CN111027219A - 相邻同向协同开采露天煤矿公共运输帮的高度确定方法 - Google Patents

相邻同向协同开采露天煤矿公共运输帮的高度确定方法 Download PDF

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CN111027219A CN201911275133.9A CN201911275133A CN111027219A CN 111027219 A CN111027219 A CN 111027219A CN 201911275133 A CN201911275133 A CN 201911275133A CN 111027219 A CN111027219 A CN 111027219A
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Abstract

本发明提供一种相邻同向协同开采露天煤矿公共运输帮的高度确定方法，其特征在于，包括如下步骤：获取煤矿开采消耗模型与公共运输帮高度的第一函数关系，其中煤矿包括第一煤矿和第二煤矿，所述第一煤矿为先开采的煤矿，所述第二煤矿为后开采的煤矿；获取所述第二煤矿开采时对所述公共运输帮进行二次剥离时的剥离消耗模型与所述公共运输帮高度的第二函数关系；根据所述第一函数关系和所述第二函数关系确定使煤矿开采消耗最低的公共运输帮高度值作为最终公共运输帮高度。通过以上方案能够确定消耗最低时公共运输帮的高度，由此确定的公共运输帮的高度值能够提高开采效率并且具有最低的消耗成本。

Description

相邻同向协同开采露天煤矿公共运输帮的高度确定方法
技术领域
本发明涉及矿用自动化开采技术领域，具体地，涉及一种相邻同向协同开采露天煤矿公共运输帮的高度确定方法。
背景技术
我国适合露天开采的矿田内，受地质条件、矿体赋存条件、开采工艺及经济开采条件等因素影响，大多划分成几个或多个露天矿山进行开采。在相邻两露天矿相邻采区同向开采过程中，为了极大回收相邻中部帮压覆的资源量，减少矿产资源的损失浪费，相邻露天矿间往往进行协调开采，利用两矿开采工作线不同步的优势，建立相邻运输帮内排运输道路，不仅实现相邻帮下压资源量的回收，同时实现两露天矿利用相邻运输帮实现内排双环运输，降低运输成本。
在实际生产中，为了扩大内排空间，超前开采的露天矿往往全压覆内排，造成同向开采的后续露天矿在公共运输帮处二次剥离量增大；或后续矿山为减少二次剥离工程，要求公共运输帮高度过低，造成车辆内排反向运输困难度增加。基于以上原因，公共运输帮的高度对于开采效率以及开采成本都具有较大的影响，而现有技术中公共运输帮的高度都是由工作人员基于个人经验进行确定，缺乏一定的理论依据，经常由于运输帮的高度不合理降低了开采效率并且增加了成本。
发明内容
本发明实施例旨在提供一种相邻同向协同开采露天煤矿公共运输帮的高度确定方法，以合理的确定公共运输帮的高度使其能够提升开采效率同时降低开采成本。
为此，本发明提供一种相邻同向协同开采露天煤矿公共运输帮的高度确定方法，包括如下步骤：
获取煤矿开采消耗模型与公共运输帮高度的第一函数关系，其中煤矿包括第一煤矿和第二煤矿，所述第一煤矿为先开采的煤矿，所述第二煤矿为后开采的煤矿；
获取所述第二煤矿开采时对所述公共运输帮进行二次剥离时的剥离消耗模型与所述公共运输帮高度的第二函数关系；
根据所述第一函数关系和所述第二函数关系确定使煤矿开采消耗最低的公共运输帮高度值作为最终公共运输帮高度。
