CN113216972A - 一种基于埋藏深近水平厚煤层的半露天开采方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于埋藏深近水平厚煤层的半露天开采方法，涉及采矿技术领域；该方法包括以下步骤：采区确定，在采矿界限内确定地表境界区，地表境界区内设有多个第一采区以及位于相邻两个第一采区之间的第二采区；露天开挖，对第一采区进行露天开挖，并采出敞露于地表的煤层；井工开挖，对与开挖后第一采区相邻的第二采区进行井工开挖，并采出埋深于地表下的煤层；回填作业，回填开采后的第一采区。本发明兼具露天开采和井工开采优点，相比于传统露天开采而言，降低了露天开采面积和生产成本，提高了回采率；相比于传统井工开采而言，缩短了每次井工开采时巷道长度，省去了井工开采的煤柱，提高了作业的安全性和回采率。

Description

一种基于埋藏深近水平厚煤层的半露天开采方法
技术领域
本发明涉及采矿技术领域，具体而言，涉及一种基于埋藏深近水平厚煤层的半露天开采方法。
背景技术
目前煤矿的开采方式包括露天开采和井工开采两种；露天开采是指借助工程机械设备对地表直接开挖，自上而下逐层移走矿体上的覆盖物，在地表形成阶梯状的深坑直至坑底境界，最终得到所需矿物的过程；井工开采是指利用井筒和地下巷道进行地下开采作业。
对于埋藏深近水平厚煤层的开采而言，上述露天开采方式因埋藏深剥采比大，导致生产成本大；而井工开采由于空间受限，工人作业条件差，顶板、瓦斯、水害等事故频发，无法保证井工开采安全。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于埋藏深近水平厚煤层的半露天开采方法，以至少部分解决现有的两种开采方法存在的技术问题。
为解决上述问题，本发明首先提供了一种基于埋藏深近水平厚煤层的半露天开采方法，包括以下步骤：
采区确定，在采矿界限内确定地表境界区，所述地表境界区内设有沿第一水平方向间隔设置的多个第一采区以及位于相邻两个所述第一采区之间的第二采区；
露天开挖，在多个所述第一采区中选取一个或多个进行露天开挖，并采出敞露于地表的煤层；
井工开挖，对与开挖后所述第一采区相邻的所述第二采区进行井工开挖，并采出埋深于地表下的煤层；
回填作业，回填开采后的第一采区。
进一步的，在所述露天开挖过程中，所述地表境界区一侧在开挖过程中形成具有第一坡度的非工作帮；
在垂直于所述第一水平方向上的第二水平方向上，所述非工作帮区相对两侧边界线中的一侧与所述第一采区边界线重合，另一侧与所述采矿界限边界线重合。
进一步的，所述第一坡度为14°-20°。
进一步的，所述第一采区开挖后形成依次首尾衔接的第一侧、第二侧、第三侧和第四侧，所述第一侧与所述第三侧相对设置，所述第二侧与所述第四侧相对设置；
其中，所述第一侧部的边界线与所述非工作帮区相对两侧边界线中的一侧重合，所述第二侧、第三侧和第四侧在开外过程中形成具有第二坡度的工作帮。
进一步的，所述第二坡度为36°-40°。
进一步的，所述地表境界区的边界线与相邻的所述采矿界限的边界线之间具有第一距离，所述第一距离小于等于采煤机作业长度与所述工作帮的水平投影在所述第二水平方向上宽度的差值。
进一步的，相邻两个所述第一采区之间的距离为第二距离，所述第二距离等于两倍的采煤机作业长度与两倍的所述工作帮的水平投影在所述第二水平方向上宽度的差值。
进一步的，所述露天开挖步骤还包括：开挖连通相邻两个所述第一采区的连通区，使得第二采区靠近所述非工作帮的一侧形成所述工作帮；
在所述第二水平方向上，所述连通区相对两侧边界线中的一侧与所述工作帮的边界线重合，另一侧与所述非工作帮区的边界线重合。
进一步的，所述露天开挖步骤中，先开挖位于所述地表境界区最外侧的两个所述第一采区中的至少一个。
