CN113742949B - 一种复合煤层露天矿高位煤层回采宽度确定方法 - Google Patents

一种复合煤层露天矿高位煤层回采宽度确定方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种复合煤层露天矿高位煤层回采宽度确定方法，方法首先确定复合煤层露天矿各层的地层岩性及各地层岩性的岩土体物理力学参数；然后初步构建边坡的地质模型，确定到界边坡形态，并根据边坡的服务年限，确定各个煤层底板至地表局部边坡的安全储备系数；接着调整煤层间的各个平盘的宽度，使调整后的边坡满足稳定性要求；最后计算煤层将平盘宽度调整前后的差值，并将各个平盘的调整前后的差值进行求和，得到煤层间的回采宽度。本发明的方法解决了端帮压煤过多，资源损失严重的问题，实现资源开采最大化，提高露天煤矿整体经济效益。

Description

一种复合煤层露天矿高位煤层回采宽度确定方法
技术领域
本发明涉及露天开采技术领域，尤其涉及一种复合煤层露天矿高位煤层回采宽度确定方法。
背景技术
在保证边坡安全稳定的前提下，最大限度回采煤炭资源是露天煤矿永恒的使命。现有设计均是通过横采内排追踪压帮开采方法将露天煤矿端帮最下煤层资源采出，随着内排土场的发展，逐渐排土至地表。在排弃物料覆盖下的高位煤层无法采出，导致回采资源无法实现最大化。显然，当内排土场排土至高位煤层底板后，可继续利用横采内排三维支挡效应将高位煤层采出，但高位煤层的回采宽度难以确定，已成为露天开采领域亟待解决的难题。因此，迫切需要提出一种复合煤层露天矿高位煤层回采宽度确定方法，弥补露天煤矿开采设计方面的不足。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供一种复合煤层露天矿高位煤层回采宽度确定方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种复合煤层露天矿高位煤层回采宽度确定方法，包括如下步骤：
步骤1：确定复合煤层露天矿各层的地层岩性，同时确定各地层岩性的岩土体物理力学参数；
步骤2：确定边坡各运输平盘宽度为A，保安平盘宽度为C，并初步构建边坡的地质模型，确定到界边坡形态；
步骤3：根据边坡的服务年限，确定各个煤层底板至地表局部边坡的安全储备系数，过程如下：
步骤3.1：将复合煤层进行由上至下编号，最上煤层的编号为M1、第二煤层的编号为M2、….直至最下面的煤层编号为Mi；
步骤3.2：根据边坡的服务年限，确定煤层M1，M2，…，Mi中各个煤层底板至地表局部边坡的安全储备系数，分别记为K1，K2，…，Ki；
步骤3.3：确定Mi-1煤层底板至Mi-2煤层底板局部边坡的安全储备系数Fsi-1。
步骤4：当最下面的煤层Mi开采后，内排土场排土至煤层Mi-1底板后，在煤层Mi-1走向方向开挖50m，即形成横采内排追踪距离；
步骤5：调整煤层Mi-1底板至煤层Mi-2底板之间各个平盘的宽度，使调整后的边坡符合稳定性要求，过程如下：
步骤5.1：初步设置煤层Mi-1底板至煤层Mi-2底板之间各平盘宽度调整值为B’，C≤B’<A；
步骤5.2：基于数值模拟仿真手段获取煤层Mi-1底板至地表局部边坡的稳定性系数Fi-1和煤层Mi-1底板至煤层Mi-2底板局部边坡的稳定性系数Fsi-1；
步骤5.3：判断若min{Fi-1、Fsi-1}>Ki-1，则减小B’的值；若min{Fi-1、Fsi-1}<Ki-1，则增加B’的值；直至符合条件|min{Fi-1、Fsi-1}-Ki-1|<0.005时，停止调整B’的大小，此时边坡满足稳定性要求。
步骤6：计算煤层Mi-1底板至煤层Mi-2底板之间各个平盘的宽度调整前后的差值，并将计算后的差值进行求和，即得到煤层Mi-1回采宽度，记为Bi-1，过程如下：