可选地，上述的相邻同向协同开采露天煤矿公共运输帮的高度确定方法，获取煤矿开采消耗模型与公共运输帮高度的第一函数关系的步骤中：
所述煤矿开采消耗模型中由于预留公共运输帮所导致的剥离物运距增加而引起的剥离运输消耗增加值为因变量，以公共运输帮的高度作为自变量，以第一煤矿和第二煤矿在公共运输帮处的开采深度、第一煤矿和第二煤矿的协调开采推进度、第一煤矿和第二煤矿的公共相邻帮处矿体厚度、第二煤矿的开采工作线长度、车辆运输消耗和二次采装消耗作为已知参数。
可选地，上述的相邻同向协同开采露天煤矿公共运输帮的高度确定方法，获取煤矿开采消耗模型与公共运输帮高度的第一函数关系的步骤中，所述煤矿开采消耗模型为：
Figure BDA0002315353850000021
其中，Fz为不同压帮高度条件下的剥离运输消耗；V为第一煤矿和第二煤矿的协调开采推进度；H为第一煤矿和第二煤矿的开采深度；h为公共运输帮的高度；θ为第一煤矿和第二煤矿采掘场的最终帮坡角；B为第一煤矿和第二煤矿的公共相邻帮处煤层厚度；γ为第一煤矿和第二煤矿的内排土场最终帮坡角；C1为车辆水平运输单位距离增加的运输成本，其单位为：元/m·km；C2为车辆纵向运输单位提升高度增加的运输成本，其单位为：元/m·m；L0为第二煤矿的采煤工作线长度；K为车辆端帮提升平均坡度，以百分数表示。
可选地，上述的相邻同向协同开采露天煤矿公共运输帮的高度确定方法，获取所述第二煤矿开采时对所述公共运输帮进行二次剥离时的剥离消耗模型与所述公共运输帮高度的第二函数关系的步骤中：
所述剥离消耗模型以由于预留公共运输帮所导致的第二煤矿开采时节约的二次剥离消耗作为因变量，以公共运输帮高度作为自变量，以第一煤矿和第二煤矿在公共运输帮处的开采深度、第一煤矿和第二煤矿的协调开采推进度、第一煤矿和第二煤矿的公共相邻帮处矿体厚度、第二煤矿的开采工作线长度、车辆运输消耗和二次采装消耗作为已知参数、车辆的综合单位消耗和车辆的采装消耗作为已知参数。
可选地，上述的相邻同向协同开采露天煤矿公共运输帮的高度确定方法，所述获取所述第二煤矿开采时对所述公共运输帮进行二次剥离时的剥离消耗模型的步骤中，所述剥离消耗模型为：
Figure BDA0002315353850000031
其中：Fe为不同压帮高度条件下的二次剥离费用；b0为第一煤矿和第二煤矿的内排土场与工作帮坑底平均距离；C3为车辆的综合单位运费，单位为：元/m3·km；C4为车辆的采装单价，单位为：元/m3。
可选地，上述的相邻同向协同开采露天煤矿公共运输帮的高度确定方法，根据所述第一函数关系和所述第二函数关系确定使煤矿开采消耗最低的公共运输帮高度值作为最终公共运输帮高度的步骤中：
根据所述第一函数绘制所述剥离运输消耗增加值与公共运输帮高度之间的第一关系曲线；根据所述第二函数绘制二次剥离消耗与公共运输帮高度之间的第二关系曲线；
以所述第一关系曲线和所述第二关系曲线拟合后的最低点对应的公共运输帮的高度作为所述最终公共运输帮高度。
可选地，上述的相邻同向协同开采露天煤矿公共运输帮的高度确定方法，根据所述第一函数关系和所述第二函数关系确定使煤矿开采消耗最低的公共运输帮高度值作为最终公共运输帮高度的步骤中：
根据所述第一函数和所述第二函数确定开采总消耗与公共运输帮高度之间的第三函数，以所述第三函数最小值对应的公共运输帮高度作为所述最终公共运输帮高度。
可选地，上述的相邻同向协同开采露天煤矿公共运输帮的高度确定方法，以煤矿开采消耗与剥离消耗之和作为开采总消耗，将所述第一函数与所述第二函数相加后得到所述第三函数。
本发明提供的以上技术方案，与现有技术相比，至少具有以下有益效果：
