安家嶺露天礦二采區北幫重復剝離采深優化

威 華，武成權，郭 帥

（中煤平朔集團有限公司 安家嶺露天礦，山西 朔州 036006）

通常大型和特大型近水平及緩傾斜露天礦受產能、推進強度、設備能力征地費用、資源開采利用的時間價值等因素的限制，需要將露天礦田劃分為若干個采區，然后依次進行分區開采。而分區以后，采區間經常要面臨各采區之間壓幫與重復剝離問題，即前一采區實現內排后，內排土場會將相鄰采區的一側端幫掩埋，當開采相鄰采區時，如果要回收首采區壓幫內排下的三角煤，就需要重復開挖內排土場，進行二次剝離[1-4]。一般而言，在首采區實現內排的同時，就會對采區間壓幫方式和壓幫高度進行驗算，確定最佳經濟效益下壓幫內排高度以及相應的內排程序等[5]。國內學者目前已經對壓幫內排高度即重復剝離深度進行了深入研究，顧正洪[6]等應用相關費用最小法得出了不同條件下最佳壓幫高度的取值范圍；趙俊[7]等人分析了近水平露天礦分區開采時全壓幫、半壓幫以及全留溝內排的特點，通過模型得到最佳留溝深度，其模型較為簡單，未涉及重復剝離深度；趙彥合[1]等通過定義三角煤剝采比，建立了三角煤最佳采深的計算模型，確定平朔東露天礦全壓幫內排條件下三角煤回收的最佳采深；蔡光琪[8]等人結合平朔東露天礦的實際地質條件建立了該礦的半壓幫內排模型，對東露天礦4#和9#煤層采用半壓幫內排時的運輸費用和二次剝離費用進行了分析，提出了9#煤全部采出的留溝方案。但針對露天礦采區轉向后回收前采區端幫壓煤時的重復剝離合理采深及相應資源回收的經濟合理性問題研究相對較少。安家嶺露天礦首采區開采完畢轉向進入二采區后，回收端幫煤量時不可避免的要對首采區內排土場進行二次剝離的問題，因此針對安家嶺露天礦首采區向二采區轉向以后存在的壓幫二次剝離與資源回收問題，根據不同二次剝離的延深位置比較各個方案的的經濟合理性，確定回收端幫煤時最佳的二次剝離采深，從而為安家嶺露天礦確定在首采區壓幫內排條件下二采區北幫三角煤回收的最佳采深。

1 礦山概況

安家嶺露天礦礦區共劃分為3 個采區，首采一采區，然后開采二采區和后備區。首采區選擇在安二勘探區的西北部，與安太堡露天礦Ⅱ、Ⅲ采區毗鄰；拉溝位置為安太堡露天礦Ⅰ坑東幫，首采區采場由西向東推進到界后轉向進入二采區開采[9]。安家嶺露天礦采區劃分圖如圖1。

圖1 安家嶺露天礦采區劃分圖

目前安家嶺露天礦工作面已經推進到首采區東部境界附近，上部表土剝離已經轉移到二采區，巖石臺階也陸續靠界逐步向二采區轉移，當工作面全部轉移到二采區后向西推進時，二采區的北幫位置即為首采區南幫。根據安家嶺露天礦首采區內排土場設計，安家嶺礦南部土場排棄形式為壓幫內排，壓幫內排最高標高為+1 330 m。在二采區開采時，若要回收首采區壓幫內排下部的端幫壓煤，就需要重新開挖首采區南部壓幫內排土場，進行二次剝離，產生二次剝離費用。因此需要對回收端幫壓煤的經濟效益進行分析驗算，以確定合理的二次剝離采深位置。

2 二采區北幫重復剝離采深方案比選

2.1 方案比較模型

根據端幫壓煤回收的方式可知，二采區回采時，回收的首采區端幫壓煤越多，重復剝離采深越深，二次剝離量越大，煤炭損失越小。因此，比較各方案的二次剝離費用、煤炭損失的費用及內排運輸費用和即可選定二采區北幫重復剝離采深方案。

式中：Y 為回收端幫煤二次剝離、煤炭損失費用與內排運輸費用之和，元；Yb為首采區土場二次剝離費用，元；Ym為端幫壓煤損失利潤，元；Yy為內排運輸費用，元。

同時根據露天礦各環節的生產成本以及近期煤炭銷售價格，可以計算各方案的剝離成本以及煤炭損失利用，二次剝離費用Yb、端幫煤損失利潤Cm和內排運輸費用Yy計算如下：

式中：Qb為二次剝離量，m3；Cb為二次剝離成本，元/m3；Qm為煤炭損失量，t；Cy為運輸成本，元/（m3·m）；l為二次剝離運距，m；P 為近期坑口煤價；根據歷史數據及近期煤價，此處煤炭價格取200 元/t。

2.2 方案1

受首采區壓幫內排影響，想要回收首采區南部端幫所有煤層的端幫壓煤，需要從首采區南幫所壓的11#煤底板處布置二采區北端幫，重復剝離采深延深到11#煤底板，由于此時北幫處于首采區內排土場，會形成散體邊坡，所以考慮到安全的因素留出50 m 的安全距離，同時北幫臺階坡面角取物料自然安息角35°，運輸平臺寬度取40 m，最終形成21°（20.5°）的端幫角。重復剝離采深延深到11#煤底板方案剖面圖如圖2。

