平朔煤田及安家岭矿露天井工联合开采

露天井工联合开采煤矿“三带”确定~

“三带”确定，以安家岭露天矿为例，并结合该矿具体地质条件，对井工开采工作面与边坡的时空关系确定、对该矿开采方式所形成的边坡岩移规律及合理停采线确定等方面进行研究。
井工二号矿开采对露天边坡影响，主要是确定近距离煤层开采时的上“三带”，尤其确定组合煤层裂隙带高度;建立露天井工联合开采模型，如图5-23所示。目的:确定9号煤停采线。计算参数:4号煤均厚11m，9号煤均厚12m，层间距35m，岩移角59°;具体计算结果:
(1)单一煤层开采时
4号煤:冒落带高度mz4=(2～3)·h=22～33m;
裂隙带高度mLX4=(4～6)·h=44～66m;
9号煤:冒落带高度mz9=(2～3)·h=44～66m;
裂隙带高度mLX9=(4～6)·h=48～72m

图5-23 露天井工联合开采模型


图5-24 近距离组合煤层开采裂隙带

(2)近距离组合煤层开采时
根据矿山压力与岩层控制理论，当层间距小于下煤层开采形成的垮落带高度，上下煤层的垮落带高度重合。
上煤层的裂隙带高度按该层的厚度计算，下煤层裂隙带最大高度按综合开采厚度计算，取其中标高最大值作为两层煤的断裂带最大高度。
所以，4号煤和9号煤同时开采时冒落带高度:Mz=mz4+mz9=46～69m
4号煤和9号煤同时开采时裂隙带高度:mLX4=(4～6)·h=44～66m

煤矿露天井工联合开采理论与实践

取最大值为44～66m，即为4号煤和9号煤同时开采时裂隙带高度。
总体井工开采上覆岩层破坏影响取最大值为135m。

根据理论分析结果，结合露天井工联合开采矿区如安家岭矿综采工作面与边坡的时空关系、井工二号矿开采方式所形成的边坡岩移规律、井工二号矿合理停采线确定等方面进行稳定性分析。
本次分析范围见图7-2，在29210、29211和29209工作面各选取一个剖面进行稳定计算。在总结以往地质调查、岩土力学试验资料的基础上，进行滑坡破坏模式分析、边坡稳定性计算与评价等工作，对露天矿北帮受2号井影响区域边坡进行了系统地稳定性验算，从而有效的掌握露天井工联合开采对边坡的稳定性影响，并就2号井最终停采线提出合理性建议。

图7-2 研究区域及剖面位置


图7-3 停采线最终位置图

(1)井工二号矿停采线方案确定
边坡稳定性分析方案:9#煤未开采、9#煤开采到初始停采线、保护运输平盘、裂隙带上限停采线、9#煤开采到设计停采线。
在保证露天矿边坡和井工矿安全生产的前提下，为尽可能多地开采煤炭资源，本次研究对2号井工矿29210(剖面1)和29211(剖面2)两个工作面最终停采线位置进行最终确定，并对露天矿边坡的稳定性影响进行分析与评价。
1)29210工作面稳定性评价
最终停采线按照设计停采线退后30m计算，同时对原设计停采线及其开采方向退后50m两种情况进行计算，并分析其采沉影响范围。各位置稳定计算结果见图7-4至图7-7，从图7-7可知内排跟进至设计位置且在设计停采线开采方向退后30m的情况下，29210采区的整体边坡稳定性达到1.207，可满足安全储备系数1.2的要求。考虑到内排的跟进速度，该区域边坡属于临时边坡，基本可以保证一年以后29210工作面位置内排可跟进至设计位置，故在内排未跟进之前，停采线开采方向退后30m时(稳定系数为1.153)，基本可满足要求。

