1、某煤矿采区合理帮坡角及露天开采境界的确定摘 要：煤矿合理帮坡角及露天开采境界的确定：包括露天矿合理帮坡角的确定及滑坡的预防，圈定露天开采境界，确定采场内的有用矿石量和废石量，结合矿山发展和实际条件，确定最终开采深度，并进行清楚的叙述。 关键词：露天煤矿；边坡角；开除境界 矿区位于内蒙古自治区鄂尔多斯市伊金霍洛旗补连乡后补连村境内，东西宽约 0.64 公里，南北长约 1.9 公里，面积为 1.22 平方公里。 地理位置： 东经：1095604 1100918 北纬： 391318 392836 1 矿区工程地质特征 该区大地构造位置处于鄂尔多斯台向斜东胜隆起区之东南边缘地带，处于祁、吕、贺“山“
2、字型构造体系的直地部分。区内基本构造形态为一向南西倾的单斜构造，岩层走向 NW25SE，倾角一般 13局部倾角增加到 58，其宽缓的波状起伏。区内褶皱、断裂不发育，仅在乌兰木伦庙西北有一正断层，走向 NE47，倾向 NW，倾角 76，断距 6m 左右。本区主要含煤地层为中下侏罗统延安组（J1-2y）在忽鸡图沟及乌兰木伦河两岸有零星露头，煤系地层主要岩性为灰、灰白色及深灰色的中细砂岩、砂质泥岩和煤组成。 本组岩石根据其组合特征，可将地层分为上，中，下三个岩段。 1.1 下岩段（J11-2y） 5 号煤组顶板砂岩以下到延安组层界砂岩。该段岩性主要为灰色，灰白色细砂岩，砂质泥岩，粉砂岩，泥岩及 5，
3、6 号煤组组成。 1.2 中岩段（J21-2y） 5 号煤组顶板砂岩至 3 号煤组顶板砂岩底，岩性主要是由灰，深灰色粉岩，砂质泥岩 3，4 号煤组组成。 1.3 上岩段（J13-2y） 3 号煤组顶板砂岩至延安组顶界。岩性主要是由灰，白色中细粒粉砂岩，粉砂岩，砂质泥岩，泥岩及 2 号煤组组成。 煤系地层上覆盖第三系和第四系松散层，露天区内松散层沙厚度一般为 15m，最大为 22m。 2 边坡合理帮坡角的确定 根据勘探报告提供的抗剪试验及有关参考资料，选取土岩计算指标如下： 表 2.1 土岩计算指标表 由于岩层比较平缓，根据地质构造及地貌特征，认为滑动面为切层滑动，可将滑动面视为圆弧滑动，计算采
4、用圆弧滑面计算法，分以下几种情况进行验算： 2.1 松散沙的计算 表 2.2 松散沙计算指标 从上述计算结果看，稳定系数均小于许用安全系数，且偏小，但由于确定的角度不大于其自然安息角 36.5-38.5，故认为是稳定的。 2.2 岩石层边坡计算 计算的高度范围以煤层底板岩层上部覆盖层，取岩石层厚度为 8 米，求的综合平均物理力学指标为：凝聚力为 13.7kg/cm2，内摩擦角为 3216，容重为 1.76kg/cm3。所以当岩层边坡角为 35，稳定系数 F1 为2.4。 假定没有弱层，边坡角是稳定的。 根据以上分析，确定表土层的帮坡角为 35，岩层为 65，煤层60，最终帮坡角为 35。这样确
5、定的帮坡的稳定性系数都较为合理，满足边坡稳定性要求。如图： 图 2.1 最终帮坡角确定图 2.3 预防滑坡的措施 从前面计算的角度看，边坡是稳定的，但因缺主弱层的物理力学试验指标，因此不能下结论边坡一定稳定，在生产中如发现弱层存在，应采取相应措施。 在第四系松散层的工作台阶上，当雨季到来时台阶坡面会出现自然塌落，但随时用设备清理则可正常生产。另外，该区水系发达，对边坡的影响不容忽视。 3 确定经济合理剥采比及露天开采境界 3.1 确定露天开采境界的原则和方法 露天开采境界设计的主要原则： 圈定的露天开采境界要保证露天采场内采出的矿石由盈利，即采用的境界剥采比不大于经济合理剥采比。 要充分利用资
6、源，尽可能把较多的矿石圈定在露天开采境界内，发挥露天开采的优越性。 圈定的露天采矿场的帮坡角等于露天边坡稳定所允许的角度，以保证露天采矿场的安全。 用经济合理剥采比圈定的露天开采范围很大，服务年限太长时，应按矿山一般服务年限确定初期露天开采深度。 开采境界边缘附近有建筑物， 、构筑物、河流和铁路干线需保护或难于迁移至露天采场影响范围以外可适当缩小露天开采境界。即境界剥采比不大于经济合理剥采比。 依据设计规范，同时结合计算经济合理剥采比 Njh=3.8m3/t。 3.2 确定露天开采境界 东部：以乌兰木伦河西岸煤层冲刷边缘为界，地表以河岸外推 50m为界 南部：地表距补连沟岸边 50m 为界 北
7、部：以呼和乌素沟河岸向南外推 50m 为开采境界的北部境界。 西部：以经济合理剥采比不小于境界剥采为原则，分别根据 1-1，3-3，4-4三条勘探线分段确定。 .西北部（1-1勘探线以北） 由于 Njh=3.81.27=4.826m3 /m3，为此在 1-1勘探线上的钻孔左侧，根据 35的最终帮坡角自煤层底板引一直线，使得这条直线在岩土中的长度与其在煤层中的长度比小于或等于 4.826，以等于 4.826 为界。 .西中部（3-3勘探线）与西南部（4-4勘探线）其确定方法与上述 1-1勘探线的确定方法是相同的。 由以上三个剖面即可确定出西部境界。 综上所述，参照矿区地质地形图即可确定出该露天矿
8、的开采境界，确定结果参照地质地形图及三个剖面图。 3.3 储量计算 该区煤层平缓，构造简单，煤层及水文地质条件变化不大，所以储量采用地质块段法计算。按地质勘探线分为若干段计算： 矿岩平均厚度的计算 1-1 剖面： 三个钻孔的煤层平均厚度分别为：6.01m，5.92m，5.58m； 故煤层平均厚度为：（6.01+5.92+5.58）/3=5.8m。 三个钻孔的矿岩总平均厚度分别为：24.85m，24.52m，20.65m； 故矿岩总平均厚度为：（24.85+24.52+20.65）/3=23.3m。 岩石平均厚度为 23.35.8=17.5m。 3-3 剖面： 三个钻孔的煤层平均厚度分别为：5.
