CN113128044B - 一种软岩露天煤矿横采工作帮超前开采步距确定方法 - Google Patents

一种软岩露天煤矿横采工作帮超前开采步距确定方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种软岩露天煤矿横采工作帮超前开采步距确定方法，属于煤矿露天开采技术领域。本发明的方法基于已知的煤层、煤层下部岩层和排弃物料的物理力学指标，在内排土场及横采工作帮每日向前发展步距确定的情况下，将露天煤矿横采工作帮分成上下两个部分，在保证开采前与开采后边坡整体稳定性不变的前提下，对横采工作帮上部进行超前开采。从力学角度出发，基于边坡总抗滑力不变的思想，计算出横采工作帮上部超前开采的步距。本发明克服了传统横采内排追踪压帮开采工作线长度短，组织施工复杂的不足，大大提高了煤炭资源采出效率。

Description

一种软岩露天煤矿横采工作帮超前开采步距确定方法
技术领域
本发明涉及煤矿露天开采技术领域，尤其涉及一种软岩露天煤矿横采工作帮超前开采步距确定方法。
背景技术
横采内排追踪压帮开采是提高软岩露天煤矿边坡稳定性的最佳措施。当横采工作帮坡底线与内排土场坡底线保持50m安全距离的条件下并行向前发展，边坡整体稳定性系数一般能够满足安全储备系数要求。但由于横采工作线长度较短，资源采出速率较小，现场组织施工较为复杂，多数露天煤矿采用横采工作帮上部的煤层采用纵采的方式进行超前开采，横采工作帮下部的煤层继续采用横采的方式进行开采，内排土场跟踪式向前发展，且与横采工作帮保持50m安全距离。横采工作帮向前开采时，边坡整体的抗滑力降低，但随着内排土场向前发展，边坡整体的抗滑力增加，一旦超前开采步距过大，横采工作帮向前开采降低的抗滑力大于内排土场向前发展增加的抗滑力，势必导致边坡整体稳定性系数无法满足安全储备系数要求。因此，确定横采工作帮上部超前开采步距是软岩露天煤矿亟待解决的关键问题。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供一种软岩露天煤矿横采工作帮超前开采步距确定方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种软岩露天煤矿横采工作帮超前开采步距确定方法，包括如下步骤：
步骤1：将露天煤矿横采工作帮分成上下两个部分；
步骤2：确定煤层、煤层下部岩层和排弃物料的物理力学指标；
所述煤层的物理力学指标包括煤层的容重γm；所述煤层下部岩层的物理力学指标包括内摩擦角
Figure BDA0003021938140000011
和黏聚力c；所述排弃物料的物理力学指标包括排弃物料的容重γp。
步骤3：假设对横采工作帮上部的煤层进行超前开采，开采步距为L1；横采工作帮下部的煤层开采步距为L2；由于内排土场最下一个排土台阶的坡底线与最下部采煤台阶坡底线需要保持相对的安全距离，因此，内排土场向前发展的步距也为L2；
步骤4：测量横采工作帮上部超前开采煤层的断面面积记为A1，横采工作帮下部煤层的断面面积记为A2，下部煤层底界面的宽度记为B1，内排土场的断面面积记为A3，内排土场底界面的宽度记为B2；
步骤5：根据步骤3设置的参数和步骤4测量的参数，计算由于超前开采减小的抗滑力F1；
所述由于超前开采减小的抗滑力F1的计算过程如下：
步骤5.1：计算超前开采煤层重量G1＝L1A1γm；
步骤5.2：根据超前开采煤层重量，计算出减小的抗滑力
Figure BDA0003021938140000021
步骤6：根据步骤3设置的参数和步骤4测量的参数，计算横采工作帮下部煤层开采过程中减小的抗滑力F2；
所述工作帮下部煤层开采过程中减小的抗滑力F2的计算过程如下：
步骤6.1：计算下部煤层重量为G2＝L2A2γm；
步骤6.2：根据库伦准则及下部煤层重量，计算出减小的抗滑力
Figure BDA0003021938140000022
步骤7：根据步骤3设置的参数和步骤4测量的参数，计算内排土场向前发展时增加的抗滑力F3；
所述内排土场向前发展时增加的抗滑力F3的计算过程如下：
步骤7.1：计算内排土场向前发展时增加的重量G3＝L2A3γp；
步骤7.2：根据库伦准则及内排土场向前发展时的增加的重量，计算出增加的抗滑力
Figure BDA0003021938140000023