进一步的，所述井工开挖步骤采用边开挖边回填的方式进行开挖作业。
根据本发明提供的基于埋藏深近水平厚煤层的半露天开采方法，将露天开采方式和井工开采方式相结合，兼具两种开采方式优点，相比于传统露天开采而言，降低了露天开采面积和生产成本，提高了回采率；相比于传统井工开采而言，可以利用露天开采后产生的作业面进行井工开采，缩短了每次井工开采时巷道长度，省去了井工开采的煤柱，提高了作业的安全性和回采率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的基于埋藏深近水平厚煤层的半露天开采方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的基于埋藏深近水平厚煤层的半露天开采方法的分区示意图。
附图标记说明：
100-采矿界限；200-地表境界区；300-第一采区；310-第一侧；320-第二侧；330-第三侧；340-第四侧；400-第二采区；500-非工作帮；600-工作帮；700-连通区。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对于基于埋藏深近水平厚煤层开采，无论是现有的露天开采还是井工开采，均具有一定的弊端。露天开采虽然具有生产规模大、生产成本低、资源回采率高、生产安全、劳动条件较好等诸多优点，但是露天开采的生产成本却远大于井工开采。
对于井工开采，与露天煤矿相比，不需要移除煤层上覆土岩，对土地占用破坏面积小，对环境影响范围小，受征地因素影响小。尤其对埋藏深的煤层来说，开采成本低。但是，地下作业存在空间受限、工人作业条件差，安全性差，常见水灾、火灾、瓦斯爆炸、顶板事故、粉尘等灾害，极容易出现安全事故。
有鉴于此，本实施例提供了一种基于埋藏深近水平厚煤层的半露天开采方法，旨在通过将露天开采方式和井工开采方式相结合，在兼具两者的优点的同时，能够在一定程度上解决两者的存在的技术问题。
结合附图1和附图2所示，本实施例提供的基于埋藏深近水平厚煤层的半露天开采方法，包括以下步骤：
采区确定，在采矿界限100内确定地表境界区200，地表境界区200内设有沿第一水平方向间隔设置的多个第一采区300以及位于相邻两个第一采区300之间的第二采区400；
露天开挖，在多个第一采区300中选取一个或多个进行露天开挖，并采出敞露于地表的煤层；
井工开挖，对与开挖后第一采区300相邻的第二采区400进行井工开挖，并采出埋深于地表下的煤层；
回填作业，回填开采后的第一采区300。
当未完全开采全部第一采区300和第二采区400时，进行重复作业，按照露天开挖步骤、井工开外步骤和回填作业步骤，对其余未第一采区300和第二采区400进行开挖。
关于上述方法中的采矿界限100和地表境界区200均为预先规划设计好的作业区域，区别于传统的在地表境界区200全面进行单一的开采方式，本实施例将地表境界区200规划设计为多个第一采区300和第二采区400，多个第一采区300沿着图2中的第一水平方向间隔布设，并且两个第一采区300分别位于本实施例的地表境界区200在第一水平方向上的两侧。
针对本实施例的第一采区300使用露天开采方式，针对本实施例的第二采区400使用井工开采方式。在其中的露天开挖过程中，可以选择两个外侧的第一采区300同时进行开挖，具体的开挖过程是利用采用挖掘机和宽体卡车按照自上而下的水平分层进行土岩剥离，并采出敞露于地表的煤炭，剥离物及煤炭通过非工作帮500道路运出，形成两个外侧采区，采煤机、胶带进行采煤作业并及时充填，再利用挖掘机、卡车向内形成新采区，产生的剥离物对两个外侧采区进行压帮内排，由此循环从外向内逐步开采。
