安家嶺露天煤礦東部開采邊界優化

孫 杰

（中煤平朔集團有限公司，山西 朔州 036006）

露天煤礦最終開采邊界的確定一直是露天礦建設的難點。在實際生產過程中，若存在著開采境界不合理，便會出現固定幫超前剝離或者壓煤的現象，此時會影響到前期的剝離成本及資源回收率。

山西平朔礦區安家嶺露天礦設計生產能力15.0 Mt/a，核定生產能力20.0 Mt/a，主要開采4#煤、9#煤、11#煤3 個煤層。以礦井初步設計中劃定的安家嶺東部境界作為地表境界，并以35°幫坡角下推至11#煤層底板作為深部境界，根據GB 50197—2015煤炭工業露天礦設計規范可知，當開采深度小于200 m 時，安全距離不宜小于最大開采深度；當開采深度大于200 m 時，安全距離不宜小于200 m 的相關要求，安家嶺露天礦東幫開采深度為170～210 m，露天礦東部境界至各重要設施的距離應為170～200 m。若按照此規定，安家嶺將損失礦權界范圍內煤量近3.0 Mt，因此有必要對安家嶺礦東幫進行優化研究，確定最合理的東幫最終開采境界。

1 邊界優化影響因素分析

露天煤礦的端幫位置是指露天礦的開采最終位置，端幫位置直接決定了露天礦資源回收的邊界。因此對露天礦的端幫進行優化，確定最合理的端幫位置有利于礦山盡可能多的回收經濟可采資源量。

根據安家嶺露天煤礦的開采現狀，結合國家相關規范及行業內端幫開采的相關工作經驗分析，對安家嶺露天煤礦東部端幫的主要影響因素有：

1）露天礦原設計開采界。安家嶺東幫開采位置不應超出原設計開采界范圍。

2）邊坡穩定安全距離。根據國家規范中關于邊坡穩定的規定[1-2]，露天礦當開采深度小于200 m 時，安全距離不宜小于最大開采深度；當開采深度大于200 m 時，安全距離不宜小于200 m。基于上述規范可知在確定端幫位置時，應充分考慮端幫位置的邊坡穩定性對于其開采境界周圍重要建構筑物的影響，且規范給出了一定的參考安全距離。

3）爆破安全距離[3-4]。露天礦山的端幫開采對周圍建構筑物的影響除了邊坡穩定性影響之外，最重要的就是爆破安全影響。根據爆破安全計算及施工經驗，得出安家嶺東幫地表開采邊界距離地面建構筑物的安全距離至少50 m。

2 優化方案的提出與對比分析

2.1 優化方案的提出

根據上述端幫優化影響因素的分析結果，結合安家嶺露天礦東幫現狀，提出以下優化方案。

1）優化方案1。安家嶺露天煤礦東幫開采深度平均約為200 m，露天礦采掘場東幫地表境界與重要建（構）筑物的安全距離取200 m，以安家嶺礦東幫礦權界附近的民房、煤場、平陶路、工業大道、后安工業場地和白蘆工業廣場的西側邊界，向采掘場內部回收200 m。

2）優化方案2。按照端幫優化影響因素分析，在保證邊坡穩定性和爆破作業安全性的前提下，露天礦采掘場東幫地表境界與重要建（構）筑物的安全距離取50 m。以安家嶺礦東幫礦權界附近的民房、煤場、平陶路、工業大道、后安工業場地和白蘆工業廣場的西側邊界，向采掘場內部回收50 m。

3）優化方案3。該方案是在優化方案2 的基礎上對東部靠界邊界形狀進行優化。由東幫礦權界附近構建筑物位置分析，平陶路以西靠近采場一側，有少量民房及1 處煤場，緊鄰煤場南部的平陶路存在1 個明顯彎向采場方向的彎弧，若能對民房和煤層進行拆遷，對該段彎弧道路進行取直改移，則采場東幫可以進一步向東推進，有利于最大程度的回收煤炭資源[5]。露天礦采掘場東幫地表境界與重要建（構）筑物的安全距離也取50 m，在拆遷平陶路以西的民房和儲煤場，并局部取直改移平陶路以后，以安家嶺礦東幫礦權界附近改移后的平陶路、工業大道、后安工業場地和白蘆工業廣場的西側邊界，向采掘場內部回收50 m。

