端帮陡帮开采在石头梅一号露天煤矿的应用.pdf

露天采矿技术Opencast Mining TechnologyVol.38No.3June.2023第 38 卷第 3 期2023 年 6 月露天煤矿端帮边坡的角度需要同时满足采矿要求的技术尺寸和边坡稳定的安全性，经常由于采矿工程对作业台阶的技术尺寸要求导致边坡角度较小，导致大量煤炭资源被浪费。靠帮开采的实质是通过改变开采程序、台阶尺寸、设备作业参数等方法提高端帮的边坡角，从而实现经济效益和社会效益的提升。端帮的陡帮开采因为经济效益和社会效益突出，在世界各地得到了广泛的应用，在我国的各个煤矿也得到了普遍的推广使用。才庆祥等1研究了近水平露天煤矿端帮靠帮开采方式与剥采比；尚涛等2对靠帮开采方式和边坡稳定的关系进行了研究；吕承贤等3、罗科等4对具体露天煤矿的靠帮开采可行性进行了研究；宋子岭等5从边坡稳定的角度对靠帮开采方案进行了研究；闫杰等6、杨国成等7、曹兰柱等8靠帮开采情况下的边坡稳定进行了研究；任鹏等9、候成恒10等对陡帮开采方案的边坡稳定控制方案进行了研究；李兴武等11研究了预裂爆破技术在靠帮开采中的应用；朱涛等12、祁茂富13；研究了DOI:10.13235/ki.ltcm.2023.03.015吕承贤，朱文宏，张东华.端帮陡帮开采在石头梅一号露天煤矿的应用 J.露天采矿技术，2023，38（3）：55原57.LYU Chengxian,ZHU Wenhong,ZHANG Donghua.Application of end slope and steep slope mining inShitoumei No.1 Open-pit Coal Mine允.Opencast Mining Technology,2023,38（3）:55原57.移动扫码阅读端帮陡帮开采在石头梅一号露天煤矿的应用吕承贤1，朱文宏1，张东华2（1.新疆能源（集团）有限责任公司 哈密分公司，新疆 哈密 839200；2.太原理工大学 矿业工程学院，山西 太原 030024）摘要：为了提高煤炭资源回采率，基于石头梅一号露天煤矿的地质条件，介绍了陡帮开采的实施背景，提出了煤台阶700耀640 m水平间的6个水平从上到下逐渐靠帮的具体方案，西端帮边坡角从35毅提升至42毅。结果表明：2022年1月到5月，在西端帮利用陡帮开采技术成功地额外回收68.9万t原煤，靠帮开采产生的经济效益约23 288万元，减少外排土场占地面积约3.4hm2，经济效益和环境效益显著。关键词：陡帮开采；可行性分析；边坡稳定；位移监测；经济效益中图分类号：TD824.5文献标志码：B文章编号：1671-9816（2023）03-0055-03Application of end slope and steep slope mining in Shitoumei No.1 Open-pit Coal MineLYU Chengxian1,ZHU Wenhong1,ZHANG Donghua2（1.Hami Branch of Xinjiang Energy Co.,Ltd.,Hami 839200,China;2.School of Mines,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024,China）Abstract:In order to improve the recovery rate of coal resources,based on the geological conditions of Shitoumei No.1 Open-pitCoal Mine,the article introduces the implementation background of the steep slope mining,and puts forward the specific plans of 6levels of coal benches ranging from 700 m to 640 m to gradually relying on slope from top to bottom.West end slope angleincreased from 35毅 to 42毅.The results show that during the five months from January to May in 2022,an additional 689,000 tonsof raw coal was successfully recovered by using the steep slope mining technology