步骤8：为了保证开采前与开采后边坡整体稳定性不变，使得横采工作帮向前开采减小的抗滑力等于内排土场向前发展增加的抗滑力，在L2确定的情况下求出横采工作帮上部超前开采步距L1，过程如下：
步骤8.1：使得F1+F2＝F3；
Figure BDA0003021938140000024
步骤8.2：确定L2的值；
步骤8.3：求出横采工作帮上部超前开采步距L1：
Figure BDA0003021938140000025
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明提供的方法从力学角度出发，基于边坡总抗滑力不变的思想，来实现开采前与开采后边坡整体稳定性系数不变，且大大提高了煤炭资源采出效率，克服了传统横采内排追踪压帮开采工作线长度短，组织施工复杂的不足，该方法计算简单、操作方便，能够为类似的软岩露天煤矿开采设计提供科学的理论依据。
附图说明
图1为本发明实施例中典型地质剖面图；
图2为本发明实施例中横采内排追踪压帮开采平面图；
图3为本发明实施例中超前开采示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本实施例，以某露天煤矿矿区东帮边坡为例，地层岩性自上至下分别为第四系、新近系及煤系地层，煤系地层以泥岩、煤为主，主采煤层为1煤、2煤、4煤，煤的容重为12kN·m-3，2煤底板的岩性为弱层，其矿物成分以伊利石、蒙脱石为主，具有遇水易软化、膨胀和崩解的特性，其黏聚力为5kPa，内摩擦角为18°，因此，属于典型的软岩露天煤矿边坡。该矿已将东帮坡体内4煤全部开采，且内排土场已经压帮至弱层处，排弃物料的容重为19kN·m-3，典型地质剖面如图1所示。
为了最大回采剩余资源，该矿采用横采内排追踪压帮开采方式，如图2所示，对坡体内2煤剩余资源进行回采，此时边坡的稳定性系数为1.30，恰好满足安全储备系数要求。但受雨季等因素的影响，为了保证年生产量满足设计需求，该露天煤矿需要将2煤上部20m采用纵采超前开采，下部15m继续采用横采，上部20m的断面面积为526m2，下部15m的断面面积为451m2，底界面宽度为32m；内排土场断面面积为6700m2，底界面宽度为158m；内排土场及横采工作帮每日向前发展5m。
本实施例中软岩露天煤矿横采工作帮超前开采步距确定方法如下所述：
步骤1：将露天煤矿横采工作帮分成上下两个部分；
本实施例中，露天煤矿需要将2煤上部20m采用纵采超前开采，下部15m继续采用横采。
步骤2：确定煤层、煤层下部岩层和排弃物料的物理力学指标；
所述煤层的物理力学指标包括煤层的容重γm；所述煤层下部岩层的物理力学指标包括内摩擦角
Figure BDA0003021938140000031
和黏聚力c；所述排弃物料的物理力学指标包括排弃物料的容重γp。
步骤3：假设对横采工作帮上部的煤层进行超前开采，开采步距为L1；横采工作帮下部的煤层开采步距为L2；由于内排土场最下一个排土台阶的坡底线与最下部采煤台阶坡底线需要保持相对的安全距离，因此，内排土场向前发展的步距也为L2；
本实施例中，根据《GB 50197–2005煤炭工业露天矿设计规范》确定内排土场最下一个排土台阶的坡底线与最下部采煤台阶坡底线保持相对的安全距离为50m，内排土场及横采工作帮每日向前发展5m。
步骤4：测量横采工作帮上部超前开采煤层的断面面积记为A1，横采工作帮下部煤层的断面面积记为A2，下部煤层底界面的宽度记为B1，内排土场的断面面积记为A3，内排土场底界面的宽度记为B2；
步骤5：根据步骤3设置的参数和步骤4测量的参数，计算由于超前开采减小的抗滑力F1；
所述由于超前开采减小的抗滑力F1的计算过程如下：
步骤5.1：计算超前开采煤层重量G1＝L1A1γm；
步骤5.2：根据超前开采煤层重量，计算出减小的抗滑力
Figure BDA0003021938140000041
本实施例中，G1＝526×12×L1＝6312L1，
Figure BDA0003021938140000042
步骤6：根据步骤3设置的参数和步骤4测量的参数，计算横采工作帮下部煤层开采过程中减小的抗滑力F2；
所述工作帮下部煤层开采过程中减小的抗滑力F2的计算过程如下：
步骤6.1：计算下部煤层重量为G2＝L2A2γm；
