CN113047839B - 巨厚倾斜煤层露天矿排土场规划与端帮资源高效回收方法 - Google Patents
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Abstract
一种巨厚倾斜煤层露天矿排土场规划与端帮资源高效回收方法，适用于煤炭露天开采领域。首先进行靠帮开采；然后对开采后的排土场规划，将露天煤矿的排土场从之前的平直工作线，变成了现在的折线工作线，为端帮采煤机开采提供了场地；之后在靠近端帮的排土场台阶布置端帮采煤机对巨厚煤层露天矿在靠帮开采结束后的状态进行了开采，采煤机的开采方向与露天煤矿推进方向垂直，回收了端帮的煤炭资源后对巷道进行充填：充填结束后，滞后排土区域跟进一个巷道的宽度。其通过滞后排土给端帮采煤机提供了场地，步骤简单，实施方便，能够尽可能的回收端帮的端帮煤炭资源，不影响矿山其他处的正常生产。
Description
技术背景
本发明涉及一种排土场规划与端帮资源高效回收方法，尤其适用于煤炭露天开采领域使用的一种巨厚倾斜煤层露天矿排土场规划与端帮资源高效回收方法。
背景技术
我国露天煤矿产量约占全国煤炭总产量的15％-17％，截至2019年11月底，全国露天煤矿产能约9.5亿吨，占全国煤矿产能的18.6％。新疆地区是我国重要煤炭生产及储备区域，现已探明储量达2.2万亿吨，并且40％左右具备良好的露天开采条件，其中超过90％的煤炭储存及开采量位于北疆地区。2018年，全疆煤炭露天开采实际产量占50％以上，同比增长5.6％，排名全国第四。
而由于地质条件特殊，新疆大型露天煤矿煤层厚度大，单层煤厚度超过30m，局部甚至超过200m。此外，底板倾角超过10°，导致露天矿端帮压煤体积巨大。如何能在不影响矿山生产的前提下高效回收端帮下部的煤炭资源，一直都是新疆巨厚煤层露天煤矿的重要议题。现有的端帮下部煤炭资源回收方法较为传统且容易对矿山生产造成影响。
发明内容
为了克服现有方法的不足，本发明提供了一种巨厚倾斜煤层露天矿排土场规划与端帮资源高效回收方法，该方法可以在不影响矿山生产的条件下高效得回收端帮下部煤炭资源。
为解决上述问题，本发明的巨厚倾斜煤层露天矿排土场规划与端帮资源高效回收方法，其步骤如下
步骤1：首先沿厚度远大于4.60m的巨厚倾斜煤层倾斜方向的端帮进行靠帮开采；然后对开采后的排土场规划，将露天煤矿的排土场从之前的平直工作线，变成了现在的折线工作线，为端帮采煤机开采提供了场地
步骤2：在靠近端帮的排土场台阶(2-2)布置端帮采煤机对巨厚煤层露天矿在靠帮开采结束后的状态进行了开采，采煤机的开采方向与露天煤矿推进方向垂直，向端帮深部推进，靠近端帮一侧的排土场定义为滞后排土区域，为端帮采煤机作业提供场地；
步骤3：端帮采煤机开采极大限度的回收了端帮的煤炭资源，开采结束后将推进臂与截割头退出并向露天矿推进方向移动，随后对巷道进行充填，靠近端帮的滞后排土区域以常规排弃方法进行排弃；
步骤4：充填结束后，滞后排土区域跟进一个巷道的宽度。
所述巨厚倾斜煤层厚度为Hm，单位m，煤层倾角为θ，倾斜方向为端帮，另一侧为采煤结束后暴露出的煤层底板，端帮煤台阶的台阶坡面角为
端帮处资源暴露的总高度为Hd，单位m，其中
所述端帮煤台阶高度为Ha，单位m，端帮煤台阶个数为Hd/Ha,端帮煤台阶平盘宽度为Wam,靠帮开采是指减小各个端帮煤台阶的Wa来减少端帮富余的边坡安全稳定性系数，最终使端帮边坡安全稳定性系数降至1.100～1.200，从而减少煤台阶平盘宽度的距离，在保证短时间内的基本稳定性的同时便于后期回采。
