CN112922601B - 一种倾斜煤层露天矿二量留设方法 - Google Patents
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Abstract
本申请属于露天矿开采技术领域，提供了一种倾斜煤层露天矿二量留设方法：在采煤作业过程中进行折形的二量留设区的保留，二量留设区设于煤层底板靠近端帮处，所述二量留设区包括设于端帮的第一竖直段与设于煤层底板的水平段，根据露天矿的备采煤量确认折形的所述二量留设区的形态参数，并根据二量留设区的形态参数自下而上依次在煤层底板靠近端帮位置保留二量留设区，完成二量留设区空间保留工作；在所述露天矿煤层的不利剥离时间，采场的推进暂停，采煤作业转至二量留设区位置，进行二量留设区备采煤量的开采作业。本发明在煤层底板靠近端帮处设置二量留设区，可以减少采场超前推进距离，减小内排运距。
Description
技术领域
本申请属于露天矿开采技术领域，特别涉及一种倾斜煤层露天矿二量留设方法。
背景技术
在露天矿生产过程中，为了保证采矿工作在时间和空间上相互衔接，避免由于剥岩欠量、掘沟落后等原因造成生产中断，设置储备煤量，以保证在开拓和准备工程发生意外时仍能保持一段时间内的正常出煤，传统上将这部分储备煤量称为“二量”。
目前，我国露天煤矿多为复合煤层露天矿，主要分布在内蒙古、山西、新疆等北方地区，冬季漫长而寒冷，为有效避开冬季恶劣的剥离施工条件，降低生产成本，剥离工程大多实施季节性作业，即将剥离工程集中在夏秋两季，形成超前剥离，冬春两季只采煤，不剥离。
为满足冬春两季采煤作业的需求，夏秋两季需要将剥离物提前剥离，保留足够的备采煤量。对于具备内排条件的季节性剥离露天矿而言，生产规模确定后，备采煤量保有期越长，超前剥离量越大。
如图1和图2所示，常规露天矿二量留设方式一般为加大煤层1的台阶宽度，即煤层上部剥离物超前推进，煤层工作平盘宽度适当放宽，备采煤量2设于煤层工作平盘上，在煤层工作平盘进行二量留设。
目前，我国大型露天煤矿年生产能力一般在10Mt以上，储备煤量也相应较大，采用常规二量留设方式将对露天矿生产带来下列不利影响：
1、增加剥离物的排弃运距。这主要体现在两个方面：一是储备煤量过多，造成露天矿超前剥离量大，导致露天矿的剥离台阶与内排土场4的追踪距离变大，增加剥离物在端帮运输通道的运距；二是储备煤量过多，压缩了露天矿内排土场的排弃空间，加大了排土压力。
2、占用资金。储备煤量过多意味着露天矿的资金提前投入，减少了露天矿可支配的资金流，影响到露天矿的正常生产。
3、影响煤质。储备煤量过多使得一部分原煤暴露的时间过长，外部天气的影响以及煤层本身的氧化都会对露天矿的煤质产生一定的影响，甚至可能引起自然发火，从而影响到露天矿的经济效益。
对于倾斜煤层露天矿而言，推进过程中往往伴随着降深工作的进行，为保证冬春两季备采煤量的需求，与近水平露天矿相比超前剥离量更大，保留煤层宽平盘的二量留设方式对倾斜煤层露天矿生产的不利影响更为显著。
因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。
发明内容
本申请的目的在于提供一种倾斜煤层露天矿二量留设方法，以解决或缓解上述现有技术中存在的问题。
为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：
本申请提供了一种倾斜煤层露天矿二量留设方法，包括以下步骤：
步骤S1，布设二量留设区：在采煤作业过程中进行二量留设区的保留，所述二量留设区设于煤层底板靠近端帮处，所述二量留设区为折形，折形的所述二量留设区包括设于端帮的第一竖直段与设于煤层底板的水平段；根据露天矿的备采煤量确认折形的所述二量留设区的形态参数，并根据二量留设区的形态参数自下而上依次在煤层底板靠近端帮位置保留二量留设区，完成二量留设区空间保留工作；