图7-4 原设计停采线稳定计算结果


图7-5 原设计停采线退后30m稳定计算结果


图7-6 原设计停采线退后50m稳定计算结果


图7-7 原设计停采线退后30m且内排跟进后稳定分析结果

图7-8与图7-9为原设计停采线及其退后30m时采沉影响范围，从图中不难看出，采用原设计停采线时，1330平盘及以上平盘均属于采沉影响范围，坡体将可能产生裂隙及变形;而将原设计停采线退后30m，采沉影响范围可调整至1360平盘及以上平盘。两种情况下主要沉降平盘为1405平盘及以上平盘。

图7-8 原设计停采线采沉影响范围


图7-9 原设计停采线退后30m时采沉影响范围

故按设计停采线退后30m确定的最终停采线，基本能够保证井工矿和露天矿的安全生产需求。
2)29211工作面
稳定性评价最终停采线按照设计停采线开采方向退后15m计算，同时对原设计停采线及其退后30m两种情况也进行计算，并分析其采沉影响范围。最终调整后停采线位置图见图7-3。由图7-13可知，内排跟进至设计位置且在设计停采线开采方向退后15m的情况下，29211采区的整体边坡稳定性达到1.238，能满足安全储备系数1.2的要求。考虑到内排的跟进速度，该区域边坡属于临时边坡，基本可以保证一年以后29210工作面位置内排可跟进至设计位置，故在内排未跟进之前，停采线开采方向退后15m时(稳定系数为1.159)，基本可满足要求。

图7-10 原设计停采线稳定计算结果


图7-11 原设计停采线退后15m稳定计算结果


图7-12 原设计停采线退后30m稳定计算结果

原设计停采线采沉影响范围为1330平盘及其以上平盘，原设计停采线退后15m采沉影响范围为1360平盘及以上平盘，见图7-13及图7-15。两种情况主要沉陷平盘表现为1405平盘及以上平盘。

图7-13 原设计停采线退后15m且内排跟进后稳定分析结果


图7-14 原设计停采线采沉影响范围


图7-15 原设计停采线退后15m时采沉影响范围

故按设计停采线退后15m确定的最终停采线，基本能够保证井工矿和露天矿的安全。
(2)井采与边坡稳定时空关系分析
基于有限元强度折减方法，研究井工开采推进距离对露天边坡稳定性变化时空规律，掌握边坡变形及安全系数变化规律，为露天边坡稳定性有效控制提供依据。
1)29211剖面井工开采对边坡稳定性影响
数值模拟选取29211剖面进行计算分析，建立的工程地质简化模型如图7-16，边坡稳定性验算所需要的岩土体物理力学强度指标通过对以往本地区所积累的相关资料进行收集、整理、分析确定。
由模拟曲线结果可知，在29211工作面距离停采线位置大于419m时，边坡稳定性系数保持在1.3左右;当工作面继续推进直至到设计停采线位置时，边坡稳定性系数急剧减小到1.1左右，边坡处于临界稳定状态，在此过程中应加强边坡变形监测。通过对工作面推进距离与边坡稳定性系数曲线拟合，得出拟合方程为:

图7-16 工程地质简化模型


图7-17


图7-17 29211工作面距坡脚距离与对应边坡安全系数的滑面


图7-18 工作面距坡脚263m(设计停采线)竖向位移云图


图7-19 29211工作面距坡脚距离与边坡安全系数曲线

y=a·ebx (7-13)
其中:a=1.1747，b=-0.0002，满足指数函数。

图7-20 监测点位置示意图


表7-1 1360平盘监测点竖向位移 单位:m

由监测点位移曲线可知，随9号煤工作面推进，1360平盘竖向位移不断增加，监测点Node741竖向位移小于Node713，平盘监测点越靠近临空面竖向位移越大。
2)29210剖面井工开采对边坡稳定性影响
数值模拟选取29210剖面进行计算分析，建立的工程地质简化模型如图7-22，边坡稳定性验算所需要的岩土体物理力学强度指标通过对以往本地区所积累的相关资料进行收集、整理、分析确定。