端帮采煤机从坡面往端帮内部推进在端帮形成一个巷道，从而回收巷道里面的煤，当推进到了要求深度后，端帮采煤机退出来，往推进方向移动距离Wb2后留一个隔离煤柱，间隔距离Wb3留一个永久煤柱，隔离煤柱和永久煤柱均留设在端帮内，具体为每间隔4个隔离煤柱后留一个永久煤柱，所述端帮采煤机所采巷道宽度为Wb，单位m，高度为Hb，单位m，深度为Db，单位m，隔离煤柱宽度为Wb2，单位m，永久煤柱为Wb3，单位m，隔煤层厚度为Hb2，单位m。
所述滞后排土区域排土台阶的高度为Hb+Hb2m，排土台阶的个数为
排土平盘宽度为Hcm。
所述端帮采煤机开采结束将推进臂与截割头退出后，端帮采煤机向推进方向移动的距离为Wb+Wb2m，需要留永久煤柱时，端帮采煤机的移动距离为Wb+Wb3m。
对巷道回填使用的充填材料通过矿渣与粉煤灰以2：1的比例在片碱、水玻璃为激发剂条件下制成，充填材料的力学强度优于煤炭。
所述充填结束后，该水平的排土台阶向前跟进距离与端帮采煤机的移动距离相同。
所述端帮资源进行回收时，排弃物料从滞后排土区域的排土场一侧进入，进行物料的排弃，露天矿运输环节与煤炭回收环节独立。
有益效果：
(1)对原有采场形态进行调整，划出了滞后排土区域进行端帮的回采；(2)对部分区域滞后排土，滞后排土区域排土推进速度服从端帮采煤机移动速度，滞后排土区域的速度根据端帮采煤机移设的速度确定，排土台阶与端帮采煤机留一个隔离煤柱的距离相等；(3)端帮采煤机布置在排土场内进行施工，使其能够不影响正常的露天矿正常生产，
优点：
1.采场空间区域进行规划，为端帮采煤机工作留出时空富余，滞后排土给端帮采煤机提供了场地；
2.通过调整端帮作业工序，组合开采有力回收层高超过4.6米的巨厚倾斜煤层的端帮煤炭资源；
3.在空间规划与作业工序调整的基础上，将端帮采煤机集中在排土场后端，不影响矿山其他处的正常生产。
附图说明
图1(a)为本发明的露天矿的初始形态示意图；
图1(b)为本发明的靠帮开采所要采掉煤炭资源的区域示意图；
图1(c)为本发明的靠帮开采结束后露天矿的形态示意图；
图1(d)为本发明的端帮采煤机的布置与排土场排弃后的形态变化示意图；
图2为本发明端帮处资源暴露的高度示意图。
图3为本发明隔离煤柱、永久煤柱、隔煤层分布示意图。
图中：端帮1，端帮煤台阶1-1，排土场2，滞后排土区域2-1，排土台阶2-2，采煤机3，巷道4，隔离煤柱4-1，永久煤柱4-2，隔煤层4-3，煤层底板5，充填材料6
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例做进一步说明：
本发明的巨厚倾斜煤层露天矿排土场2规划与端帮1资源高效回收方法，采用了端帮1采煤机3对巨厚煤层露天矿在靠帮开采结束后的状态进行了开采，端帮煤台阶1-1部分是用靠帮开采的手段进行了回收；所述的巨厚煤层远大于4.60，因此所采用的方法及对露天矿采场空间位置的改变与现有技术均不相同，其中排土场2规划，是指将露天矿的排土场2从之前的平直工作线，变成了现在的折线工作线，为端帮1采煤机3开采提供了场地；端帮1资源高效回收，是指对端帮1煤炭资源进行靠帮开采之后，进一步进行了端帮1采煤机3开采，极大限度的回收了端帮1的煤炭资源，并不是将图中的端帮煤台阶1-1都回收掉。
其步骤如下
步骤1：首先沿厚度远大于4.60m的巨厚倾斜煤层倾斜方向的端帮1进行靠帮开采；然后对开采后的排土场2规划，将露天煤矿的排土场2从之前的平直工作线，变成了现在的折线工作线，为端帮1采煤机3开采提供了场地；如图1(a)所示为露天矿的初始形态；