在所选择的第一采区300开挖后，利用第一采区300坑底形成的一个作业面，直接进行与该第一采区300相邻的第二采区400的井工采矿作业，相比于传统井工开采更加方便，该第二采区400在第二水平方向上的宽度已经被预先设计并测量好，在具体开采时，利用采煤机采出各帮下压煤，采出煤炭通过胶带运出。开采过程中不留设煤柱，并且井工开挖步骤采用边开挖边回填的方式进行开挖作业，即某一区域的采空位置及时用剥离物回填，保证地表不发生沉降，再进行其他区域的井工开挖。
再结合附图2所示，在露天开挖的过程中，本实施例的地表境界区200一侧(图中的下侧)在开挖过程中形成具有第一坡度的非工作帮500，在垂直于第一水平方向上的第二水平方向上，本实施例的非工作帮500区相对两侧边界线中的一侧与第一采区300边界线重合，另一侧与采矿界限100边界线重合。该“非工作帮500”是指露天矿场内由已结束了矿山工程的台阶的平台及其坡面组织的边帮，主要用于车辆运输等作业。
本实施例的非工作帮500区的第一坡度为14°-20°，优选的，本实施例的第一坡度为16°，以使得该非工作帮500能够形成适宜卡车运输的斜坡道。
再结合附图2所示，以最左侧的第一采区300为例，在该第一采区300开挖后形成依次首尾衔接的第一侧310、第二侧320、第三侧330和第四侧340，第一侧310与第三侧330相对设置，第二侧320与第四侧340相对设置；其中，第一侧310部的边界线与非工作帮500区相对两侧边界线中的一侧重合，第二侧320、第三侧330和第四侧340在开外过程中形成具有第二坡度的工作帮600，本实施例的“工作帮600”指的是露天矿场内由进行着矿山工程的台阶的平台及其坡面组成的边帮。
由于本实施例的开采方式使得作帮帮坡角暴露时间较短，平均在1年以下，但是现有的工作帮600的坡度与非工作帮500的坡度一般均在15°左右，增加了工作帮600的覆盖面，许多帮下压煤无法被采出，因此，本实施例对工作帮600的坡度进行优化设计，在开挖时，使得工作帮600的第二坡度为36°-40°，最优选的为38°，不仅能够满足边坡稳定性系数1.1的要求，并且能够最大程度的提高回采率。
为了提高回采率，而又减少剥离，本实施例还对地表境界区200与采矿界限100的边界线距离进行优化改进，结合采区总体走向长度，本实施例的第一采区300宽度K设为500-1000米。本实施例将地表境界区200的边界线与相邻的采矿界限100的边界线之间的距离定义为第一距离H1，该第一距离小于等于采煤机作业长度与工作帮600的水平投影在第二水平方向上宽度的差值，其中的采煤机作业长度为采煤机(图中未示出)钻爆的工作长度。
为了便于理解，上述技术方案可以通过公式来表示，具体的，以工作帮600的第二坡度为38°为例，将露天开采部分的土岩厚度定义为h，采煤机的作业长度为L，H1＝L-h*cot38°。
进一步的，综合考虑地表境界范围及挖掘机与卡车效率，本实施例还对第一采区300的间距做出了优化设计，本实施例将相邻两个第一采区300之间的距离定义为第二距离H2，该第二距离等于两倍的采煤机作业长度与两倍的工作帮600的水平投影在第二水平方向上宽度的差值。
同理，上述技术方案也可以通过公式来表示，具体的，以工作帮600的第二坡度为38°为例，将露天开采部分的土岩厚度定义为h，采煤机的作业长度为L，H2＝2L-2h*cot38°。
再结合附图2所示，本实施例的露天开挖步骤还包括：开挖连通相邻两个第一采区300的连通区700，使得第二采区400靠近非工作帮500的一侧形成工作帮600，此处的工作帮600与上述第一采区300工作帮600的坡度相同，在第二水平方向上，连通区700相对两侧边界线中的一侧与工作帮600的边界线重合，另一侧与非工作帮500区的边界线重合，以便于非工作帮500的形成。