本发明提供的相邻同向协同开采露天煤矿公共运输帮的高度确定方法，以不同公共运输帮高度变化所产生的：相邻两矿开采消耗为第一函数，以后续开采的第二煤矿同向开采相邻端帮区域所产生的二次剥离消耗为第二函数；以公共运输帮高度为唯一求解变量；以两相邻露天矿在公共运输帮处的开采深度、矿体厚度、第二煤矿开采工作线长度、车辆运输单价、二次采装费用等参数作为基础变量；根据第一函数和第二函数的值，确定消耗最低时公共运输帮的高度，由此确定的公共运输帮的高度值能够提高开采效率并且具有最低的消耗即最低的成本。
附图说明
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
图1为本发明一个实施例所述相邻同向协同开采露天煤矿公共运输帮的高度确定方法的流程图；
图2为本发明一个实施例所述的相邻露天矿相邻采区同向错帮开采关系平面示意图；
图3为本发明一个实施例所述的两采区压帮内排与二次剥离生产关系剖面示意图；
图4为本发明一个实施例所述的后续采区二次剥离及排土运输程序剖面示意图；
图5为本发明一个实施例所述的相邻露天矿协调同向错帮开采最小追踪距离及车辆排土路线规划示意图；
图6为本发明实施例所述最优合理压帮高度模型计算理论示意图。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明的简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个组件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，本发明以下实施例中的各个方案只要不彼此冲突，则可以根据实际需要进行组合。
本实施例提供一种相邻同向协同开采露天煤矿公共运输帮的高度确定方法，所说的公共运输帮是指相邻两露天矿山采区同向开采中根据端帮稳定系数及内排运输、安全平盘要素确定的公共运输帮(所述的安全稳定条件是指相邻公共运输帮留设参数要满足设备运输、清扫作业及公共运输帮最终稳定的要求)。如图1所示，包括如下步骤：
步骤一：获取煤矿开采消耗模型与公共运输帮高度的第一函数关系，其中煤矿包括第一煤矿和第二煤矿，所述第一煤矿为先开采的煤矿，所述第二煤矿为后开采的煤矿。参考图2为相邻露天矿相邻采区同向错帮开采关系平面示意图。其中第一煤矿为图中所示超前开采露天矿，第二煤矿为后续追踪开采露天矿。优选地，所述煤矿开采消耗模型中由于预留公共运输帮所导致的剥离物运距增加而引起的剥离运输消耗增加值为因变量，以公共运输帮的高度作为自变量，以第一煤矿和第二煤矿在公共运输帮处的开采深度、第一煤矿和第二煤矿的协调开采推进度、第一煤矿和第二煤矿的公共相邻帮处矿体厚度、第二煤矿的开采工作线长度、车辆运输消耗和二次采装消耗作为已知参数。在对煤矿开采进行规划时以及随着煤矿开采进行过程中，煤矿的以上已知参数都是能够获得的，公共运输帮的高度作为自变量进行确定，其余均为已知参数。优选地，通过如下方式得到所述第一函数：
Figure BDA0002315353850000061
其中，Fz为不同压帮高度条件下的剥离运输消耗；V为第一煤矿和第二煤矿的协调开采推进度；H为第一煤矿和第二煤矿的开采深度；h为公共运输帮的高度；θ为第一煤矿和第二煤矿采掘场的最终帮坡角；B为第一煤矿和第二煤矿的公共相邻帮处煤层厚度；γ为第一煤矿和第二煤矿的内排土场最终帮坡角；C1为车辆水平运输单位距离增加的运输成本，其单位为：元/m·km；C2为车辆纵向运输单位提升高度增加的运输成本，其单位为：元/m·m；L0为第二煤矿的采煤工作线长度；K为车辆端帮提升平均坡度，以百分数表示。
