黑岱沟露天煤矿端帮边角煤回收实施方案

张海峰，吕明波

（中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司，辽宁 沈阳 110015）

随着现代化露天采矿的发展，我国大多露天煤矿矿权面积较大，端帮边角煤都属露天矿不可采区域，且受露天煤矿端帮帮坡角影响，端帮压煤量随之增多，这样一来，会更多的造成一部分资源量无法开采，无法开采的部分采用井工端帮煤开采方式，避免资源的浪费。以内蒙古黑岱沟露天煤矿开采端帮边角煤为例，进行对露天矿端帮边角煤采用井工开采方式回收的研究。

1 端帮边角煤区域境界

端帮边角煤回收井位于黑岱沟露天煤矿范围内，端帮煤回收区域由北端帮、南端帮煤层底板境界线和矿权界线包围形成，其形态呈“1”型狭长条带。原始地形为山地、沟谷地形，东西平均宽约239 m，南北平均宽约4 095 m，面积为0.997 km2。地表沟谷纵横，最大高程海拔＋1 195 m，最低＋1 005 m，平均高程＋1 055 m。

1.1 端帮边角煤区域煤层特征

本区域6＃复合煤层，赋存于太原组上部，全区可采，其厚度为16.12～39.32 m，平均为33.07 m，纯煤厚度22.04～34.79 m，平均厚20.84 m，夹矸层数5～16，一般12～14，夹矸总厚度3.55～4.60 m，平均厚3.99 m，6＃煤厚度巨大，结构复杂，为本区主要勘探对象，属全区可采的较稳定煤层。

1.2 建设规模

端帮边角煤回收井区域范围内地质构造简单，开采技术条件较好，煤质优良，可采煤层赋存平缓、稳定，边界及可采范围均已查明，煤质变化不大，是良好的动力用煤及工业锅炉用煤，还可适用于气化用煤原料，市场稳定。

本区域所开发的为露天矿边角煤，范围较小，煤炭储量少。根据内蒙古自治区人民政府内政〔2005〕210号《关于进一步推进煤炭资源整合和有偿使用的实施办法》（试行），新建矿井单井产量最低达年产1.20 Mt/a。设计本着“资源回收率高、投资效率高”的原则，结合建设外部条件，认真分析了本区域的地质条件，内、外部建设条件及市场供需情况的基础上，并结合露天煤矿的条件，提出了本区域设计生产能力1.2 Mt/a和7.0 Mt/a 2个方案。

储量是决定矿井设计生产能力的基础因素之一。本区域内共有地质资源／储量20.25 Mt，设计资源/储量15.91 Mt，设计可采储量11.08 Mt，按1.2 Mt/a和7.0 Mt/a 2个方案的生产规模，考虑1.4的储量备用系数，其服务年限分别为6.6年和1.6年，均不能满足设计规范新建矿井服务年限的要求。由于本矿为露天矿边角资源的回收残采，从一定的角度看，该区域相当于露天矿的1个井工残采盘区，在开采条件可能的情况下，服务年限不宜过长，尽快回收该部分资源比较合理。

端帮边角煤主采6#复合煤层，主要开采煤层所占比例大，因此，该区域达产快，稳产时间长。交通运输条件、水源条件、电源条件、通信条件较好，基本建材可就地供应。设计认为本区域资源量较丰富，外部建设条件好、交通便利、经济地理位置优越、煤质优良、煤炭市场前景好，开采技术条件优越，开拓系统简单，经济效益好。考虑到本矿为露天矿的边角资源，为使该投资少、早达产、早见效，并为矿井的后期发展创造条件，设计本着“投资效率高”的原则，认为7.0 Mt/a的能力符合该区开采的特殊条件。

2 端帮边角煤开拓

2.1 井筒位置的选择

1）开拓方式。本区主要开采6#复合煤层，地质条件较为简单，本着端帮边角煤投资少、达产速度快、开采效率高的原则考虑，选择平硐开拓方式。

2）井筒位置。主副井位置主要受露天矿开采、排土和运输的影响，压煤区域地表几乎不存在原始地貌,大部宽度在155～310 m之间，根据实地踏勘，在宽度方向除去内外排土场、开采形成的露天矿边坡台阶、露天矿运输道路外，主副井位置只能布置在露天矿采区预留坑内，或露天矿边帮运输道路内。长条形压煤区域也影响开拓巷道、采准巷道部署和开采接续。主要运输巷道只能沿着矿权界和露天开采坑底边界布置。

所以依据压煤少的原则，根据对井上下条件分析，对应不同的位置，结合井筒的形式确定开拓方式为平硐单水平开拓[1]。279钻孔和477钻孔属本区域内煤层较薄位置，且本区域附近无断层等复杂地质条件，所以将主副风井分别布置在279和477钻孔的西侧。