步骤2：在靠近端帮1的排土台阶2-2布置端帮1采煤机3对巨厚煤层露天矿在靠帮开采结束后的状态进行了开采，采煤机3的开采方向与露天煤矿推进方向垂直，向端帮1深部推进，靠近端帮1一侧的排土场2定义为滞后排土区域2-1，为端帮1采煤机3作业提供场地；如图1(b)所示为将靠帮开采所能回收掉的煤炭资源使用灰度标注了出来；图1(a)和图1(b)所示的是靠帮开采前后的状态，所述端帮煤台阶1-1高度为Ha，单位m，端帮煤台阶1-1个数为Hd/Ha,端帮煤台阶1-1平盘宽度为Wam,靠帮开采是指减小各个端帮煤台阶1-1的Wa来减少端帮1富余的边坡安全稳定性系数，最终使端帮1边坡安全稳定性系数降至1.100～1.200，从而减少煤台阶平盘宽度的距离，在保证短时间内的基本稳定性的同时便于后期回采。所述滞后排土区域2-1排土台阶2-2的高度为Hb+Hb2m，排土台阶2-2的个数为
排土平盘宽度为Hcm。
步骤3：端帮1采煤机3开采极大限度的回收了端帮1的煤炭资源，开采结束后将推进臂与截割头退出并向露天矿推进方向移动，随后对巷道4进行充填，靠近端帮1的滞后排土区域2-1以常规排弃方法进行排弃；如图1(c)所示，帮开采结束后露天矿的形态；所述端帮1采煤机3开采结束将推进臂与截割头退出后，端帮1采煤机3向推进方向移动的距离为Wb+Wb2m，需要留永久煤柱4-2时，端帮1采煤机3的移动距离为Wb+Wb3m。充填结束后，该水平的排土台阶2-2向前跟进距离与端帮1采煤机3的移动距离相同。对巷道4回填使用的充填材料6通过矿渣与粉煤灰以2：1的比例在片碱、水玻璃为激发剂条件下制成，充填材料6的力学强度优于煤炭。
步骤4：充填结束后，滞后排土区域2-1跟进一个巷道4的宽度。图1(d)中的排土场22是在图1(c)的基础上由物料排弃后所形成的，投入端帮1采煤机3以后，端帮1采煤机3的布置与排土场2形态的变化，以及排土作业进程的改变。所述端帮1资源进行回收时，排弃物料从滞后排土区域2-1的排土场2一侧进入，进行物料的排弃，露天矿运输环节与煤炭回收环节独立。
参见图2，巨厚倾斜煤层厚度为Hm m，煤层倾角为θ，倾斜方向为端帮1，另一侧为采煤结束后暴露出的煤层底板5，端帮煤台阶1-1的台阶坡面角为
端帮1处资源暴露的总高度为Hdm，其中
α是煤层的倾角，β是端帮1边坡的台阶坡面角，π/2-(α+β)是推出的一个角度，用来计算倾斜煤层在端帮1上暴露的高度Hd。
如图3所示，端帮1采煤机3从坡面往端帮1内部推进在端帮1形成一个巷道4，从而回收巷道4里面的煤，当推进到了要求深度后，端帮1采煤机3退出来，往推进方向移动距离Wb2后留一个隔离煤柱4-1，间隔距离Wb3留一个永久煤柱4-2，隔离煤柱4-1和永久煤柱4-2均留设在端帮1内，具体为每间隔4个隔离煤柱4-1后留一个永久煤柱4-2，所述端帮1采煤机3所采巷道4宽度为Wb，单位m，高度为Hb，单位m，深度为Db，单位m，隔离煤柱4-1宽度为Wb2，单位m，永久煤柱4-2为Wb3，单位m，隔煤层4-3厚度为Hb2，单位m。
Claims (9)
1.一种巨厚倾斜煤层露天矿排土场规划与端帮资源高效回收方法，其特征在于步骤如下
步骤1：首先沿厚度远大于4.60m的巨厚倾斜煤层倾斜方向的端帮进行靠帮开采；然后对开采后的排土场规划，将露天煤矿的排土场从之前的平直工作线，变成了现在的折线工作线，为端帮采煤机开采提供了场地；
步骤2：在靠近端帮的排土场台阶(2-2)布置端帮采煤机对巨厚煤层露天矿在靠帮开采结束后的状态进行了开采，采煤机的开采方向与露天煤矿推进方向垂直，向端帮深部推进，靠近端帮一侧的排土场定义为滞后排土区域，为端帮采煤机作业提供场地；
步骤3：端帮采煤机开采极大限度的回收了端帮的煤炭资源，开采结束后将推进臂与截割头退出并向露天矿推进方向移动，随后对巷道进行充填，靠近端帮的滞后排土区域以常规排弃方法进行排弃；
步骤4：充填结束后，滞后排土区域跟进一个巷道的宽度。
2.根据权利要求1所述的巨厚倾斜煤层露天矿排土场规划与端帮资源高效回收方法，其特征在于：所述巨厚倾斜煤层厚度为Hm，单位m，煤层倾角为θ，倾斜方向为端帮，另一侧为采煤结束后暴露出的煤层底板，端帮煤台阶的台阶坡面角为