步骤S2，开采二量留设区：在所述露天矿煤层的不利剥离时间，采场的推进暂停，采煤作业转至步骤S1中确定的二量留设区位置，进行二量留设区备采煤量的开采作业。
如上述倾斜煤层露天矿二量留设方法，优选地，在步骤S2之后，还包括：
步骤S3，保持采场推进：当采场具备推进条件后，保持采煤作业的继续推进，同时，按照步骤S1进行下一个二量留设区的煤量留设，以保证下一个不利剥离时间的采煤需求；
步骤S4，重复步骤S1至S3，直至采场最上部平盘推进至地表境界，将露天矿全部煤量采出。
如上述倾斜煤层露天矿二量留设方法，优选地，在步骤S1中，所述露天矿年生产能力为Ap，在煤层底板靠近端帮处保留的备采煤量为
如上述倾斜煤层露天矿二量留设方法，优选地，在步骤S1中，二量留设区的形态参数包括单台阶二量留设区的形态参数及二量留设区的台阶数n。
如上述倾斜煤层露天矿二量留设方法，优选地，在步骤S1中，单台阶二量留设区的形态参数包括：二量留设区的水平段的长度L、第一竖直段的长度Dd、第一竖直段的宽度Dz和水平段的宽度Ds。
如上述倾斜煤层露天矿二量留设方法，优选地，在步骤S1中，所述第一竖直段的宽度Dz为端帮运输道路宽度。
如上述倾斜煤层露天矿二量留设方法，优选地，在步骤S1中，水平段的长度L、第一竖直段的长度Dd、水平段的宽度Ds以及二量留设区的台阶数n均需要根据二量留设区的备采煤量进行设计及验算。
如上述倾斜煤层露天矿二量留设方法，优选地，在步骤S1中，在所述二量留设区的煤层底板一侧设置有与水平段垂直的第二竖直段；
优选地，第二竖直段的长度等于第一竖直段的长度Dd减去水平段的宽度Ds；
优选地，第二竖直段的宽度为端帮运输道路宽度Dz。
如上述倾斜煤层露天矿二量留设方法，优选地，在步骤S1中，优先考虑在煤层底板靠近一侧端帮处进行单侧二量留设区的留设作业，若单侧二量留设区的留设煤量满足在不利剥离时间的备采煤量需求，设置单侧二量留设区即可；若单侧二量留设的留设煤量不满足在不利剥离时间的备采煤量需求，则考虑在煤层底板靠近两侧端帮处均进行二量留设区的留设作业；若在煤层底板靠近两侧端帮处均设置二量留设区也不满足在不利剥离时间的备采煤量需求，则需要调整二量留设区形态参数至满足在不利剥离时间的备采煤量需求。
如上述倾斜煤层露天矿二量留设方法，优选地，在步骤S2中，按照自上而下的顺序进行二量留设区备采煤量的开采作业。
与最接近的现有技术相比，本申请实施例的技术方案具有如下有益效果：
本申请中提供的倾斜煤层露天矿二量留设方法，与常规二量留设方法相比：
1、在煤层底板靠近端帮处设置二量留设区，可以减少采场超前推进距离，减小内排运距。
2、在煤层底板靠近端帮处设置二量留设区，不仅可以灵活调整单台阶二量留设区的形态参数，同时可以灵活调整二量留设区的台阶数。
3、在煤层底板靠近端帮处设置二量留设区，可以根据需要选择在煤层底板靠近一侧端帮处设置单侧二量留设区或者在煤层底板靠近两侧端帮处均设置二量留设区。
4、本申请在采场局部形成折形的二量留设区，对端帮具有一定压脚作用，有利于边坡的稳定。
5、根据备采煤量的需求进行验算得到二量留设区的形态参数，基于形态参数保留二量留设区，能避免因保留过多备采煤量，造成减少露天矿内排土场的排弃空间，加大了排土压力；能避免过多的保留备采煤量导致的占用资金过多的情况，并且减少备采煤量中一部分原煤的暴露时间，避免过长时间的暴露影响煤质或者引发火灾的情况，对露天矿具有更好的经济性。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。其中：