图7-21 1360平盘监测点竖向位移


图7-22 工程地质简化模型


图7-23


图7-23 29210工作面距边坡距离与对应边坡安全系数的滑面图


图7-24 工作面距坡脚263m竖向应力云图


图7-25 29210工作面距坡脚距离与边坡安全系数曲线

由模拟曲线结果可知，在29210工作面距离坡脚位置大于363m时，边坡稳定性系数保持在1.2以上;当工作面继续推进直至到设计停采线位置时，边坡稳定性系数急剧减小到1.082，边坡处于临界稳定状态，若进行不放顶煤开采，边坡安全系数继续减小到1.034。通过对工作面推进距离与边坡稳定性系数曲线拟合，得出拟合方程为:
y=a·ebx (7-14)
其中:a=1.0785，b=-0.0002，满足指数函数。
3)29209剖面井工开采对边坡稳定性影响
数值模拟选取29209剖面进行计算分析，建立的工程地质简化模型如图7-26，边坡稳定性验算所需要的岩土体物理力学强度指标通过对以往本地区所积累的相关资料进行收集、整理、分析确定。

图7-26 工程地质简化模型


图7-27


图7-27 29209工作面距坡脚距离与对应边坡安全系数的滑面


图7-28 工作面距坡脚355m(设计停采线)竖向应力云图


图7-29 29209工作面压脚后距坡脚距离与对应压脚后边坡安全系数的滑面


图7-30 工作面距坡脚355m(设计停采线)竖向应力云图


图7-31 压脚处理后29209工作面距坡脚距离与边坡安全系数曲线

由模拟曲线结果可知，在29209工作面距离坡脚位置506m时，边坡稳定性系数保持在1.116;若边坡不压脚，在工作面继续推进直至到设计停采线位置时，边坡稳定性系数急剧减小到0.946，边坡处于不稳定状态;若在距边坡坡脚456m压脚，边坡安全系数增加到1.34，工作面推进至设计停采线位置时，边坡稳定系数为1.225，若进行不放顶煤开采，边坡安全系数继续减小到1.172，边坡处于临界稳定状态。通过对工作面推进距离与边坡稳定性系数曲线拟合，得出边坡压脚后稳定系数曲线拟合方程为:
y=a·ebx (7-15)
其中:a=1.1717，b=-0.0001，满足指数函数。

2.5.4.1 平朔煤田概况

平朔矿区位于山西省朔州市境内，属宁武煤田北部区域。平朔矿区是我国重要的亿吨级煤炭生产基地，平朔煤炭工业公司先后建成了安太堡露天矿、安家岭露天矿和东露天矿。近年来，为提高煤炭产量，减少煤炭资源的浪费，率先尝试了浅埋、巨厚、近水平煤层的露天井工联合开采安全高效新模式，形成了中煤平朔公司独具特色的露天和井工联合开采模式，并取得了可观的经济效益。

平朔矿区东、西、北三面均以煤层露头线为界，南以担水沟断层为界，南北长约21km，东西宽约22km，面积380km²，地质储量127.5亿t。根据国家计委计能源[1993]360号文《关于山西平朔矿区项目建议书的批复》，马关河与七里河之间的安太堡矿合资区，安家岭、安太堡二号勘探区，安太堡后备区，合计勘探面积130.3km²，地质储量44.3亿t;将马关河以东普查区46km²，地质储量17.1亿t，总计176.3km²，地质储量61.4亿t，划为国家大型露天矿开采范围，其余204km²，地质储量66.1亿t划为地方及乡镇煤矿开采范围。资源划分见图2-14，该矿区属于典型的适合露天开采煤田的露天井工联合开采类型矿区。