端帮处资源暴露的总高度为Hd，单位m，其中
3.根据权利要求2所述的巨厚倾斜煤层露天矿排土场规划与端帮资源高效回收方法，其特征在于：所述端帮煤台阶高度为Ha，单位m，端帮煤台阶个数为Hd/Ha,端帮煤台阶平盘宽度为Wa，单位m,靠帮开采是指减小各个端帮煤台阶的Wa来减少端帮富余的边坡安全稳定性系数，最终使端帮边坡安全稳定性系数降至1.100～1.200，从而减少煤台阶平盘宽度的距离，在保证短时间内的基本稳定性的同时便于后期回采。
4.根据权利要求1所述的巨厚倾斜煤层露天矿排土场规划与端帮资源高效回收方法，其特征在于：端帮采煤机从坡面往端帮内部推进在端帮形成一个巷道，从而回收巷道里面的煤，当推进到了要求深度后，端帮采煤机退出来，往推进方向移动距离Wb2后留一个隔离煤柱，间隔距离Wb3留一个永久煤柱，隔离煤柱和永久煤柱均留设在端帮内，具体为每间隔4个隔离煤柱后留一个永久煤柱，所述端帮采煤机所采巷道宽度为Wb，单位m，高度为Hb，单位m，深度为Db，单位m，隔离煤柱宽度为Wb2，单位m，永久煤柱宽度为Wb3，单位m，隔煤层厚度为Hb2，单位m。
5.根据权利要求4所述的巨厚倾斜煤层露天矿排土场规划与端帮资源高效回收方法，其特征在于：所述滞后排土区域排土台阶的高度为Hb+Hb2，单位m，排土台阶的个数为
排土平盘宽度为Hc，单位m。
6.根据权利要求4所述的巨厚倾斜煤层露天矿排土场规划与端帮资源高效回收方法，其特征在于：所述端帮采煤机开采结束将推进臂与截割头退出后，端帮采煤机向推进方向移动的距离为Wb+Wb2，单位m，需要留永久煤柱时，端帮采煤机的移动距离为Wb+Wb3，单位m。
7.根据权利要求1所述的巨厚倾斜煤层露天矿排土场规划与端帮资源高效回收方法，其特征在于：对巷道回填使用的充填材料通过矿渣与粉煤灰以2：1的比例在片碱、水玻璃为激发剂条件下制成，充填材料的力学强度优于煤炭。
8.根据权利要求1所述的巨厚倾斜煤层露天矿排土场规划与端帮资源高效回收方法，其特征在于：所述充填结束后，该水平的排土台阶向前跟进距离与端帮采煤机的移动距离相同。
9.根据权利要求1所述的巨厚倾斜煤层露天矿排土场规划与端帮资源高效回收方法，其特征在于：所述端帮资源进行回收时，排弃物料从滞后排土区域的排土场一侧进入，进行物料的排弃，露天矿运输环节与煤炭回收环节独立。
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| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract | ||
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Application publication date: 20210629 Assignee: XUZHOU XUGONG ROAD-CONSTRUCTION MACHINERY Co.,Ltd. Assignor: CHINA University OF MINING AND TECHNOLOGY Contract record no.: X2022980017953 Denomination of invention: Waste Dump Planning and High Efficiency Recovery Method of End Slope Resources in Open pit Mines with Huge Thick Inclined Coal Seams Granted publication date: 20220211 License type: Exclusive License Record date: 20221012 |