in the west end slope.The economic benefitproduced by slope mining is about 232.88 million.We reduce the external dump area about 3.4 hm2,economic and environmentalbenefits are obvious.Key words:steep slope mining;feasibility analysis;slope stability;displacement monitoring;economic benefit收稿日期：2022-08-04责任编辑：张东旭基金项目：山西省省筹资金资助回国留学人员科研资助项目（2021-045）作者简介：吕承贤（1983），男，河南泌阳人，工程师，本科，2007 年毕业于中国矿业大学，从事露天煤矿生产技术及管理方面的工作。55露天采矿技术Opencast Mining TechnologyVol.38No.3June.2023第 38 卷第 3 期2023 年 6 月图 1西端帮陡帮开采方案示意图靠帮开采在具体矿山的应用情况。各个露天煤矿的地质条件不同，靠帮开采的方式和研究侧重点也不一样，端帮的靠帮开采也缺乏统一的标准。为此，以石头梅一号露天矿在2022年1月到2022年5月靠帮开采实践为对象进行研究。1研究背景1.1矿山概况石头梅一号露天煤矿位于新疆哈密三塘湖煤田中部，巴里坤县城北部120 km，行政区划隶属巴里坤哈萨克自治县，于2020年5月开工建设，属于新建煤矿。露天煤矿可采煤层为9-1#、9-2#、9-3#、11#、12#煤层，其中主采煤层为9-1#煤，属于全区可采煤层，煤种为31号不黏煤，煤层产状近东西走向，由东南方向向西北方向倾斜，750 m水平到煤层露头倾角在10毅耀50毅，750 m水平以下为5毅耀12毅，大部分区域属近水平耀缓倾斜煤层，全矿平均剥采比为6.24 m3/t，其中首采一区平均煤层厚度为38.5 m（该区域可采煤层只有9-1#煤），均衡生产剥采比为6.6 m3/t。剥离采用单斗卡车间断开采工艺，采煤采用单斗卡车带式输送机半连续开采工艺。首采一区采场目前最低开采水平为640 m，地表开采标高为780耀825 m，北帮为工作帮，采煤工作线东西布置，向北推进，属于纵采方式，南帮为非工作帮，东、西帮为端帮，其中西帮为采矿权内的永久到界帮；截至2022年5月底，内排土场已形成680、710 m水平2个排土工作平盘。1.2问题的提出西端帮原设计边坡角为35毅，台阶高度为10 m，运输平盘宽度为20 m，保安平盘宽度为5 m。1个运输平盘台阶和2个保安平盘台阶为1个组合台阶，靠帮边坡从地表开采境界至煤层底板由多个组合台阶构成。从地层倾向与边坡倾向的关系看，西端帮属于逆倾边坡，有利于边坡稳定控制。西端帮目前最大边坡高度为190 m（东帮），地表开采境界与底部开采境界所构成的水平投影内压覆了大量煤炭资源，原设计过程中，为保证露天煤矿端帮边坡长时间稳定，采用静态极限平衡法设计的端帮边坡角较为保守，造成端帮大量煤炭资源浪费。随着露天煤矿分区开采、压帮内排技术的广泛应用以及边坡时效理论，均为端帮陡帮开采提供了技术支撑。鉴于端帮边坡暴露时间短，端帮边坡角度没有必要服务于露天煤矿全生命周期，只需保证采剥揭露期至内排压帮期内的边坡稳定即可。2022年1月，采场开采至9-1#煤煤层顶板（700 m水平）时，底板倾角变缓，已揭露的煤层底板开始具备内排条件，进入压帮追踪内排期，为西帮实施陡帮开采提供了空间支持。2陡帮开采提高边坡角进行陡帮开采目前主要有2大类方式：淤固定地表开采境界，外扩底部开采境界，实现增加回采煤量的目的；于固定底部开采境界，收缩地表开采境界，实现减少剥离量的目的。以上2类方式均能大幅提高露天煤矿的经济效益，但鉴于西端帮700 m水平以上台阶均已按设计靠帮到界，采取第1类陡帮开采方式更为现实可行；具体的陡帮开采方式是仅靠帮60 m厚的煤台阶，台阶从上到下依次靠帮。西端帮陡帮开采方案示意图如图1。采场揭露发现西端帮存在1个落差20 m左右的逆断层，导致该区域煤层厚度叠加，实际厚度达到了55耀60 m。陡帮开采方案提出，将西端帮从煤层顶板标高700 m至煤层底板之间的台阶取消运输平盘和保安平盘，实施并段开采，按照台阶坡面角65毅施工至煤层底板，西端帮边坡角从35毅提升至42毅。工作帮至内排土场的运输系统可以通过采场中部搭桥和东端帮实现。