图1为传统二量留设方法示意图；
图2为图1的A-A剖面图；
图3为本申请的二量留设方法示意图；
图4为图3中二量留设区的结构详图。
附图标记说明：
1-煤层；2-备采煤量；3-二量留设区；4-内排土场；5-煤层底板；a-采场推进方向。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。各个示例通过本申请的解释的方式提供而非限制本申请。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本申请的范围或精神的情况下，可在本申请中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本申请包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。
在本申请的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”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申请而不是要求本申请必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。本申请中使用的术语“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连；可以是有线电连接、无线电连接，也可以是无线通信信号连接，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
本发明公开了一种倾斜煤层露天矿二量留设方法。将原有二量留设区3的二量留设方法中的直线型工作线改为折形的，如图1和图2所示，原直线型工作线设于煤层1处，如图3和图4所示，本申请将二量留设区3设于煤层底板靠近端帮处，以解决原有二量留设方法中超前推进距离过大的问题，具体步骤如下：
步骤S1，布设二量留设区。
进行二量留设作业之前保持采场台阶的正常推进，当采场推进一定距离，露天矿追踪距离增大至一定程度，具备进行二量留设作业的空间时，进入二量留设区的煤量留设阶段。
复合煤层露天矿煤层之间二量留设过程具有相似性，为简化说明过程，本实施例中，以单一倾斜煤层露天矿为例，说明采用折形的二量留设区3进行二量留设的过程。
所述二量留设区3设于煤层底板5靠近端帮处，所述二量留设区3为折形，折形的二量留设区3包括设于端帮的第一竖直段与设于煤层底板5的水平段。其中，第一竖直段对端帮具有一定压脚作用，有利于边坡的稳定。
进一步的，在所述二量留设区3的煤层底板5一侧设置有与水平段垂直的第二竖直段。
煤炭工业露天矿设计规范规定，备采煤量的保有期按开采年度的计划产量计算，保有期取1～2个月；本实施例中，冬春两季为不利剥离时间，剥离成本较高，在冬春两季可以不剥离，只采煤，从而降低整体剥离成本。对季节性作业的露天煤矿，其保有期可根据具体条件通过工艺论证确定。
假设露天矿年生产能力为Ap，因此，露天矿的备采煤量总量也为AP，备采煤量为1-2个月内需要开采的煤量，因此在不利剥离时间需要在煤层底板5靠近端帮处保留的备采煤量约为
根据露天矿的备采煤量进行设计和验算折形的所述二量留设区3的形态参数。具体如下：
二量留设区3的形态参数包括单台阶二量留设区的形态参数及二量留设区的台阶数n。
如图4所示，单台阶二量留设区的形态参数包括：二量留设区的水平段的长度L、第一竖直段的长度Dd、第一竖直段的宽度Dz、水平段的宽度Ds、第二竖直段的宽度以及第二竖直段的长度。
