

可能的滑坡模式以近似直立狀態的厚層狀砂巖傾覆狀、折線形的模式為主，較小可能發生折線形-圓弧狀相結合的滑坡。

以圖2所示剖面為例，最終幫坡角33°時，穩定系數K=1.47;最終幫坡角為51°，穩定系數K=1.02，甚至不能滿足工作幫坡角穩定系數的要求，處于臨界狀態，可能發生滑坡。故最終幫坡角確定為51°需要慎重，若按51°最終幫坡角確定，要充分考慮邊坡穩定和運輸系統的布設。

考慮到最終幫留設運輸系統，最終幫坡角51°，臺階坡面角70°，按照3個臺階一組合，若考慮每個臺階留設保安平盤、單個保安平盤寬度2m，則運輸平盤寬度13m，寬度過窄。若3個平盤一組合、運輸平盤寬度17m，可以滿足50t級卡車設置雙車道的要求（見圖4）。

3個臺階一組合，單個臺階高度達30m，考慮到卡車安全運輸，需要在適當位置設置主動防護網，防止散石飛落砸傷人員、損壞設備。

最終幫坡角確定為51°時，穩定系數僅1.02，處于臨界狀態，不能滿足規程要求，需要進行邊坡加固，邊坡加固方式需根據巖性條件確定。本項目地層傾角大、近似直立，巖性以膠結程度一般的厚層狀砂巖為主，邊坡加固可采用錨桿（索）加固的方式進行，通過在臺階坡面打錨桿（索），對可能的滑移面進行錨固，錨桿（索）需打到下部穩定巖層，達到防止滑坡的目的。

錨固工程量的多少要結合需要達到的穩定狀態來確定，錨固成本隨錨固范圍、錨固工程量有直接關系，增加錨固工程量有利于邊坡穩定、增大穩定系數K，但會造成成本大幅上升。錨固工程量要結合穩定系數K來確定，穩定系數K與邊坡重要性、邊坡存在時間有直接關聯，在無重要構建筑物的情況下，縮短邊坡存在時間，可適當降低穩定系數K。確定1.1

下部水平錨固及主動防護示意如圖5所示。

邊坡錨固、主動防護網均是保證邊坡穩定、保證安全生產的方式，還應在開采過程加強對邊坡的監測，監測方式應采用邊坡雷達、邊坡監測機器人等方式，對設置有運輸系統的臺階及運輸系統上部臺階進行監測，防止片幫造成安全生產事故。

4 開采程序

最終幫坡角較大，達51°，邊坡穩定系數K=1.13，按照規范要求，非工作幫存在時間應小于10年。若能縮短非工作幫存在時間，降低風氧化、降水等作用對非工作幫的弱化影響，則邊坡穩定可以得到保障。通過優化開采程序，降低非工作幫存在時間，可以保證邊坡穩定。

急傾斜煤層露天開采，開采以降深為主，目前大部分露天煤礦降深速度不超過40m/年，為保證產能，需要加大采區（條區）長度，達到增加工作線長度的目的，但采區（條區）長度過長，也會造成初期基建量大、投資大，增加財務成本，甚至造成露天開采不可行。

隨材料科學、結構科學等學科不斷取得突破，現有采掘、運輸設備能力大幅提升，同時結合設備能力提升也產生了更精細化的作業方式，挖掘效率也得到提升。統計數據顯示，在相同工況條件下，組織合理、工作線布置合理的情況下，挖掘設備單位斗容能力較規范確定值增大60%以上。

開采程序的優化要結合現有設備裝備情況來確定采區（條區）長度，力爭在滿足產能的前提下，確定合理的采區（條區）長度。合理的采區（條區）長度還要兼顧排土，力爭能做到外排最少，采掘與內排可協調一致發展，力爭實現“置換式”開采。

5 結論

急傾斜煤層采用露天方式開采，要系統考慮，從最終幫坡角的確定，邊坡存在時間、邊坡穩定、邊坡加固、邊坡監測，開采程序比較、優化，精細化生產組織，排土場發展、設置等方面統籌考慮，根據實際項目情況，確定重點目標，在安全生產、保證重點目標的前提下，綜合確定其他技術指標，最終實現安全、綠色、高效、高回收率、剝采比小、土地占用少的目的。

庫拜煤田煤質好，采用露天開采時，使用邊坡加固保證安全生產，會增加生產成本，但煤質好、煤價高，經濟效益可覆蓋邊坡加固產生的成本，露天開采具有可行性。

【參考文獻】

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