圖2 重復剝離采深延深到11#煤底板方案剖面圖

由圖2 可知，方案1 北幫運輸系統全部布置在首采區內排土場，需要開挖的首采區土場范圍廣，二次剝離量大，同時根據方案的設置，建立三維模型進行工程量計算，可知回收全部端幫煤二次剝離量為3 158 萬m3，二次剝離費用為10 674 萬元，二次剝離運輸費用為12 401 萬元。方案1 端幫壓煤全部回收，無煤炭損失利潤。方案1 各項費用統計為：①二次剝離量：3.16×107m3；②煤炭損失量：0 t；③剝離單位成本：3.38 元/m3；④運距：2 100 m；⑤運輸成本：1.87×10-3元/（m3·m）；⑥噸煤售價：200 元/t；⑦二次剝離費用：1.07×108元；⑧運輸費用：1.24×108元；⑨煤炭損失利潤：0 元；⑩費用合計：2.31×108元。

2.3 方案2

將二采區北端幫底部布置在首采區南幫所壓的9#煤底板處，重復剝離采深延深到9#煤底板，可以回收首采區南端幫9#煤和4#煤的端幫壓煤，類似于方案1，此時在9#煤底板以上北幫處于首采區內排土場，會形成散體邊坡，同樣考慮安全因素，留出50 m 的安全距離，同時北幫的散體端幫臺階坡面角取物料自然安息角35°，運輸平臺寬度取40 m，最終形成21°（20.5°）的端幫角。而9#煤底板以下到11#煤，此部分端幫為原始地層開挖端幫，根據安家嶺露天礦采煤設計，進行靠幫開采，4#煤以下端幫只留設保安平盤，平盤寬度取10 m，臺階坡面角70°。重復剝離采深延深到9#煤底板剖面圖如圖3。

圖3 重復剝離采深延深到9#煤底板方案剖面圖

由圖3 可知，重復剝離采深延深到9#煤底板，會將北端幫下的11#煤三角量損失，而在9#煤底板以上，會形成二次剝離量。通過方案建立的三維模型對方案工程量計算，可以得到首采區土場二次剝離量為2 564 萬m3，煤炭損失量為24.6 萬t，內排運距2 060 m；二次剝離費用為8 666 萬元，煤炭損失利潤為4 920 萬元，運輸費用為9 877.04 萬元，方案2 各項費用統計為：①二次剝離量：2.56×107m3；②煤炭損失量：2.46×105萬t；③剝離單位成本：3.38元/m3；④運距：2 060 m；⑤運輸成本：1.87×10-3元/（m3·m）；⑥噸煤售價：200 元/t；⑦二次剝離費用：8.67×107元；⑧運輸費用：9.88×107元；⑨煤炭損失利潤：4.92×107元；⑩費用合計：2.35×108元。

2.4 方案3

該方案重復剝離采深延深到4#煤底板，將二采區北端幫底部布置在首采區南幫所壓的4#煤底板處，在4#煤底板以上北幫處于首采區留溝內排土場，會形成散體邊坡，考慮到安全因素，留出50 m 的安全距離，散體物料端幫臺階坡面角取物料自然安息角35°，運輸平臺寬度取40 m，最終形成21°的端幫角。4#煤底板以下到11#煤，此部分端幫為原始地層開挖端幫，與方案2 設置相同，采用靠幫開采，4#煤以下端幫只留設保安平盤，平盤寬度取10 m，臺階坡面角70°。復剝離采深延深到4#煤底板方案剖面圖如圖4。

圖4 重復剝離采深延深到4#煤底板方案剖面圖

由圖4 可知，方案3 損失的煤量較大，會將最厚煤層9#煤以及11#煤的端幫煤損失，通過建立的三維模型對方案工程量進行計算，共損失煤炭1 146萬t，但是此方案下二次剝離量較少，首采區土場二次剝離量僅為574 萬m3，內排運距1 760 m，二次剝離費用為1 941 萬元，煤炭損失利潤為229 200 萬元，運輸費用為1 879 萬元，方案3 各項費用統計為：①二次剝離量：5.74×106m3；②煤炭損失量：1.15×107萬t；③剝離單位成本：3.38 元/m3；④運距：1 750 m；⑤運輸成本：1.87×10-3元/（m3·m）；⑥噸煤售價：200 元/t；⑦二次剝離費用：1.94×107元；⑧運輸費用：1.88×107元；⑨煤炭損失利潤：2.29×107元；⑩費用合計：2.33×109元。

2.5 方案經濟性比較

3 個方案分析對比如圖5，3 個方案費用對比分析見表1。

表1 3 個方案費用對比分析表

圖5 各方案對比剖面圖

通過對3 個方案的分析，可知方案3 二次剝離量很少，同時剝離運距也相對較短，但是煤炭資源損失量較大，相比其他方案要損失1 000 多萬t 煤，煤炭損失利潤較大。而方案2 和方案1 各項指標相差不大，方案1 二次剝離費用和運輸費用比方案2 多，但方案2 存在煤炭資源損失，綜合費用方案2 比方案1 多388 萬元，所以從經濟效益方面考慮，方案1最優，即重復剝離采深延深到11#煤底板方案。

3 結語

1）通過分析安家嶺露天礦分區開采基本情況，針對安家嶺首采區采用壓幫內排后，二采區開采時存在的三角煤損失問題，提出了3 種不同的重復剝離采深方案。

2）根據3 個重復剝離采深方案的設置條件，對各個方案的二次剝離費用、內排運輸費用、煤炭損失利潤等指標進行了分析和比較，其中方案2 次剝離費用和運輸費用最大，總費用最小，重復剝離采深延深到4#煤底板方案煤炭損失利潤要遠遠大于其他2個方案，總費用最大。

3）通過對3 個方案的經濟比較得出重復剝離采深延深到11#煤底板方案為最優，建議采用該方案2，從而實現經濟效益最大化。

4）上述對比僅從采剝、運輸成本以及噸煤利潤進行了比對，并未考慮設備折舊、維修、人工以及用地還地等因素，實際采深的確定還需加入以上因素做綜合考慮。