其中，第一竖直段的宽度Dz及第二竖直段的宽度均为端帮运输道路宽度，第二竖直段的长度等于第一竖直段的长度Dd减去水平段的宽度Ds。水平段的长度L、第一竖直段的长度Dd、水平段的宽度Ds以及二量留设区的台阶数n均需要根据二量留设区的备采煤量进行设计及验算。
如图4所示，假设二量留设区的单台阶高度为H，则右侧二量留设区的单台阶备采煤量M1为：
M1＝[(L+DZ)×Ds+(Dd-Ds)×DZ+(Dd-Ds)×DZ]×H (1)
同理，左侧二量留设区的单台阶煤量M2为：
M2＝[(L+DZ)×Ds+(Dd-Ds)×DZ+(Dd-Ds)×DZ]×H (2)
式(1)和式(2)中：
L—水平段的长度，单位为m；
Dd—第一竖直段的长度，单位为m；
Dz—端帮运输道路宽度，单位为m；
Ds—水平段的宽度，单位为m。
其中，Dz为已知参数，水平段的长度L、第一竖直段的长度Dd、水平段的宽度Ds需要根据备采煤量进行设计。
假设二量留设区的台阶数为n，其中右侧二量留设区的台阶数为n1，左侧二量留设区的台阶数为n2，则右侧备采煤量为M1×n1，左侧备采煤量为M2×n2，n1以及n2需要根据备采煤量进行设计。
设计备采煤量M为：
M＝n1×M1+n2×M2 (3)
式中：
n1—右侧二量留设区的台阶数；
n2—左侧二量留设区的台阶数。
设计备采煤量M的验算条件为：
进一步的，优先考虑在煤层底板靠近一侧端帮处进行单侧二量留设区的留设作业，若单侧二量留设区的留设煤量满足在冬春两季的备采煤量需求，设置单侧二量留设区即可；若单侧二量留设的留设煤量不满足在冬春两季的备采煤量需求，则考虑在煤层底板靠近两侧端帮处均进行二量留设区的留设作业；若在煤层底板靠近两侧端帮处均设置二量留设区也不满足在冬春两季的备采煤量需求，则需要调整二量留设区形态参数至满足在冬春两季的备采煤量需求。
进一步的，通常情况下，冬春两季备采煤量需求较小，通过调整二量留设区3的形态参数即可满足留设备采的需求，可以进行二量留设作业。
通过验算确认好二量留设区3的形态参数后，夏秋两季采场推进过程中，结合设计二量留设区3的形态参数自下而上依次保留二量留设区3留设工作，本发明提供的二量留设方法可充分利用无法内排的矿坑空间进行二量留设区3的煤量留设工作。
步骤S2，开采二量留设区。
冬春两季为不利剥离季节，采场的推进暂停，采煤作业转至步骤S1中确定的二量留设区3位置，进行二量留设区3备采煤量的开采作业。
进一步的，由于开采倾斜煤层需要进行降深作业，因此上部的二量留设区3优先被揭露，其次是下部的台阶。开采作业时按照自上而下的顺序在已形成的二量留设区3上进行备采煤量的开采作业，以优先将上部二量留设区3的台阶采出，尽快释放内排空间。
步骤S3，保持采场推进。
当冬春两季结束采场具备推进条件后，保持采煤作业的继续推进，同时，按照步骤S1进行下一个二量留设区的煤量留设，以保证下一个冬春两季的采煤需求。
步骤S4，回收全部煤量。
重复步骤S1至S3，直至采场最上部平盘推进至地表境界，将露天矿全部煤量采出即可。
综上所述，本发明提供了一种倾斜煤层露天矿二量留设方法，与常规二量留设方法相比：
1、在煤层底板靠近端帮处设置二量留设区，可以减少采场超前推进距离，减小内排运距。
2、在煤层底板靠近端帮处设置二量留设区，不仅可以灵活调整单台阶二量留设区的形态参数，同时可以灵活调整二量留设区的台阶数。
3、在煤层底板靠近端帮处设置二量留设区，可以根据需要选择在煤层底板靠近一侧端帮处设置单侧二量留设区或者在煤层底板靠近两侧端帮处均设置二量留设区。
4、本申请在采场局部形成折形的二量留设区，对端帮具有一定压脚作用，有利于边坡的稳定。
