范多水

（中煤平朔集团有限公司 东露天矿，山西 朔州 036006）

平朔东露天矿位于山西省朔州市平鲁区榆岭乡，在平鲁区东北约10 km 处，距朔州市28 km，设计生产能力为20 Mt/a，2009 年1 月8 日开工建设，基建期30 个月，2015 年达到设计生产能力水平，主要可采煤层从上往下分别是4#、9#、11#煤，平均厚度为35 m，埋藏深度100～200 m，原煤类别主要以气煤为主，含硫量为低到中硫，可作动力用煤及民用煤。剥离采用单斗-卡车间断工艺与单斗-自移式破碎机-带式输送机-排土机半连续工艺相结合的综合工艺，采煤工艺使用单斗-卡车-端帮坑下半固定式破碎站-带式输送机-选煤厂半连续工艺。单斗工艺剥离采用35 m3、60 m3单斗挖掘机及17 m3前装机，用172～290 t 的自卸卡车运输，该工艺具有简单可靠、机动灵活、开采强度大等优点[1]。剥离半连续工艺采用能力9 000 t/h 的MMD 自移式破碎站配合60 m3单斗挖掘机作业，采煤半连续工艺采用2套能力2 200～2 300 t/h 的MMD 半固定式破碎站，卸煤卡车卸煤后通过输送机运至选煤厂。平朔东露天矿为了增加经济效益，计划在保障安全前提下，实施南帮1245 干道下部压煤回采计划。

1 项目背景

随着煤炭价格回暖，2018 年煤炭企业吨煤利润进入相对合理区间，为响应平朔集团公司“提质增效”号召，东露天矿积极开展技术降本、技术增效行动，根据现场调研，南帮1 245 干道在东部向西延伸过程中，煤层顶板标高1 235.1～1 222.6 m，4#煤顶板至干道上覆岩石厚度由13.2 m 增加至18.46 m，随着煤层顶板进一步降低，回采下部压煤将不具有经济性，故需要确定合理的取煤范围。南帮设计最大帮坡角度35°，其中中部为稳定区，西部和东部处于东露天矿不稳定区域[2-3]，计划取煤区域正好处于凸边坡不稳定区域，确定合理的取煤范围需要考虑边坡稳定变化、4#煤6 号破碎口安全、原煤运输巷道安全、下部9#煤与11#煤是否跟进回采、边坡后期治理难度等因素[4]。

1）边坡稳定变化与控制。取煤作业将导致4#煤底板至地表工作帮坡角加大，降低边坡稳定系数，加大边坡变形甚至滑移风险[5]，故需要论证取时、取后边坡稳定性，以及后期治理方案，使稳定性系数满足GB 50197—2005 煤炭工业露天矿设计规范要求。

2）4#煤6 号破碎口安全。4#煤6 号破碎口端帮巷与露天矿贯通标高为1 204 m，与1245 道路高程（1 249 m）落差达到45 m，超过正常组合台阶高度15 m，为了确保破碎口场地位置准备、搬家、运行期间安全，上部1245 平盘选择保留距离端帮巷道垂直距离至少50 m 道路长度。

3）原煤运输巷道安全。计划回采区域下部布置4 条巷道，按照相关规范，巷道保安煤柱至少预留宽度为30 m，故干道所取4#煤范围必须至少满足距离4#煤主运、4#煤辅运巷道垂直距离30 m。4#煤回采后将导致9#煤主运、9#煤辅运至4#煤底板距离降低，为确保重型卡车运输安全，需要保证上覆岩层厚度满足卡车安全行驶最小距离15 m。

4）确定回采煤层。通过边坡论证，该区域处于南帮基本稳定区域，考虑9#煤破碎口布置在9#煤底板，需要对目前4下1、4下2平盘采掘后才能回采9#煤，采掘11#煤顶板后才能回采11#煤，该区域边帮暴露时间达2 年，最终选择仅回采4#煤区域，不回采9#煤、11#煤。

2 回采方案

2.1 回采范围

东露天矿4#煤层赋存为东高西低，东侧煤层顶板标高+1 240 m，西侧煤层顶板标高+1 220 m，2018年底4#煤南部顶板标高+1 210 m，考虑南帮煤层降低，在南帮1275 平盘干道下部预留1245 平盘运输干道，道路宽度40 m，目前形成干道长度1 027 m，9#煤4 号破碎口移设后，南部1245 平盘、1230 平盘物料经此干道去内排土场1260 平盘排弃，提高南帮运输系统效率。考虑在4#煤5 号口以西约531 m 范围内将1245 干道压煤回收（煤层顶板标高1 235.1～1 222.6 m）。