9、78m，5.26m，4.96m； 故煤层平均厚度为：（5.78+5.26+4.96）/3=5.3m。 三个钻孔的矿岩总平均厚度分别为：30.70m，24.29m，19.17m； 故矿岩总平均厚度为：（30.70+24.29+19.17）/3=24.7m。 岩石平均厚度为 24.75.3=19.4m。 4-4 剖面： 三个钻孔的煤层平均厚度分别为：5.66m，5.48m，5.00m； 故煤层平均厚度为：（5.66+5.48+5.00）/3=5.38 m。 三个钻孔的矿岩总平均厚度分别为：32.33m，23.51m，13.90m； 故矿岩总平均厚度为：（32.33+23.51+13.90）/3=2
10、3.2m。 岩石平均厚度为：23.25.4=17.8m。 3.4 储量的计算 1-1剖面图： 露天开采境界内 1-1勘探线长 769m，影响范围内的面积为856368m2，则等效长度为 1113.6m，剖面图上左境界点距钻孔为 139m，右境界点距钻孔 201.24m。平均开采深度为 23.3m，端帮最终边坡角选为35，则端帮三角矿量的等效长度为：1/2*ctg3523.3=16.6m 此剖面影响范围内的等效长度为 1113.6-16.6=1097m 煤截面积：4094.07m2；岩土截面积：10392.1 m2 3-3剖面图： 露天开采境界内 3-3勘探线长 858m，影响范围内的面积为50
11、7710.4m2，则等效长度为 591.7m，剖面图上左境界点距钻孔为85.04m，右境界点距钻孔 209.4m。煤截面积：4230.7 m2；岩土截面积：15272 m2 4-4剖面图： 露天开采境界内 4-4勘探线长 754.8m，影响范围内的面积为526618.4 m2，则等效长度为 697.7m，剖面图上左境界点距钻孔内侧26.45m，右境界点距钻孔 264.18m。平均开采深度为 23.2m，端帮最终边坡角选为 35，则端帮三角矿量的等效长度为：1/2*ctg3523.2=16.6m 此剖面影响范围内的等效长度为 697.7-16.6=681.1m 煤截面积：3382.05m；岩土截
12、面积：10206.73m 所以，境界范围内煤炭总量为： （4094.071097+4230.7591.7+3382.05681.1）1.27=1180.85 万吨 境界范围内岩土总量为： 10392.11097+15272591.7+10206.73681.1=2738.84 万立方米 平均剥采比为：2738.84/1180.85=2.32m3/t 开采损失率定为 5%，故其可采储量为：P=1180.850.95=1121.8 万吨 附图：露天开采境界确定图。 3.5 最终开采深度的确定 （1）1-1剖面图上左开采深度：4.826*6.01+6.01=35m 右开采深度：13.4m 则平均开采
13、深度为：（35+13.4）/2=24.2m （2）3-3剖面图上左开采深度：4.826*5.78+5.78=33.7m 右开采深度：10.9m 则平均开采深度为（33.7+10.9）/2=22.3m （3）4-4剖面图上左开采深度：4.826*5.66+5.66=33.0m 右开采深度：8.8m 则平均开采深度为：（33.0+8.8）/2=20.9m 最终开采深度为最大开采深度即 35m。 参考文献： 1周冠军.矿图M.北京：煤炭工业出版社，1992. 2杨荣新.露天采矿学M.徐州：中国矿业大学出版社，1990. 3宁恩浙.采掘机械M.北京：冶金工业出版社，1990. 4采矿设计手册M.北京：中国建筑工业出版社，1995. 5周昌寿.露天矿边坡稳定M.徐州：中国矿业大学出版社，1990.