步骤6.2：根据库伦准则及下部煤层重量，计算出减小的抗滑力
Figure BDA0003021938140000043
本实施例中，G2＝L2A2γm＝5×451×12＝27060；
Figure BDA0003021938140000044
步骤7：根据步骤3设置的参数和步骤4测量的参数，计算内排土场向前发展时增加的抗滑力F3；
所述内排土场向前发展时增加的抗滑力F3的计算过程如下：
步骤7.1：计算内排土场向前发展时增加的重量G3＝L2A3γp；
步骤7.2：根据库伦准则及内排土场向前发展时的增加的重量，计算出增加的抗滑力
Figure BDA0003021938140000045
本实施例中，G3＝L2A3γp＝5×6700×19＝636500；
Figure BDA0003021938140000046
步骤8：为了保证开采前与开采后边坡整体稳定性不变，使得横采工作帮向前开采减小的抗滑力等于内排土场向前发展增加的抗滑力，在L2确定的情况下求出横采工作帮上部超前开采步距L1，过程如下：
步骤8.1：使得F1+F2＝F3；
Figure BDA0003021938140000051
步骤8.2：确定L2的值；
步骤8.3：求出横采工作帮上部超前开采步距L1：
本实施例中，
Figure BDA0003021938140000052
因此，内排土场及横采工作帮每日向前发展5m，超前开采步距为98.11m，超前开采的步距示意如图3所示。

Claims (3)

1.一种软岩露天煤矿横采工作帮超前开采步距确定方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：将露天煤矿横采工作帮分成上下两个部分；
步骤2：确定煤层、煤层下部岩层和排弃物料的物理力学指标；
步骤3：假设对横采工作帮上部的煤层进行超前开采，开采步距为L1；横采工作帮下部的煤层开采步距为L2；由于内排土场最下一个排土台阶的坡底线与最下部采煤台阶坡底线需要保持相对的安全距离，因此，内排土场向前发展的步距也为L2；
步骤4：测量横采工作帮上部超前开采煤层的断面面积记为A1，横采工作帮下部煤层的断面面积记为A2，下部煤层底界面的宽度记为B1，内排土场的断面面积记为A3，内排土场底界面的宽度记为B2；
步骤5：根据步骤3设置的参数和步骤4测量的参数，计算由于超前开采减小的抗滑力F1；
所述由于超前开采减小的抗滑力F1的计算过程如下：
步骤5.1：计算超前开采煤层重量G1＝L1A1γm；
步骤5.2：根据超前开采煤层重量，计算出减小的抗滑力
Figure FDA0003506821960000011
其中，γm为煤层的容重，
Figure FDA0003506821960000012
为煤层下部岩层的内摩擦角；
步骤6：根据步骤3设置的参数和步骤4测量的参数，计算横采工作帮下部煤层开采过程中减小的抗滑力F2；
所述工作帮下部煤层开采过程中减小的抗滑力F2的计算过程如下：
步骤6.1：计算下部煤层重量为G2＝L2A2γm；
步骤6.2：根据库伦准则及下部煤层重量，计算出减小的抗滑力
Figure FDA0003506821960000013
其中，c为煤层下部岩层的黏聚力；
步骤7：根据步骤3设置的参数和步骤4测量的参数，计算内排土场向前发展时增加的抗滑力F3；
所述内排土场向前发展时增加的抗滑力F3的计算过程如下：
步骤7.1：计算内排土场向前发展时增加的重量G3＝L2A3γp；
步骤7.2：根据库伦准则及内排土场向前发展时的增加的重量，计算出增加的抗滑力
Figure FDA0003506821960000014
其中，γp为排弃物料的容重；
步骤8：为了保证开采前与开采后边坡整体稳定性不变，使得横采工作帮向前开采减小的抗滑力等于内排土场向前发展增加的抗滑力，在L2确定的情况下求出横采工作帮上部超前开采步距L1。
2.根据权利要求1所述的软岩露天煤矿横采工作帮超前开采步距确定方法，其特征在于，所述煤层的物理力学指标包括煤层的容重γm；所述煤层下部岩层的物理力学指标包括内摩擦角
Figure FDA0003506821960000021
和黏聚力c；所述排弃物料的物理力学指标包括排弃物料的容重γp。
3.根据权利要求1所述的软岩露天煤矿横采工作帮超前开采步距确定方法，其特征在于，所述步骤8的过程如下：
