张清山

(宝钢集团八钢公司矿山部）

1 概述

新疆境内某煤矿矿区探明煤层总资源储量为10448.34万t，检测分析表明，该煤种主要为25号焦煤，煤质好，可做为主要炼焦用煤，也是新疆市场急需的煤种。经计算，该煤矿从技术上可实现的生产规模为90万t/年～150万t/年。圈定露天境界可供开采的煤量总和（不含风氧化煤1.08Mt）2106万t。根据GB/T 50197-2015《煤炭工业露天矿设计规范》中对服务年限的要求，矿山规模不宜超过100万t/年，结合考虑1.2的资源储量备用系数。确定该露天煤矿生产规模90万t/年，服务年限为19.5年。按照规范标准，该规模为小型露天煤矿。

煤矿开采设计中，针对露天矿山在资源量较大，开采年限较长时，往往采用分期开采，选择开采条件较好的地段作为第一期开采，以推迟剥离高峰，均衡生产剥采比，降低矿山成本，使矿山早日达产，分期开采多用于大型规模的矿山。分期开采方法有沿走向分期开采和在垂直方向上沿深度分期开采。

在该煤矿（小型露天矿）设计及前期开采实践中，根据矿体赋存条件，在露天境界沿走向上实行分期开采。因矿山前期选厂推迟建设，为在矿山过渡期间进一步降低开采成本，使矿山早日出矿，产生效益，实现矿山滚动发展，对首采区沿垂直方向上实施了分期开采，取得了较好的效果。

2 该煤矿资源条件

2.1 煤层

该煤矿含煤地层为二叠系上统的胡硕图组，发育B、C、D、E、F、G、H六层煤，其中B、C煤层赋存于该含煤段的中部，煤层总厚平均达30m，为矿区露天开采的主采煤层，煤层倾角大于45°，属于急倾斜赋存。

C煤层位于胡硕图组上部含煤段中部。煤层顶底板为细砂岩或砂质泥岩。煤层厚度4.20m～135.40m，平均29.2m。煤层厚度大于3m，夹矸2～4层，结构特殊。矸石岩性多为砂岩或泥岩，少数为炭质泥岩，含矸率为6.29%～46.92%，平均为29.29%。该煤层厚度大，煤层自身特征明显，为矿区稳定、较稳定的主要可采巨厚煤层。

B煤层位于胡硕图组上部含煤段的中部，上距C煤层6.97m～137.58m，平均31.35m，煤层顶底板多为细砂岩、泥岩。煤层厚度7.60m～35.37m，平均12.80m，煤层厚度大于3m，夹矸2-4层，综合结构。矸石岩性多为砂岩或泥岩，含矸率6.29%～46.92%，平均29.35%。该煤层为矿区露天开采的主要可采煤层之一，厚度变化较小，为一稳定、较稳定的主要开采厚煤层。

2.2 资源量

该煤矿矿区探明煤层总资源储量为10448.34万t，其中B级储量（332）总共1053.81万t，占该区总资源量的10.08%；C级储量（333）总3410.70万t，占该区总资源量的32.64%；D级储量（334）总共5983.83万t，占该区总资源量的57.27%。其中主焦煤约为7200万t，瘦煤、贫瘦煤约1900万t。

2.3 煤质

C层煤为低灰、低挥发份、低硫、特高热值、强粘结的焦煤，露头附近煤层氧化为贫煤及贫瘦煤，其磷、氯、砷含量较低。B层煤为低灰、低挥发份、低硫、特高热值的瘦煤，露头附近煤层氧化为贫煤、贫瘦煤，只有勘探区东部较少区域为焦煤，磷、氯、砷含量较低。

3 露天开采境界的确定

3.1 开采条件分析

矿区为一背斜褶皱，轴部自南西到北东由近于直立到向北西倒转，致使煤层倾向南东。背斜轴向约45°，两翼倾角80～85°。受地形切割的影响，南西段背斜顶部已经剥蚀，北东段背斜顶部保留较为完整。煤层中部存在露头，煤层背斜轴出露地表，根据煤层赋存条件，浅部资源适合露天进行开采。

3..2 露天境界圈定

依据露天矿境界剥采比应小于或等于经济剥采比的原则，选用价格法对经济剥采比进行计算。按照确定的70元/t坑口成本，计算矿山支撑的最大剥采比为6m3/t，因此确定境界剥采比不大于6m3/t。据此,利用剖面法计算圈定露天开采境界内可采毛煤量为2106万t，全部剥离量为6120万m3，平均剥采比2.91m3/t。

4 露天境界分期开采方案

4.1 分期开采采区划分

露天境界内地形较为复杂、煤层急倾斜赋存、中间有断层等构造，断裂构造以北西向为主体断裂，北东向为次级断裂。F5断裂：北西－南东向贯穿矿区，错断煤层，南西段向北、北东段向南，推测断距约50m左右，同时，断裂西盘向上抬升，剥蚀强烈。F6断裂：为F5断裂的次级构造，平面上为平推断层，断距约10m。