图2-14 平朔矿区资源划分示意

2.5.4.2 平朔安家岭矿露天井工联合开采

(1)矿田及地层构造

安家岭露天矿田，包括安家岭和安太堡二号两个勘探区，位于平朔矿区的中南部，其行政区隶属山西省朔州市平鲁区，地理坐标东经112°17′～112°26′，北纬39°24′～39°32′，其范围东起马关河洪水位线，西至七里河西岸洪水位线及安太堡露天矿之开采边界，南以843号孔与T58号孔连线为南部勘探边界，北至安太堡二号勘探区12勘探线与平番城精查区相接。南北长约8.5km，东西宽8km，总勘探面积59.8km²，地质储量21.88亿t。

安家岭露天煤矿是国家“九五”期间煤炭工业利用日本能源贷款的重点建设项目，也是我国自行设计、施工和管理的大型现代化煤炭项目，实现了露天井工联合开采的煤炭生产新模式。现在它的实际原煤生产能力达到3000万t，是我国规模最大，现代化程度最高的煤炭生产基地之一。

图2-15为平朔安家岭露天矿坑。

图2-15 平朔安家岭露天矿

安家岭矿地层自上而下由第四系、新近系上新统、二叠系石盒子组、下二叠统山西组、石炭系太原群、石炭系本溪群构成，按照土岩的不同性质分述如下:①第四系层主要为黄土层，可分为上、下两层，上层黄土的黏性很低，下层黄土中含有砂砾。在地质勘探报告中，将其定为I级非自重湿陷性黄土，此种土壤对工程建设极为不利，在正常压力下遇水则会产生较大的变形。②新近系上新统为棕—深红色黏土和亚黏土互层，此层厚度不大，在矿区内零星分布，是遇水极易产生变形和强度降低的软弱层，如在排土场基底中赋存时，会影响排土场的稳定性。③煤系地层，其岩性均较坚固，胶结致密，除页岩外，硬度系数均在4以上，边坡岩层赋存平缓，4#煤顶板为灰白色中粗砂岩，局部为含砾砂岩，岩石坚硬，胶结致密;9#煤顶板为砂质泥岩，局部为泥岩和炭质泥岩，其中砂质泥岩较为坚固，泥岩和炭质泥岩强度稍低。

井田构造主要受宁武向斜、芦子沟背斜、白家辛窑向斜及二铺背斜控制，地层产状比较平缓，除芦子沟背斜东翼较陡(15°～25°)外，一般在10°以下。井田内主要褶皱宁武向斜位于东部，轴向NW30°，次一级均发育在西部，近似平行，走向NE45°，其规模由东南向西北依次减弱。井田内断层和陷落柱较为发育，除个别断层(如安家岭逆断层、马蹄沟断层)断距较大外，一般都在15m以下，断层走向分为三组，即NE向、NNE向和NNW向，以NE向为主。岩溶陷落柱分布不均，且大小不一。根据钻探和三维地震成果，本区未见岩浆活动，本区属构造中等复杂区，如图2-16所示。

构造的展布与延伸不仅为地下水的赋存和运移提供了空间条件，而且构造形成的地形地貌，控制着地下水的补给、径流与排泄条件。宁武向斜西侧为芦子沟背斜，于二号井田中东部轴向呈北50°西，至芦子沟转为北北西向，向南延伸至安家岭后急转为南西向。灰岩埋深相对较浅，岩溶裂隙发育，径流条件好，形成了地下水交替积极的七里河径流带。井田大部位于这一强径流带的北部靠近补给区。

图2-16 井田构造纲要

(2)露天开采

安家岭露天矿采用单斗卡车工艺，由西向东推进，年推进度350m，达产第四年后，推进方向改为由南向北推进，两侧端帮设有运输通道，每隔一个平台设一个。

端帮边坡上黄土运输平台宽34m，保安平台宽6m;岩石运输平台宽32m，保安平台宽4m。采掘场端帮边坡角34°，存在时间4～5年。

上窑外排土场是一长条形状，一条皮带机走廊将其分为东、西两部分，最大排弃标高140m，东区最大排弃标高1455m，西区最大排弃标高1430m。

外排土场北部为安家岭露天采场，西南部是铁路环线、组装场、机修车间和材料库，南部是西界村、东界村、联合煤矿和东界煤矿，之间有高压架线通过，因此上窑排土场边坡的稳定与安全直接关系到这些工业设施、民用建筑和与之有关的人员安全。