步骤8.1：使得F1+F2＝F3；
步骤8.2：确定L2的值；
步骤8.3：求出横采工作帮上部超前开采步距L1。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113742949B (zh) * 2021-10-18 2022-07-15 辽宁工程技术大学 一种复合煤层露天矿高位煤层回采宽度确定方法
CN115391897B (zh) * 2022-09-02 2023-11-17 辽宁工程技术大学 一种相邻露天矿内排土场并行发展步距确定方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2986062A1 (en) * 2015-12-14 2017-06-22 China University Of Mining And Technology Fully mechanized mining-filling mixed mining working face filling section length determination method
CN107503750A (zh) * 2017-09-30 2017-12-22 辽宁工程技术大学 一种露天煤矿内排土场压脚挂帮并行建设方法
CN107609299A (zh) * 2017-09-27 2018-01-19 辽宁工程技术大学 一种倾斜基底内排土场边坡形态的优化方法
CN109376465A (zh) * 2018-11-16 2019-02-22 辽宁工程技术大学 一种露天煤矿端帮陡边坡的形态优化方法
CN110096787A (zh) * 2019-04-26 2019-08-06 辽宁工程技术大学 一种露天煤矿内排土场排土参数的优化方法
CN112364474A (zh) * 2020-09-18 2021-02-12 辽宁工程技术大学 一种基于露天矿分区开采工艺的开采方案优化方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104405396A (zh) * 2014-12-05 2015-03-11 辽宁工程技术大学 一种过无煤区的露天煤矿留岛搭桥开采方法
CN108268978A (zh) * 2018-01-26 2018-07-10 辽宁工程技术大学 一种露天矿端帮边坡形态的优化方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2986062A1 (en) * 2015-12-14 2017-06-22 China University Of Mining And Technology Fully mechanized mining-filling mixed mining working face filling section length determination method
CN107609299A (zh) * 2017-09-27 2018-01-19 辽宁工程技术大学 一种倾斜基底内排土场边坡形态的优化方法
CN107503750A (zh) * 2017-09-30 2017-12-22 辽宁工程技术大学 一种露天煤矿内排土场压脚挂帮并行建设方法
CN109376465A (zh) * 2018-11-16 2019-02-22 辽宁工程技术大学 一种露天煤矿端帮陡边坡的形态优化方法
CN110096787A (zh) * 2019-04-26 2019-08-06 辽宁工程技术大学 一种露天煤矿内排土场排土参数的优化方法
CN112364474A (zh) * 2020-09-18 2021-02-12 辽宁工程技术大学 一种基于露天矿分区开采工艺的开采方案优化方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
横采内排追踪压帮高度对端帮稳定性影响研究;李广贺 等;《安全与环境学报》;20190228;第191-195页 *
黑岱沟露天煤矿半连续工艺移设步距的确定;王懂懂;《金属矿山》;20150131;第47-49页 *

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