按照距离4#煤主运巷道30 m，4#煤6#端帮联络巷以东预留50 m，南帮预留平盘宽度5 m 计算，需要剥离4#煤顶板岩石量26 万m3，出露4#煤面积1.42 万m2，按照煤层厚度15 m，回收率0.90 计算，可采出4#煤30 万t。利用已出露4#煤顶板，经4#煤顶板修筑联络坡道，完成4#煤顶板平盘剥离，原煤回收直接经4#煤底板至破碎口。

计划在回收4#煤后，为提高边坡稳定性，采取了“压脚”方式回填1245 平盘，按照自然安息角35°计算，恢复道路宽度不小于18 m，同时提高边坡整体稳定性[6]。实施过程为2018 年4 月开始实施南帮1245干道下部压煤回采计划，2018 年6 月完成1245 干道岩石剥离量26 万m3，出露干道下部4#煤30 万t。但随着1245 干道岩石剥离完成，上部1320～1360平盘出现了裂缝，在1275 平盘干道处有3 条裂缝长度达到160 m，并出现日趋增大情况，如何保证“凸形”边坡极限平衡状态下采出干道计划压煤，需进行精确边坡稳定性验算，南帮1245 干道压煤回采范围如图1。

图1 南帮1245 干道压煤回采范围

2.2 回采前后边坡稳定

对I-I、II-II、III-III 剖面现状、取煤后以及回填后稳定性分析，南帮边坡剖面稳定性分析结果统计见表1。

表1 南帮边坡剖面稳定性分析结果统计

通过边坡计算，取煤前和取煤后上部边坡安全系数变化不大，边坡基本稳定，故该项目具有可行性。后期通过回填压脚，边坡安全系数增大至1.132～1.184，满足规范要求。

2.3 现场作业与安全保障

2018 年4 月开始实施了南帮1245 干道下部压煤回采计划，在2018 年6 月完成1245 干道岩石剥离量26 万m3，出露干道下部4#煤30 万t。现场施工按照设计边界（预留保安平盘宽度5 m），要求所有靠界位置穿预裂孔，以提高边坡稳定性。爆破将导致一部分爆量伸出至4#煤底板，电铲采掘时优先采掘爆堆伸出量，恢复4#煤底板干道（运煤干道）；电铲从西向东采掘，采掘过程中注意电铲超高、回转半径小、电缆布置困难等问题，夜间作业时要在班前“六必讲”重点强调现场措施。在回采煤层时，要注意车辆交叉，注意边坡滚石。东露天矿2018 年吨煤模拟利润为35.78 元/t，本项目回收端压煤30 万t，实现新增利润1 073.4 万元。

在施工准备、作业期间要求各部门严格落实《东露天矿1245 干道压煤回收作业“一工程、一措施”》。

1）技术部完成采掘区域上部边坡监测桩设置，在采掘过程中每天收集监测数据并分析、预测边坡稳定状态。

2）生产队采掘时，安排专人负责现场安全管理措施落实，采装时电铲履带与工作面夹角不小于45°，采用左面装车，凌空面安全挡墙高度不得低于1.5 m，采掘爆堆伸出量时（约6 万m3），电铲站立在4#煤底板采掘，阻断卡车去4#煤破碎口，预计影响4#煤入口48 h，需要提前调整入口计划。采掘东部伸出量时，现场设置隔离带，防止运煤卡车和剥离卡车交叉作业。

3）在靠帮作业时要注意观察上方滚石，尤其是夜间作业时，要保障电铲照明良好，在电铲勺斗落料时，要注意滚石隐患排查

4）在爆区探孔发现西侧4 个异常探孔，其中3个探孔发现1 m 采空，1 个探孔发现3 m 采空，生产队采掘时在异常探孔区要严格执行《过采空区安全技术措施》，做到“有疑必探，先探后采”，在冒烟区域现场作业人员按要求携带有毒有害气体监测仪并佩戴好防毒面具。

5）目前4#煤主运位置掘进至4#煤靠界位置最近62 m，随着巷道继续掘进，在进行4#煤穿孔时需要在东侧预留至少53 m 的爆破影响安全范围，确保爆破振动对成巷影响最小。

6）现场作业人员发现异常情况（片帮、沉降、冒烟），立即停止作业，并报调度和带班管理人员，在隐患未排除前，禁止恢复作业。

7）所有故障设备严禁长时间停放在本次计划剥采范围内，需要维修时将设备停在1245 干道西侧安全范围内进行维修，不能行走的设备及时联系相关部门、单位，及时将设备拖运至安全范围。