3 采煤工艺及开采方法

3.1 煤层开采技术条件

端帮边角煤回收，划分2个工作面，分别为东翼1101工作面和西翼1102工作面；工作面布置方式为倾斜长臂后退式开采[2]。

本区域区煤岩层倾角一般3°左右，煤层较厚；为低瓦斯矿井，煤尘具有爆炸性，无地温热害、地压。可采煤层有6复合煤。

3.2 采煤方法

采煤方法采用综采放顶煤。

1）放顶煤综采工艺发展现状。放顶煤综采工艺是近30多年来发展起来的开采技术，其实只是在煤层底部（沿底板或在煤层中某一高度范围的底部）布置综采工作面，除用正常的采煤机、输送机、液压支架采煤外，还利用矿山压力或辅以人工松动方式使工作面上方的顶煤破碎，并随着工作面推进而在前方或后方放出并回收煤炭。我国从1982年开始研究放顶煤液压支架和放顶煤工艺，20世纪80年代中后期，我国综采放顶煤开始发展起来，基本解决了放顶煤液压支架问题，1988年以前我国综采放顶煤工作面的采放比一般为l：2～l：3，最高月产约0.6 Mt。近几年来，采煤的高产高效已成为发展方向，而放顶煤综采作为一种产量高、成本低、对不均匀煤层适应性强的厚煤层开采方法，它的高效低耗的特点在厚煤层开采中显示了极强的优势。1993年潞安矿务局漳村矿实现了一井一面集中生产，年产达2.35 Mt。1994年兖州矿务局兴隆庄矿综采队放顶煤综采年产2.72 Mt，1998年以后东滩矿综采一队放顶煤综采年产一直维持在5.00 Mt以上，2004年达到6.58 Mt。目前，放顶煤综采已在我国全面应用，其放顶煤综采技术已达到世界先进水平[3]。

2）综采放顶煤优点：①综采放顶煤采煤法是比较容易实现高产高效的厚煤层采煤方法；②综采放顶煤开采巷道掘进率低，特别是厚煤层，巷道掘进率降低更明显，巷道维护条件好，可以缓解矿井采掘关系；③工作面生产能力大，工作面搬家次数少；④放顶煤工作面煤量一半以上的顶煤基本是利用地压破煤，依靠自重放煤，所以综采放顶煤采煤法是一种动力消耗较小的综合机械化采煤方法；⑤综采放顶煤开采过程中，由于其顶煤是利用地压破碎，依靠自重有控制的放煤，块煤量与机采割煤相比有所增加，增加块煤量，提高经济效益；⑥综采放顶煤对地质构造复杂、厚度变化较大煤层的开采，比一般综采更灵活和适用[3-4]。

4 井工开采后沉陷区对露天矿的影响及复垦措施

4.1 沉陷区面积及范围

端帮边角煤回收区域自投产，先后在东翼、西翼布置2个回采工作面，其中2个工作面全部采用综合机械化一次采全高放顶煤开采方法，煤层最大采出厚度达26 m。

地下煤层开采后，采空区上部的覆盖层和地表失去平衡而发生移动和变形，地表可能出现大的塌陷坑和地裂缝，重复采动更加剧地面的变形破坏地表原有形态。根据测算，位于端帮边角煤回收区域东翼1 101、西翼1 102工作面的2个塌陷坑，地表最大下沉达12～20 m，本次设计选择概率积分法作为地表移动变形的预测方法，通过沉陷软件预测，端帮边角煤回收范围内，开采最大下沉面积为1.223 km2[5-6]。其下沉数据为：①下沉深度≥10 mm,沉陷区面积1 223 044.39 m2;②下沉深度≥1 000 mm,沉陷区面积890 697.13 m2;③下沉深度≥5 000 mm,沉陷区面积700 598.11 m2;④下沉深度≥10 000 mm,沉陷区面积573 868.53 m2;⑤下沉深度≥15 000 mm,沉陷区面积453 928.06 m2;⑥下沉深度≥20 000 mm,沉陷区面积235 874.47 m2。

4.2 沉陷区对露天矿影响

本区域端帮边角煤开采后，沉陷区影响主要区域位于露天采场，井工开采区域建设对周边环境影响基本在露天矿界范围内。开采范围内会有不同程度的下沉，可能会对露天矿端帮位置边坡稳定性造成一定影响，但由于本区域做为露天矿1个采区的残采区域，在露天矿采区开采结束后再进行采用井工开采方式对端帮边角煤的回收，所以不会影响露天矿的安全生产。且露天矿对本采区开采结束后再进行对边角煤的回收，采用井工开采方式进行端帮边角煤回收后的沉陷区可做露天矿二采区转角后近距离排土，减少部分排土运距；采用井工方法开采后，会有不同程度的沉陷，这样沉陷区需要大量的土岩来治理，而露天矿有充足的土岩可用于回填沉陷区，而且运输距离很近，确保了土地彻底恢复，增加露天矿排土空间[7]。

4.3 沉陷区复垦措施

矿区地处丘陵地带，土地贫瘠，耕地较少，露天矿和井工矿采后的土地复垦将坡地改为平地，进行了绿化和种植，形成了开采、复垦和种植养殖的良性循环，生态环境得到保护[8]。

1）做好沉陷区土地复垦工作，沉陷区可利用露天矿二采区开挖的剥离物填充，以保证恢复土地的原有功能，垦殖方式以种草植树为主。

2）加强巡视受开采影响地表，对形成的裂缝及时填堵，并对地表移动变形已经稳定、且坡度受影响较大的区域，根据实际情况进行平整，以改善农作物和牧草的生长环境，防止植被覆盖率因受地表移动变形影响而降低。

5 结语

为促进煤炭资源合理开发，随着露天矿的开采推进，端帮边角煤压煤也随之增多，端帮边角煤压煤区域应考虑采用井工技术以改善矿山经营效益和减少部分资源的浪费。现阶段井工开采技术成熟，且采用井工开采端帮边角煤有一定优点。比如：井筒布置在端帮底部，减少巷道掘进量、采用平峒开拓方式，施工工艺较简单、掘进速度快、达产快。