步骤二：获取所述第二煤矿开采时对所述公共运输帮进行二次剥离时的剥离消耗模型与所述公共运输帮高度的第二函数关系。进一步地，所述剥离消耗模型以由于预留公共运输帮所导致的第二煤矿开采时节约的二次剥离消耗作为因变量，以公共运输帮高度作为自变量，以第一煤矿和第二煤矿在公共运输帮处的开采深度、第一煤矿和第二煤矿的协调开采推进度、第一煤矿和第二煤矿公共相邻帮处矿体厚度、第二煤矿的开采工作线长度、车辆运输消耗和二次采装消耗作为已知参数、车辆的综合单位消耗和车辆的采装消耗作为已知参数。如同步骤一中所提出的，在对煤矿开采进行规划时以及随着煤矿开采进行过程中，煤矿的以上已知参数都是能够获得的，公共运输帮的高度作为自变量进行确定，其余均为已知参数。优选地，所述剥离消耗模型为：
Figure BDA0002315353850000071
其中：Fe为不同压帮高度条件下的二次剥离消耗；b0为第一煤矿和第二煤矿的内排土场与工作帮坑底平均距离；C3为车辆的综合单位运费，单位为：元/m3·km；C4为车辆的采装单价，单位为：元/m3。
步骤三：根据所述第一函数关系和所述第二函数关系确定使煤矿开采消耗最低的公共运输帮高度值作为最终公共运输帮高度。
需要说明的是，以上方案中默认第一煤矿和第二煤矿具有相同的开采参数进行运算，而如果两个煤矿具有不同的开采参数则可以采用以上公式分别代入到第一煤矿中进行第一煤矿的运算分析，之后代入到第二煤矿中进行第二煤矿的运算分析，最后将第一煤矿和第二煤矿的求解结果求和即可实现。
以上模型理论分析如下：如在公共运输帮处留沟将导致超前开采露天矿的部分剥离物需要额外排弃至其内排土场的上部，增加超前开采露天矿的反向运输费用(Fz-1)；同时由于公共运输帮降低导致的中部运输道路的减少，也将增加两矿卡车通过公共运输帮内排上运的部分运输成本(Fz-2)、(Fz-3)。对于后续同向开采露天矿来说，因公共运输帮高度不同而产生的相邻端帮区域所产生的二次剥离总费用(Fe)不同，且二次剥离总费用(Fe)与反向运输费用(Fz)的变化呈反向关系。在不同公共运输帮内排高度(h)时反向运输增加的剥离运输费用(Fz)和节省的二次剥离费用(Fe)的变化情况下，计算出增加的剥离运输费用(Fz)与节省的二次剥离费用(Fe)之和最小时的压帮高度，即为合理的压帮高度(hr)。
参考图3至图5，以准格尔地区某两大型相邻露天矿协调同向开采为例对上述方案进行详细说明。
两大型相邻露天矿位于准格尔煤田中东部，两矿的矿区面积合计为111.76km2，资源储量3206.1Mt。整个煤田被广厚的黄土所掩盖，厚度大，部分为风积沙覆盖，黄土高原的复杂地形地貌，沟谷纵横交错，全区地形西北高东南低，一般高程在+1100～1300m。矿区内公路、铁路交通已形成网络，交通十分方便。本区属于典型的温带大陆性气候，具体特点是：日照丰富、干燥少雨、蒸发量远大于降水量、风大沙多，无霜期短、全年露天煤矿有效生产工作日数为330d，每天3班，每班8h。经两矿条区重新划分后，两矿2018年采煤工作线进行同向错帮协调开采，相邻公共帮处采煤工作线相距1.2km，相邻公共帮处主采煤层平均稳定厚度36m，两矿共用中部运输端帮实现双环内排运输。超前开采露天矿剥离主要采用220-326t级自卸卡车配合35-55m3级电铲；后续错帮开采的露天矿剥采工艺采用拉斗铲倒堆+抛掷爆破无运输工艺剥离煤层顶板以上45m剥离层；采用154-290t级自卸卡车配合35-55m3级电铲开采中部剥离层。两矿上部表土均采用小型外包设备剥离部分上部表土以平衡自营设备生产能力。两矿采煤工艺采用单斗-卡车-半移动式破碎站半连续工艺，采煤工作线推进度约360m/a，总生产能力为69.0Mt/a。