8）各工种及现场管理人员严格落实安全责任，在作业前将以上安全技术措施条款纳入员工教育培训范围，确保“人人知措施、人人懂措施”。

3 平盘边坡治理

为缩短工程工期，在变形加剧前完成削坡减载工作，依据现场的实际条件，采用分阶段方式进行治理，边坡治理措施主要包括：+1 320～+1 360 m 水平削坡减载治理工程设计、边坡在线监控系统的建立、变形区边坡补充地质勘查。边坡变形区+1 320～+1 360 m 水平采用削坡减载治理工程设计，治理工程设计主要原则为在井田边界范围内，最大限度的将上部运输道路南移进行扩帮，同时保证上部供电设施、其它设备位置不变，并保证+1 350 m 水平运输道路宽度不小于40 m，削坡减载治理工程在x=494 790 至x=495 030 区间，由于施工过程中上部黄土较松散，施工开挖后按照原设计边坡角出现片帮现象，决定将该区域基岩以上黄土利用剥离岩石进行置换，置换后单台阶坡面角由设计65°降低至35°，南北方向上置换宽度约为9 m。克服了外扩空间有限、施工环境复杂困难，累计完成滑坡区域扩帮工程量113 万m3，有效降低上部荷载。

为保证对该区域边坡进行实时在线监控，变形区边坡建立“矿山边坡监测控制系统”，保证边坡实时在线监测与控制[7]，避免“为了监测而监测”或“只监不控”。依据现场实际情况，变形区内建立3 套可移动式在线边坡监控系统（GNSS 边坡监控系统），保证在滑移演变至滑坡期间1 h 内，区内人员设备能够提前撤出危险区域。

通过对以往地质资料的搜集、整理与分析，南帮边坡变形区域基本无工程地质钻孔资料，其它区域钻孔资料相对较少，基本以煤勘孔为主。因此，为进一步研究边坡变形区内岩层分布规律、弱层分布情况及地下水赋存规律，需在在变形区内布置6 个工程地质钻孔，钻孔终孔岩石层位为4#煤顶板以下5 m 左右，钻孔总进尺480 m。通过地质勘查发现，导致该区域变形的主要原因是1245 平盘中部存在赋存完整且厚度为3～5 m 的软岩弱层，岩石软硬互交替，稳定性差，开采中易发生边坡崩塌和滑坡等问题[8]。

根据矿区以往地质资料、现场地质调查情况、东露天矿南端帮以往边坡研究成果及变形区补充地质勘查成果，按照实际工作需求结合现有资料，边坡变形区选取8 个典型剖面，工程地质剖面平面位置如图2。

图2 工程地质剖面平面位置

对第一阶段治理工程设计及治理后现状边坡施工工程量、边坡稳定性进行统计，依据统计结果对边坡变形区边坡进行治理效果评价。变形区边坡治理结果见表2。

表2 变形区边坡治理结果

依据煤炭工业露天矿设计规范，非工作帮边坡服务年限小于10 年时，边坡安全储备系数为1.1～1.2，本区域为非工作帮，故边坡变形区安全储备系数为1.1。变形区边坡采取削坡减载治理措施后，NB-1、NB-2 及NB-3 剖面区域边坡稳定系数均不满足安全储备系数1.2 的要求，其余剖面区域安全储备系数均满足安全储备系数1.2 的要求。因此，NB-1、NB-2 及NB-3 剖面区域需根据边坡表现情况进行进一步的边坡治理，使得治理后的边坡满足安全储备要求。

由于已征地界上部治理空间已完全利用，下一步边坡治理采用扩帮方式难以实现，可通过降标高方式继续开展治理，同时采取加强边坡监测、预测预报方式，在滑移前实现预警，确保人员设备安全。

4 结语

平朔东露天矿以回收预留1245 平盘干道下部压4#煤为出发点和落脚点，系统考虑了与原煤运输巷道、采剥开采顺序对运输系统和端帮边坡的影响，在边坡基本稳定情况下，顺利实现了回收优质4#煤30 t 目标，最大限度地回收了煤炭资源，实现新增利润1 073.4 万元。通过1245 平盘干道回填设计，在不影响原预留4#煤底板干道宽度不小于28 m 下，通过回填压脚方式，恢复了原1245 干道宽度，为下一步1245 平盘物料经此路去内排土场1260 土场排弃预留了运输通道。在有限空间开展边坡治理，创新了“边治理、边监测、边预报”施工模式，保障了削坡减载工程安全、顺利实施。通过制定《东露天矿1245 干道压煤回收作业“一工程、一措施”》，明确了各部门、各工种的安全职责，确保了超高台阶、高临空环境作业安全，在类似矿山具有推广意义。