3可行性分析3.1并段边坡暴露时间和边坡稳定性边坡暴露时间计算见式（1）：t=H（cot兹+cot酌）+D淄伊12（1）式中：t为目标点位置并段高度H时边坡暴露时间，月；H为目标点并段边坡高度，取60 m；兹为目标点位置采剥工作帮帮坡角，取12毅；酌为内排土场工作帮坡角，取20毅；D为露天煤矿坑底宽度，取50m；淄为采场工作帮或内排土场推进速度，两者速度56露天采矿技术Opencast Mining TechnologyVol.38No.3June.2023第 38 卷第 3 期2023 年 6 月视为相同，取350 m/a。经计算，t=17.0月，即开采至640 m水平煤层底板时，西端帮并段边坡暴露时间为17个月，属于服务期小于2年的临时边坡。在暴露期间，通过快采快排技术可以实现完全压帮至边坡并段起始标高位置，恢复至原设计边坡角。采掘场的边坡稳定取决于岩体的强度，岩体的强度与岩块的强度和节理的密度有关。根据本矿最新的工程勘探成果和前期相关研究、评价中提供的岩体力学数据。采用极限平衡法，计算出西端帮该陡帮开采区域煤层台阶并段时其边坡安全系数为1.15，满足规范中临时边坡安全系数大于1.1的要求。3.2边坡位移监测为保证安全生产，在西帮770 m水平运输平盘设置1个GNSS在线位移监测点，以便提高边坡预测预报的精确性。统计整理分析了开采期间从2022年3月26日到2022年6月19日的累计位移数据。监测数据表明：在监测的85 d内，高程累计位移为9.5 mm，平面累计位移为13.2 mm，累计位移总量都极小，没有任何加速趋势，边坡处于较为稳定的状态。同时，安排技术人员每天对西端帮陡帮开采区域进行了边坡安全巡查，增加预测预报的可靠性。开采至今，西端帮各台阶也未发现裂缝、片帮等现象。3.3效益通过利用采剥与内排的时空关系，较好地控制了边坡稳定，2022年15月期间，成功在西端帮700耀640 m水平煤层开采区域内实施了陡帮开采方案，额外回采端帮压煤68.9万t,没有剥离成本，只有采煤成本12元/t，按照该期间平均煤价350元/t计算，额外增加经济效益23 288万元。该区域通过陡帮开采方法增加内排空间约52万m3,减少外排土场土地占用面积约3.4 hm2，带来了较大的生态效益和社会效益。通过该区域陡帮开采技术的实践应用，为后续的水平降深继续实施陡帮开采提供了宝贵的参考价值和技术经验。4结语1）提出的陡帮开采具体方案为煤层700耀640 m水平的6个水平从上到下逐渐靠帮，取消运输平盘和保安平盘，西端帮边坡角从35毅提升至42毅。工作帮至内排土场的运输系统可以通过采场中部搭桥和东端帮实现。2）靠帮后形成的陡帮暴露时间为17个月,煤层台阶并段时其边坡安全系数为1.15，边坡稳定系数满足要求；西帮770 m水平运输平台在85 d监测期内，高程累计位移为9.5 mm，平面累计位移为13.2mm，边坡处于较为稳定的状态。3）2022年1月到5月，靠帮开采产生的经济效益约23 288万元，减少外排土场占地面积约3.4hm2，生态效益和社会效益明显。参考文献:员 才庆祥，周伟，车兆学，等援近水平露天煤矿端帮靠帮开采方式与剥采比研究 允 援中国矿业大学学报，圆园园苑，36（远）：苑源猿原苑源苑援圆 尚涛，韩流，舒继森，等援节地减损开采模式下边坡结构及应力发展规律 允 援煤炭学报，圆园员怨，源源（员圆）：猿远源源原猿远缘源援猿 吕承贤，朱有彬，蒋训桥援五彩湾矿区一号露天煤矿陡帮开采可行性研究 允 援露天采矿技术，圆园员怨，猿源（远）：源园原源圆援源 罗科，马力，刘晨东，等援河曲露天矿端帮陡帮开采技术可行性研究 允 援煤炭工程，圆园圆圆，缘源（缘）：员怨原圆缘援缘 宋子岭，王向磊，杨添，等援端帮压帮的陡边坡开采技术分析 允 援金属矿山，圆园员苑（猿）：源园原源源援远 闫杰，霍中刚援软岩边坡陡帮开采破坏机理及数值研究 允 援煤矿安全，圆园员怨，缘园（员圆）：圆员怨原圆圆圆援苑 杨国成，胡铁男援新疆天池能源南露天煤矿南帮陡帮开采条件下边坡稳定性分析 允 援露天采矿技术，圆园圆园，猿缘（猿）：员员原员源援愿 曹兰柱，王珍，王东，等援露天煤矿端帮逆倾软岩边坡稳定性研究 允 援煤炭科学技术，圆园员苑，源缘（猿）：员原远援怨 任鹏，李伟，丁鑫品，等援平朔东露天矿陡帮开采边坡稳定性控制方案 允 援煤矿安全，圆园圆园，缘员（源）：圆圆苑原圆猿园援员园 侯成恒.安家岭矿端帮煤开采边坡稳定性分析与控制允 援煤矿安全，圆园圆圆，缘猿（苑）：圆猿缘原圆源园援员员 李兴武，杨家全援预裂爆破技术在伊春鹿鸣钼矿靠帮边坡的应用研究 允 援矿业工程，圆园员怨，员苑（员）：缘源原缘苑援员圆 朱涛，孙进步，万忠明援陡帮开采技术在将军戈壁二号露天煤矿的应用 允 援露天采矿技术，圆园圆员，猿远（源）：猿源原猿苑援员猿 祁茂富援平朔东露天煤矿端帮陡帮开采方案 允 援露天采矿技术，圆园圆园，猿缘（源）：怨圆原怨缘援57