两矿其它主要开采要素及条件见表1所示，两矿采煤工作线最小追踪距离满足露天矿正常剥采生产及运输系统布置条件(如图5所示，L1为后续错帮开采露天矿采煤工作线至公共运输帮最小距离；L2为超前开采露天矿采煤工作线至公共运输帮最小距离；L3为最优合理公共运输帮运输平盘宽度)。
表1某两大型相邻露天矿协调同向开采主要开采参数表
Figure BDA0002315353850000081
Figure BDA0002315353850000091
模型应用效果分析：超前开采露天矿全压帮内排导致后续错帮开采露天矿二次剥离量及二次剥离费用增大，反之超前开采露天矿中部全留沟内排将导致两矿内排卡车反向运输费用增加，利用本发明模型计算方法，参照卡车运输单价，2.2元/(m3·km)；二次剥离挖装单价，2.0元/m3，求得两矿同向协调开采理论合理的公共运输帮高度为煤层顶板以上107m时的剥离运输成本增加值(Fz)与节省的二次剥离费用(Fe)之和最小，即求得最优合理压帮高度。结合两矿端帮实际参数，最终确定两矿中部公共运输帮经济合理高度为+1100m水平，较现状压帮内排水平优化降低了30m，最终后续错帮开采露天矿的二次剥离费用每年直接节省8217万元。
以上方案中，优选地，参考图6，步骤三中：根据所述第一函数绘制所述剥离运输消耗增加值与公共运输帮高度之间的第一关系曲线；根据所述第二函数绘制二次剥离消耗与公共运输帮高度之间的第二关系曲线；以所述第一关系曲线和所述第二关系曲线拟合后的最低点对应的公共运输帮的高度作为所述最终公共运输帮高度。
作为另一种可实现的方案，步骤三中：根据所述第一函数和所述第二函数确定开采总消耗与公共运输帮高度之间的第三函数，以所述第三函数最小值对应的公共运输帮高度作为所述最终公共运输帮高度。较佳地，以煤矿开采消耗与剥离消耗之和作为开采总消耗，将所述第一函数与所述第二函数相加后得到所述第三函数。
以上方案中，在相邻露天矿采用中部公共运输帮实现双环内排运输的必要条件下，结合两矿生产参数，以内排压帮高度为自变量，分别建立相邻露天矿同向错帮开采时超前开采露天矿全压覆内排或半压覆内排所产生的卡车内排反向运输费用、后续错帮开采露天矿的二次剥离费用经济函数，并求得最优函数值即为相邻露天矿山同向协同开采公共运输帮经济合理高度。以上方案的积极效果是：通过模型分析后，可以验证、优化类似条件下相邻露天矿同向协同开采下的公共运输帮经济合理高度，优化内排空间并减少二次剥离费用，最终实现相邻两矿公共帮下资源全部回收，降低生产成本，提高效率。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种相邻同向协同开采露天煤矿公共运输帮的高度确定方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取煤矿开采消耗模型与公共运输帮高度的第一函数关系，其中煤矿包括第一煤矿和第二煤矿，所述第一煤矿为先开采的煤矿，所述第二煤矿为后开采的煤矿；
获取所述第二煤矿开采时对所述公共运输帮进行二次剥离时的剥离消耗模型与所述公共运输帮高度的第二函数关系；
根据所述第一函数关系和所述第二函数关系确定使煤矿开采消耗最低的公共运输帮高度值作为最终公共运输帮高度。
2.根据权利要求1所述的相邻同向协同开采露天煤矿公共运输帮的高度确定方法，其特征在于，获取煤矿开采消耗模型与公共运输帮高度的第一函数关系的步骤中：