综上所述，本实施例提供的基于埋藏深近水平厚煤层的半露天开采方法，将传统露天开采方式和井工开采方式相结合，不仅兼具两种开采方式优点，而且相比于传统露天开采而言，降低了露天开采面积和生产成本，提高了回采率；相比于传统井工开采而言，可以利用露天开采后产生的作业面进行井工开采，缩短了每次井工开采时巷道长度，省去了井工开采的煤柱，提高了作业的安全性和回采率。
需要说明的是，虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种基于埋藏深近水平厚煤层的半露天开采方法，其特征在于，包括以下步骤：
采区确定，在采矿界限(100)内确定地表境界区(200)，所述地表境界区(200)内设有沿第一水平方向间隔设置的多个第一采区(300)以及位于相邻两个所述第一采区(300)之间的第二采区(400)；
露天开挖，在多个所述第一采区(300)中选取一个或多个进行露天开挖，并采出敞露于地表的煤层；
井工开挖，对与开挖后所述第一采区(300)相邻的所述第二采区(400)进行井工开挖，并采出埋深于地表下的煤层；
回填作业，回填开采后的第一采区(300)。
2.根据权利要求1所述的基于埋藏深近水平厚煤层的半露天开采方法，其特征在于，在所述露天开挖过程中，所述地表境界区(200)一侧在开挖过程中形成具有第一坡度的非工作帮(500)；
在垂直于所述第一水平方向上的第二水平方向上，所述非工作帮(500)区相对两侧边界线中的一侧与所述第一采区(300)边界线重合，另一侧与所述采矿界限(100)边界线重合。
3.根据权利要求2所述的基于埋藏深近水平厚煤层的半露天开采方法，其特征在于，所述第一坡度为14°-20°。
4.根据权利要求2所述的基于埋藏深近水平厚煤层的半露天开采方法，其特征在于，所述第一采区(300)开挖后形成依次首尾衔接的第一侧(310)、第二侧(320)、第三侧(330)和第四侧(340)，所述第一侧(310)与所述第三侧(330)相对设置，所述第二侧(320)与所述第四侧(340)相对设置；
其中，所述第一侧(310)部的边界线与所述非工作帮(500)区相对两侧边界线中的一侧重合，所述第二侧(320)、第三侧(330)和第四侧(340)在开外过程中形成具有第二坡度的工作帮(600)。
5.根据权利要求4所述的基于埋藏深近水平厚煤层的半露天开采方法，其特征在于，所述第二坡度为36°-40°。
6.根据权利要求4所述的基于埋藏深近水平厚煤层的半露天开采方法，其特征在于，所述地表境界区(200)的边界线与相邻的所述采矿界限(100)的边界线之间具有第一距离，所述第一距离小于等于采煤机作业长度与所述工作帮(600)的水平投影在所述第二水平方向上宽度的差值。
7.根据权利要求4所述的基于埋藏深近水平厚煤层的半露天开采方法，其特征在于，相邻两个所述第一采区(300)之间的距离为第二距离，所述第二距离等于两倍的采煤机作业长度与两倍的所述工作帮(600)的水平投影在所述第二水平方向上宽度的差值。
8.根据权利要求4所述的基于埋藏深近水平厚煤层的半露天开采方法，其特征在于，所述露天开挖步骤还包括：开挖连通相邻两个所述第一采区(300)的连通区(700)，使得第二采区(400)靠近所述非工作帮(500)的一侧形成所述工作帮(600)；
在所述第二水平方向上，所述连通区(700)相对两侧边界线中的一侧与所述工作帮(600)的边界线重合，另一侧与所述非工作帮(500)区的边界线重合。
9.根据权利要求1-8任一项所述的基于埋藏深近水平厚煤层的半露天开采方法，其特征在于，所述露天开挖步骤中，先开挖位于所述地表境界区(200)最外侧的两个所述第一采区(300)中的至少一个。
10.根据权利要求1-8任一项所述的基于埋藏深近水平厚煤层的半露天开采方法，其特征在于，所述井工开挖步骤采用边开挖边回填的方式进行开挖作业。
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