露天復采技術的應用研究

摘 要：文章研究了汝箕溝采區實施露天復采過程中所遇到的常見技術問題，并針對這些問題應用的露天復采技術，以及所取得的效果。剝離倒堆填埋采空區法既解決了高山區及采空區的安全問題，同時也降低了治理采空區的成本；雙工作面搭配均衡采煤法保證了生產的均衡，提高了煤炭生產能力。

關鍵詞：露天復采；采空區；高溫火區；剝離倒堆；火區無爆破

1 露天復采實施的背景

汝箕溝采區前身為原汝箕溝煤礦，位于寧夏回族自治區賀蘭山北部的汝箕溝礦區，是一座開采百年以上的老礦井。井田南北長約3.1km，東西寬約2.43km，面積7.53km2。開采煤層共有七層，總平均可采厚度為23.83m，煤層傾角0～15°，煤質為優質無煙煤。由于原汝箕溝煤礦地表火區、井下隱蔽火區錯綜復雜，瓦斯治理困難，寧蒙交界處小窯亂挖日趨嚴重，井田周邊露頭煤遭到無序剝離侵蝕，均嚴重威脅礦井安全生產，造成礦井生產組織困難，礦井安全、資源回收率、設計生產能力等均得不到保證，礦井面臨即將停產的困境。為解決上述問題，提出了采用露天開采方式對原井工開采的殘留資源進行全面復采。

2 露天復采遇到的常見技術問題

2.1 大面積采空區塌陷區影響正常剝離作業

同正規露天開采不同的是，露天復采作業區存在大面積采空區塌陷區。采空區塌陷區是由于原井工開采時采用頂板垮落法造成的。根據《礦山開采沉陷學》中的理論，采出厚度與塌陷冒落帶之間有如下關系：冒落帶的高度主要取決于采出厚度和上覆巖石的碎脹系數，通常為采出礦層的3～5倍。[1]

冒落帶的計算公式：h=m/[（k-1）cosα]

式中：h-冒落帶的高度，m；α-煤層傾角，汝箕溝采區煤層傾角取15°；m-采出煤層厚度，汝箕溝采區煤層平均厚度取23.83m；k-巖石碎脹系數，汝箕溝采區取1.3。

經計算，汝箕溝采區冒落帶平均在80m左右。在復采過程中，冒落帶區域是危害礦山安全作業的主要區域。

國內外采礦經驗認為，采深與采厚比小于40的情況下，[2]煤采出一定面積后，會引起巖層移動并波及到地表，其地表變形和沉陷在時間和空間上都有明顯的不連續特征，采空區塌陷區上方的地表帶形成較大的裂縫和塌陷坑。

汝箕溝采區各區域采深與采厚比均小于40，因此，原井工開采形成的塌陷區危害主要為塌陷坑和裂縫。

綜合以上分析，汝箕溝采區露天復采過程中應針對塌陷坑、裂縫及靠近煤層時的冒落帶制定重點安全防范措施。

2.2 高溫火區影響安全生產

汝箕溝采區范圍內存在6處地面高溫火區和5處井下隱蔽火點。由于地表火區范圍內的小窯巷道較多，在實施露天復采工程時，揭露了井下巷道，為井下火區提供了氧氣，很可能造成井下火勢蔓延。因此，在進行露天復采過程中，雖然安全系數相比井工開采有所提高，但仍然存在安全隱患。

2.3 煤炭產量不均衡

原井工開采時殘留的煤柱資源及火區影響資源賦存不穩定，煤炭產量很難達到均衡。

3 汝箕溝采區主要應用的露天復采技術

針對以上3個方面的主要技術問題，露天復采中應用了相應的技術方法進行解決，并取得了較好的效果。

3.1 剝離倒堆填埋采空區法

汝箕溝采區露天復采過程中針對采空區塌陷坑、裂縫及靠近煤層時的冒落帶區域主要采用剝離倒堆填埋法，這種方法既簡便又安全高效，提高了施工進度。由于汝箕溝采區初期開采時為山坡露天礦，山高坡陡，運輸困難。采用剝離倒堆填埋采空區法，既解決了高山區及采空區的安全問題，同時也降低了治理采空區的成本。

3.2 火區無爆破剝采法

針對汝箕溝露天復采火區多、安全隱患多的特點，設計提出應用了火區無爆破剝采法。其方法主要內容如下：

（1）建立完善的高溫火區管理制度。現場測溫設專人負責，健全記錄、落實責任、實施復測檢驗確定制度；剝挖工程保證實現先測溫圈定高溫區范圍，制定有效措施處理，再進行剝挖的管理制度。

（2）在露天復采過程中必須遵循“有疑必探、先探后處理再剝離施工”的原則，在老空區、煤及半煤巖等溫度異常的自然發火區進行作業之前，必須測試孔內溫度。必須先探清火區或高溫區位置（60℃以上），并用紅旗標定范圍，嚴禁人員進入。

（3）對高溫區進行注水降溫時，采取由火區外圍逐步向火區中心靠進的注水降溫方式，通過地表自然裂隙區、人工魚鱗坑向火區深部灌注水，降低燃體溫度，阻止煤炭進一步氧化燃燒。

（4）保證供給充足的滅火用水，采用束流注水的方式，停止注水后，火區煤、巖及氣體的溫度應低于60℃，注水原始記錄應齊全、準確、可靠、由專職統計員負責將每月原始記錄裝訂成冊，上交到工區統計員保管。

（5）高溫孔經降溫至60℃以下時，采用強力挖掘機進行剝挖。

（6）參加火區高溫作業的工人、領導、技術人員必須具有火區作業經驗或經培訓合格后方可上崗。

3.3 雙工作面搭配均衡采煤法

雙工作面搭配均衡采煤法在普通的露天礦山并不常見，該方法主要是針對露天復采礦山提出的。由于露天復采殘留煤柱資源賦存的不均衡性，選擇一塊煤層條件賦存較好的區域與一塊較差的區域進行搭配開采，有利于礦山均衡生產。

汝箕溝采區選擇的陰坡-工廣塊段殘留的火區煤炭資源較多，且剝采比較小，可作為主要開采區；另外，上一-上二塊段原井工開采時采用的采煤法為走向長壁全部垮落法，因此殘留的煤柱資源主要為井筒煤柱及采區區段煤柱，剝采比相對較大。采取兩區域同時開采，根據實際情況調整剝采比，保證了礦山的均衡生產。

4 結論及存在的問題

4.1 結論

露天復采技術在汝箕溝采區的成功應用，解決了原井工開采時礦井安全性差、資源回收率低、生產能力逐年衰減等問題，為寧夏汝箕溝礦區全面實施露天復采提供了可借鑒的寶貴經驗。

4.2 存在的問題

火區無爆破剝采法雖然解決了火區施工的安全問題，但施工進度慢是尚待解決的主要問題；此外，優化采區工作面布置、減少運輸距離、降低生產成本等仍是有待解決的問題。

參考文獻

[1]張戰剛，宋淑光，孫允峰.采空區塌陷規律及治理方案[C].2009年全國礦山測量新技術學術會議論文集.蘭州：中國煤炭學會礦山測量專業委員會，2009：132-134.

[2]張銀洲，王鵬飛，楊 .采空區地表變形與采深采厚比關系探討[J].陜西煤炭，2011（4）：19-21.