5、根据备采煤量的需求进行验算得到二量留设区的形态参数进行保留二量留设区，能避免因保留过多备采煤量，造成减少露天矿内排土场的排弃空间，加大了排土压力；能避免过多的保留备采煤量导致的占用资金过多的情况，并且减少备采煤量中一部分原煤的暴露时间，避免过长时间的暴露影响煤质或者引发火灾的情况，对露天矿具有更好的经济性。
以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种倾斜煤层露天矿二量留设方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，布设二量留设区：在采煤作业过程中进行二量留设区的保留，所述二量留设区设于煤层底板靠近端帮处，所述二量留设区为折形，折形的所述二量留设区包括设于端帮的第一竖直段与设于煤层底板的水平段；根据露天矿的备采煤量确认折形的所述二量留设区的形态参数，并根据二量留设区的形态参数自下而上依次在煤层底板靠近端帮位置保留二量留设区，完成二量留设区空间保留工作；
步骤S2，开采二量留设区：在露天矿煤层的不利剥离时间，采场的推进暂停，采煤作业转至步骤S1中确定的二量留设区位置，进行二量留设区备采煤量的开采作业。
2.根据权利要求1所述的倾斜煤层露天矿二量留设方法，其特征在于，在步骤S2之后，还包括：
步骤S3，保持采场推进：当采场具备推进条件后，保持采煤作业的继续推进，同时，按照步骤S1进行下一个二量留设区的煤量留设，以保证下一个不利剥离时间的采煤需求；
步骤S4，重复步骤S1至S3，直至采场最上部平盘推进至地表境界，将露天矿全部煤量采出。
3.根据权利要求1所述的倾斜煤层露天矿二量留设方法，其特征在于，在步骤S1中，所述露天矿年生产能力为AP，在煤层底板靠近端帮处保留的备采煤量为
4.根据权利要求3所述的倾斜煤层露天矿二量留设方法，其特征在于，在步骤S1中，二量留设区的形态参数包括单台阶二量留设区的形态参数及二量留设区的台阶数n。
5.根据权利要求4所述的倾斜煤层露天矿二量留设方法，其特征在于，
在步骤S1中，单台阶二量留设区的形态参数包括：二量留设区的水平段的长度L、第一竖直段的长度Dd、第一竖直段的宽度Dz和水平段的宽度Ds。
6.根据权利要求5所述的倾斜煤层露天矿二量留设方法，其特征在于，在步骤S1中，所述第一竖直段的宽度Dz为端帮运输道路宽度。
7.根据权利要求6所述的倾斜煤层露天矿二量留设方法，其特征在于，在步骤S1中，水平段的长度L、第一竖直段的长度Dd、水平段的宽度Ds以及二
量留设区的台阶数n均需要根据二量留设区的备采煤量进行设计及验算。
8.根据权利要求7所述的倾斜煤层露天矿二量留设方法，其特征在于，在步骤S1中，在所述二量留设区的煤层底板一侧设置有与水平段垂直的第二竖直段；
第二竖直段的长度等于第一竖直段的长度Dd减去水平段的宽度Ds；
第二竖直段的宽度为端帮运输道路宽度Dz。
9.根据权利要求1所述的倾斜煤层露天矿二量留设方法，其特征在于，在步骤S1中，优先考虑在煤层底板靠近一侧端帮处进行单侧二量留设区的留设作业，若单侧二量留设区的留设煤量满足在不利剥离时间的备采煤量需求，设置单侧二量留设区即可；若单侧二量留设的留设煤量不满足在不利剥离时间的备采煤量需求，则考虑在煤层底板靠近两侧端帮处均进行二量留设区的留设作业；若在煤层底板靠近两侧端帮处均设置二量留设区也不满足在不利剥离时间的备采煤量需求，则需要调整二量留设区形态参数至满足在不利剥离时间的备采煤量需求。
10.根据权利要求1所述的倾斜煤层露天矿二量留设方法，其特征在于，在步骤S2中，按照自上而下的顺序进行二量留设区备采煤量的开采作业。
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