内排由下向上发展，台阶形成后与采掘工作面同步推进，到达产第五年全部实现内排。

露天矿南北长9.5km，东西宽5.3km，边坡高度达20m左右。

(3)井工开采

安家岭井工矿位于安家岭矿坑的南北两侧，由露天不采区、上窑区和太西区组成。区内地层产状平缓，倾角一般在2°～5°，局部达12°左右，井田主采4-1号煤、4-2号煤、9号煤和11号煤，各主采煤层赋存稳定，构造简单，其中4号煤埋深70.82～343.42m，平均221.85m。煤质坚硬，含夹矸3～5层，岩性多为泥岩或砂质泥岩。9号煤结构较为复杂，夹矸多为砂质泥岩和炭质泥岩，局部夹有高岭石及粉砂石。

图2-17显示出井田在矿区的位置。

图2-17 井田在矿区的位置

采煤方法为倾斜长壁综采放顶煤回采方法。回采工作面长度240m，割煤高度3.2m，顶煤初次垮落步距16m，直接顶初次垮落步距34m，老顶初次来压步距44～45m，周期来压步距12～18m，动载系数1.31。工作面支护方式为液压二柱掩护式。矿井为中央并列式通风系统，抽出式通风方式，即主斜井、副斜井进风、回风斜井回风。风井安装对旋风机两台和配套电动机两台，其中一台运转，一台备用。

(4)露天井工联合开采

安家岭露天煤矿原设计为单一露天开发方式，2002年中国煤炭工业进出口集团公司向国家计委发函《关于安家岭露天煤矿项目由单一露天开发模式变更为露井联采开发模式的请示》(中煤办字[2002]16号，国家计划批复，计委基础[2002]1478号)，为实施配煤降硫，提高煤炭产品质量，以满足国内外煤炭市场需求，同意安家岭煤矿建设方案由单一露天开采调整为露天井工联合开采。

露天井工联合开采后设计单产为10Mt/a，计算服务年限103.5年，首采区服务年限23.6年。

开采顺序为:先开采首采区，向东推进，达产7年后开始扇形转向，逐步过渡到向北推进，直到北部最终境界;首采区结束前，在东帮北部缓帮，过渡到二采区北段开采，向东推进至东部境界，然后再次进行缓帮，过渡到向南西推进，直至西部境界;最后开采三采区直到北部最终境界。

为确保地面构筑物、工程设施和井下开采的安全，设计对井筒、大巷、工业场地、铁路、公路等重要设施均按有关规定预留保安煤柱，经计算露天矿南端帮从4#煤层底板台阶向外，留不小于300m的保安煤柱;排土场西南部安太堡露天煤矿外运铁路装车线环线至塌陷边缘，留不小于150m的保安煤柱;南部边坡下方的露天煤矿工业场地和西界村至塌陷区边缘，留有不小于170m的保安煤柱，对塌陷区内的环线、高压供电线路、环线联络道等也采取相应的工程措施，以保证露天井工联合开采的正常、高效、安全。由此可见，安家岭露天矿露天井工联合开采为典型的排土场下井采、到界边帮残煤井采类型。露天井工位置见图2-18。

图2-18 露天井工联合开采位置及典型剖面位置

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阿坝藏族羌族自治州19464505993： 介绍平朔安家岭露天煤矿,越多越好!!!？
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蒯璐悦康： 山西大同

阿坝藏族羌族自治州19464505993： 山西有哪些地方露天开采 - ？
蒯璐悦康： 最大的矿山是平朔公司,有三个大露天矿,其他还有几个小矿山,大同浑源一个,河曲有三个,似乎五台也有一个,其中河曲旧县露天矿比较正规一些,而且是国有企业.

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蒯璐悦康： 破坏地表植被,破坏土壤,使得水土流失加重.

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