这些断裂均为后期断裂，对煤层起到破坏作用，其中，断层明显将采场分割成东区与西区(见图1)。

据此，认为可以以中部F5断层为界，将整体露天境界沿走向划分为两个采区进行分期开采，初步分析认为东区煤层厚、埋藏较浅,勘探控制程度较高，可将东区作为首采区，西区作为二采区。

对划分后的首采区、二采区境界分别进行圈定。首采区（东区）：圈定煤量1050.89万t，剥离量2809.87万m3，剥采比2.67m3/t；二采区（西区）：圈定煤量1055.24万t，剥离量3310.03万m3，剥采比3.14 m3/t。

露天分期开采顺序为：先开采东部首采区，再开采西部二采区，依序开采至全矿开采结束。首采区开采结束后，可利用首采区采空区进行剥岩内排，可实现内排的剥离岩石约为7.31万m3（内排土场基地稳定，不存在滑坡的风险）。

4.2 分期开采方案对比分析

（1）对比方案：为验证沿走向分期开采的合理性，将露天开采境界沿垂直方向分期开采作为对比方案，即将整体露天境界浅部资源作为首采区，深部资源作为二采区。经计算，浅部首采区：圈定煤量890.8万t，剥离量1968.67万m3；剥采比2.21m3/t；深部二采区：圈定煤量1215.33万t，剥离量4145.23万m3，剥采比3.42 m3/t。

（2）方案对比分析：沿垂直方向分期开采境界剥采比较小，但境界圈定矿量较少（开采深度160m）；同时前期开拓沟掘进距离长，出矿慢；而且剥离岩石需全部运至排土场，增加了岩石外排量；另外，境界西部区域矿体勘探控制程度低。

沿走向进行分期开采境界剥采比较高，但境界圈定矿量较大（开采深度320m）；同时首采区矿体厚、勘探程度高；而且二采区开采时部分剥岩可排至首采区采空区，减少了岩石外排量。

因此，为减少矿山初期建设风险，加快矿山建设进度，并减少剥岩外排量，根据矿体赋存条件，认为沿走向分期开采技术上可行，经济上更加合理。

5 首采区分期开采

由于资金、电力供应等影响，矿山基建剥岩开始初期，原计划与矿山同步建设的洗煤厂建设推迟建设。为不影响矿山建设，拟将开采原煤运至500km外的洗煤厂洗选。为了给洗煤厂建设赢得时间，并保障矿山原煤开采销售过渡期间有效益，矿山只有早出煤，进一步降低开采成本，以满足矿山过渡期需要。因此，提出对首采区露天开采境界沿垂直方向分期开采，以进一步推迟前期基建剥岩高峰，降低前期原煤开采成本。

5.1 首采区分期境界圈定

按照开采原煤需运至500km外的洗煤厂加工，倒推出原煤开采可承受的开采成本，经分析计算得出矿山过渡期间圈定境界经济合理剥采比宜为2.53m3/t。

首采区分期开采应统筹考虑后续首采区扩境延伸及二采区开采的衔接，不影响今后露天境界整体开采。为此，采用3Dmine境界优化软件进行露天开采（首采区、二采区）境界优化，计算优化境界结论为全采区露天矿底部水平为2010m时效益最佳。

采用传统方法对优化的首采区境界进行延伸计算验证，首采区延伸10m后，7-7号剖面境界剥采比已超过经济合理剥采比，因此，首采区分期开采境界底部标高确定为2010m。

据此，圈定首采区上部分期开采境界主要参数：开采境界上部长527m，宽416m，共采出煤炭446.27万t，剥离岩石983.26万m3，开采深度160m，境界内平均剥采比1.57m3/t，

5.2 首采区分期开采方案分析

经计算验证，过渡期矿山首采区上部生产能力可达70万t/年，矿山基建期为1年（上部覆盖层及风化煤剥离计划4个月完成），第二年达产，分期开采规模可以稳产5年。

首采区分期开采进一步降低了前期生产剥采比，推迟了剥离高峰，缓解了销售原煤矿的成本压力，同时矿山生产年限可以满足过渡期时间需要，规模也可以满足临时洗煤厂的产能需要（临时洗选厂规模约60万t/年）。因此，过渡期首采区分期开采方案是可行的。

5.3 露天境界开采的衔接分析

为保障后续首采区扩境延伸及二采区开采有序衔接，避免造成整体露天开采相互衔接期间的采剥失调，进行了整体矿山采剥生产计划的编制，根据编制的采掘计划进度，应在首采区分期开采达产3年后，开展首采区扩境延深工作，这样才不影响露天整体开采境界的有序衔接。

6 结束语

该煤矿自开始建设，沿煤层顶板露煤向底板推进剥岩，经4个月基建剥岩，揭露原煤露头，又经过5个月的工作面推进，已具备投产条件，满足过渡期矿山滚动发展的需要，取得较好的效果。

实践表明，根据矿体具体赋存状态及矿山滚动发展的降成本需要，在中小型露天矿山中，灵活运用分期开采也是可行的，实际实施过程中要注意把握好分期开采境界与露天开采整体境界的平稳过渡衔接。