2.2 優化方案對比分析

2.2.1 技術指標對比分析

安家嶺露天礦東幫優化各方案最終境界煤巖量見表1。

表1 安家嶺露天礦東幫優化各方案最終境界煤巖量

通過分析表1 可知3 種優化方案的煤巖量關系。與原境界方案對比，東幫經過優化后，安家嶺礦的剝離量及原煤量都有不同程度的減少。安家嶺礦各東幫優化方案與原設計方案最終境界煤巖量對比見表2。

表2 安家嶺礦東幫各優化方案與原設計方案最終境界煤巖量對比

通過以上各表數據，及各東幫優化方案特點，對各優化方案進行優缺點分析如下：

1）方案1。優點：東幫地表開采界距離構建筑物的安全距離大，爆破形式簡單成本低，不需要拆遷；缺點：損失原煤量大，損失原煤量的剝采比小。

2）方案2。優點：不需要拆遷，損失煤量相比東幫優化方案1 小，損失原煤量的剝采比相對優化方案1 大；缺點：東幫地表開采界距離構建筑物的安全距離小，需進行控制爆破，爆破成本高。

3）方案3。優點：損失煤量最少，損失原煤量的剝采比最大，東幫臺階較平直有利于端幫開挖施工和降低端幫運距；缺點：需要拆遷，東幫地表開采界距離構建筑物的安全距離小，需進行控制爆破，爆破成本高[6]。

2.2.2 經濟指標分析

1）方案2 相對方案1 多回收原煤量18.22 Mt，成本分析主要包括多開采范圍的征地、穿爆、采裝、運輸、采煤運煤和排土費用。其中多征地39.60 hm2（594 畝），同時多剝離86.16 Mm3，多開采原煤的平均生產成本估算約為106.41 元/t，原煤售價按照180元/t 計算，粗略估算方案2 比方案1 可多產生利潤13.41 億元。

2）方案3 相對方案2 多回收原煤量4.58 Mt，方案3 需要對平陶路西側的民房、煤場進行拆遷，同時需要改移部分平陶路路段，其中東幫優化方案3 相比方案2 多征地8.10 hm（2121.50 畝），同時多剝離16.50 Mm3。拆遷民房5 戶共10 間，合面積約1 200 m2；拆遷煤場1 處，面積約為2.06 hm2；改移平陶路長度約726.0 m；而方案3 相對方案2 可多開采原煤4.58 Mt，多開采原煤的平均生產成本估算約為102.61 元/t，原煤售價按照180 元/t 計算，方案3 比方案2 可多產生利潤3.54 億元，故東幫優化方案3明顯優于東幫優化方案2。

3 優化方案的確定

按照安家嶺東幫優化方案的分析對比結果，推薦方案3 為東幫優化方案，既在拆遷平陶路以西的民房和儲煤場，并局部取直改移平陶路以后，以安家嶺礦東幫礦權界附近改移后的平陶路、工業大道、后安工業場地和白蘆工業廣場的西側邊界，向采掘場內部回收50 m，形成最終東幫開采境界。

由于安家嶺礦東幫區域煤層近水平賦存，且不存在大的斷層，地層條件良好，煤層賦存較厚，非常便于實施端幫采煤。按照目前國內的端幫采煤技術，類似安家嶺煤礦東部區域煤層賦存情況[7-8]，端幫采煤進深一般可達200 m，采動范圍資源回收量可達60%。根據優化方案，對安家嶺東幫各煤層端幫可采范圍進行圈定，圈定原則如下：①端幫采煤傾角不超過12°；②進深最大為200 m；③以礦權界為界限，至少留20 m 保安煤柱。

根據以上原則，能夠得出圈定的端幫采煤可回收資源量，安家嶺礦東幫優化推薦方案東端幫回采煤量估算見表3。

表3 安家嶺礦東幫優化推薦方案東端幫回采煤量估算

4 結語

以安家嶺露天煤礦原礦井設計邊界為基礎，通過東幫端幫優化影響因素分析，提出3 種邊界優化方案，基于技術指標和經濟指標的對比分析，將東部境界靠界距地面建筑物的安全距離由200 m 縮短至50 m，并合理優化東部靠界邊界形狀，與原初步設計相比可增加經濟效益15.96 億元，有效提升了礦井的經濟效益。