步骤6.1：计算煤层Mi-1底板至煤层Mi-2底板之间各个平盘的宽度调整前后的差值△B：
△B＝A-B’
步骤6.2：将各个平盘计算后的差值进行求和，即得到煤层Mi-1回采宽度，记为Bi-1。
步骤7：重复执行步骤5至步骤6，计算复合煤层露天矿煤层Mi-2，Mi-3，…，M2，M1的回采宽度，分别记为Bi-2，Bi-2，…，B2，B1。
所述步骤7中在执行步骤5至步骤6时，横采内排追踪距离需要保持50m。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
1、本发明提供的方法是在保证边坡安全稳定的前提下，通过利用横采内排三维支挡效应将端帮内部各层煤炭资源最大程度采出，来实现资源开采最大化，提高露天煤矿整体经济效益。
2、本发明弥补以往设计导致端帮压煤过多，资源损失严重的不足，且可为复合煤层的露天矿边坡形态优化设计提供新思路。
附图说明
图1为本发明实施例中复合煤层露天矿高位煤层回采宽度确定方法的流程图；
图2为本发明实施例中端帮到界边坡形态示意图；
图3为本发明实施例中煤层编号命名示意图；
图4为本发明实施例中内排土场排土至M2煤层底板后边坡断面形态示意图；
图5为本发明实施例中内排土场排土至M2煤层底板后边坡空间形态示意图；
图6为本发明实施例中M2煤层底板至M1煤层底板之间各平盘宽度调整值B’＝20m时边坡断面形态示意图；
图7为本发明实施例中M2煤层底板至M1煤层底板之间各平盘宽度调整值B’＝10m时边坡断面形态示意图；
图8为本发明实施例中M2煤层底板至M1煤层底板之间各平盘宽度调整值B’＝10m时边坡空间形态示意图。
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。
本实施例中，以某露天煤矿矿区为例，该矿区地层岩性从下至上分别为：煤层、泥岩层、及第四系，煤层分别为1煤、2煤、3煤，产状近似为0°，各层平均厚度为10m。初步设计中运输平盘宽度A为40m，保安平盘宽度C为10m，端帮到界边坡形态如图2所示，岩土体物理力学参数如表1所示。
表1岩土体物理力学指标
Figure GDA0003692248310000031
如图1所示，本实施例中复合煤层露天矿高位煤层回采宽度确定方法如下所述。
步骤1：确定复合煤层露天矿各层的地层岩性，同时确定各地层岩性的岩土体物理力学参数；
步骤2：确定边坡各运输平盘宽度为A，保安平盘宽度为C，并初步构建边坡的地质模型，确定到界边坡形态；
步骤3：根据边坡的服务年限，确定各个煤层底板至地表局部边坡的安全储备系数，过程如下：
步骤3.1：将复合煤层进行由上至下编号，最上煤层的编号为M1、第二煤层的编号为M2、….直至最下面的煤层编号为Mi；
本实施例中，将复合煤层进行自上至下编号，最上煤层为1煤，编号为M1；第二层煤为2煤，编号为M2；第三层煤为3煤，编号为M3，如图3所示。
步骤3.2：根据边坡的服务年限，确定煤层M1，M2，…，Mi中各个煤层底板至地表局部边坡的安全储备系数，分别记为K1，K2，…，Ki；
本实施例中，非工作帮服务年限小于10年时，边坡安全储备系数K为1.1～1.2。由于第二层煤底板至第一层煤底板和地表的服务年限比第一层煤底板至地表的服务年限小，因此，煤层M2底板至地表局部边坡的安全储备系数K2＝1.1，煤层M2底板至煤层M1底板局部边坡的稳定性系数Fs2-1＝1.1，煤层M1底板至地表局部边坡的安全储备系数K1＝1.2。
步骤3.3：确定Mi-1煤层底板至Mi-2煤层底板局部边坡的安全储备系数Fsi-1。
步骤4：当最下面的煤层Mi开采后，内排土场排土至煤层Mi-1底板后，在煤层Mi-1走向方向开挖50m，即形成横采内排追踪距离；