所述煤矿开采消耗模型中由于预留公共运输帮所导致的剥离物运距增加而引起的剥离运输消耗增加值为因变量，以公共运输帮的高度作为自变量，以第一煤矿和第二煤矿在公共运输帮处的开采深度、第一煤矿和第二煤矿的协调开采推进度、第一煤矿和第二煤矿的公共相邻帮处矿体厚度、第二煤矿的开采工作线长度、车辆运输消耗和二次采装消耗作为已知参数。
3.根据权利要求2所述的相邻同向协同开采露天煤矿公共运输帮的高度确定方法，其特征在于，获取煤矿开采消耗模型与公共运输帮高度的第一函数关系的步骤中，所述煤矿开采消耗模型为：
Figure FDA0002315353840000011
其中，Fz为不同压帮高度条件下的剥离运输消耗；V为第一煤矿和第二煤矿的协调开采推进度；H为第一煤矿和第二煤矿的开采深度；h为公共运输帮的高度；θ为第一煤矿和第二煤矿采掘场的最终帮坡角；B为第一煤矿和第二煤矿的公共相邻帮处煤层厚度；γ为第一煤矿和第二煤矿的内排土场最终帮坡角；C1为车辆水平运输单位距离增加的运输成本，其单位为：元/m·km；C2为车辆纵向运输单位提升高度增加的运输成本，其单位为：元/m·m；L0为第二煤矿的采煤工作线长度；K为车辆端帮提升平均坡度，以百分数表示。
4.根据权利要求3所述的相邻同向协同开采露天煤矿公共运输帮的高度确定方法，其特征在于，获取所述第二煤矿开采时对所述公共运输帮进行二次剥离时的剥离消耗模型与所述公共运输帮高度的第二函数关系的步骤中：
所述剥离消耗模型以由于预留公共运输帮所导致的第二煤矿开采时节约的二次剥离消耗作为因变量，以公共运输帮高度作为自变量，以第一煤矿和第二煤矿在公共运输帮处的开采深度、第一煤矿和第二煤矿的协调开采推进度、第一煤矿和第二煤矿的公共相邻帮处矿体厚度、第二煤矿的开采工作线长度、车辆运输消耗和二次采装消耗作为已知参数、车辆的综合单位消耗和车辆的采装消耗作为已知参数。
5.根据权利要求4所述的相邻同向协同开采露天煤矿公共运输帮的高度确定方法，其特征在于，所述获取所述第二煤矿开采时对所述公共运输帮进行二次剥离时的剥离消耗模型的步骤中，所述剥离消耗模型为：
Figure FDA0002315353840000021
其中：Fe为不同压帮高度条件下的二次剥离消耗；b0为第一煤矿和第二煤矿的内排土场与工作帮坑底平均距离；C3为车辆的综合单位运费，单位为：元/m3·km；C4为车辆的采装单价，单位为：元/m3。
6.根据权利要求1-5任一项所述的相邻同向协同开采露天煤矿公共运输帮的高度确定方法，其特征在于，根据所述第一函数关系和所述第二函数关系确定使煤矿开采消耗最低的公共运输帮高度值作为最终公共运输帮高度的步骤中：
根据所述第一函数绘制所述剥离运输消耗增加值与公共运输帮高度之间的第一关系曲线；根据所述第二函数绘制二次剥离消耗与公共运输帮高度之间的第二关系曲线；
以所述第一关系曲线和所述第二关系曲线拟合后的最低点对应的公共运输帮的高度作为所述最终公共运输帮高度。
7.根据权利要求1-5任一项所述的相邻同向协同开采露天煤矿公共运输帮的高度确定方法，其特征在于，根据所述第一函数关系和所述第二函数关系确定使煤矿开采消耗最低的公共运输帮高度值作为最终公共运输帮高度的步骤中：
根据所述第一函数和所述第二函数确定开采总消耗与公共运输帮高度之间的第三函数，以所述第三函数最小值对应的公共运输帮高度作为所述最终公共运输帮高度。
8.根据权利要求7所述的相邻同向协同开采露天煤矿公共运输帮的高度确定方法，其特征在于：
以煤矿开采消耗与剥离消耗之和作为开采总消耗，将所述第一函数与所述第二函数相加后得到所述第三函数。
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