步骤5：调整煤层Mi-1底板至煤层Mi-2底板之间各个平盘的宽度，使调整后的边坡符合稳定性要求，过程如下：
步骤5.1：初步设置煤层Mi-1底板至煤层Mi-2底板之间各平盘宽度调整值为B’，C≤B’<A；
步骤5.2：基于数值模拟仿真手段获取煤层Mi-1底板至地表局部边坡的稳定性系数Fi-1和煤层Mi-1底板至煤层Mi-2底板局部边坡的稳定性系数Fsi-1；
步骤5.3：判断若min{Fi-1、Fsi-1}>Ki-1，则减小B’的值；若min{Fi-1、Fsi-1}<Ki-1，则增加B’的值；直至符合条件|min{Fi-1、Fsi-1}-Ki-1|<0.005时，停止调整B’的大小，此时边坡满足稳定性要求。
本实施例中，当煤层M3开采后，内排土场排土至煤层M2底板后，边坡断面形态示意如图4所示，空间形态如图5所示；横采内排追踪距离保持50m，假设煤层M2底板至煤层M1底板之间各平盘宽度调整值B’＝20m时，边坡断面形态示意如图5所示，F2＝1.156，Fs2＝1.202，min{1.256、1.302}>1.1，则减小B’的值；当各平盘宽度调整值B’＝10m时，F2＝1.102，Fs2＝1.110，|min{1.102、1.110}-1.1|<0.005，符合稳定性要求，停止调整B’的大小。
步骤6：计算煤层Mi-1底板至煤层Mi-2底板之间各个平盘的宽度调整前后的差值，并将计算后的差值进行求和，即得到煤层Mi-1回采宽度，记为Bi-1，过程如下：
步骤6.1：计算煤层Mi-1底板至煤层Mi-2底板之间各个平盘的宽度调整前后的差值△B：
△B＝A-B’
步骤6.2：将各个平盘计算后的差值进行求和，即得到煤层Mi-1回采宽度，记为Bi-1。
本实施例中，计算煤层M2底板至煤层M1底板之间各个平盘的宽度调整前后的差值△B＝40-10＝30m，并将煤层M2底板至煤层M1底板之间各个平盘宽度调整前后的差值进行求和，得到煤层M2回采宽度B2＝30+30+30＝90m，计算结果的断面形态如图7所示、空间形态如图8所示。
步骤7：重复执行步骤5至步骤6，计算复合煤层露天矿煤层Mi-2，Mi-3，…，M2，M1的回采宽度，分别记为Bi-2，Bi-2，…，B2，B1。
所述步骤7中在执行步骤5至步骤6时，横采内排追踪距离需要保持50m。
本实施例中，当煤层M2开采后，内排土场排土至煤层M1底板后，横采内排追踪距离保持50m，假设煤层M1底板至地表之间各平盘宽度调整值B’＝20m时，F1＝1.158，Fs1＝1.186，min{1.178、1.196}>1.1，则减小B’的值；当各平盘宽度调整值B’＝15m时，F1＝1.096，Fs1＝1.108，|min{1.096、1.108}-1.1|<0.005，符合稳定性要求，停止调整B’的大小。
计算煤层M1底板至地表之间各个平盘宽度调整前后的差值△B＝40-15＝25m，并将煤层M1底板至地表之间各个平盘的宽度调整前后的差值进行求和，得到煤层M1回采宽度B1＝25+25+25＝75m。

Claims (3)

1.一种复合煤层露天矿高位煤层回采宽度确定方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：确定复合煤层露天矿各层的地层岩性，同时确定各地层岩性的岩土体物理力学参数；
步骤2：确定边坡各运输平盘宽度为A，保安平盘宽度为C，并初步构建边坡的地质模型，确定到界边坡形态；
步骤3：根据边坡的服务年限，确定各个煤层底板至地表局部边坡的安全储备系数；
步骤4：当最下面的煤层Mi开采后，内排土场排土至煤层Mi-1底板后，在煤层Mi-1走向方向开挖50m，即形成横采内排追踪距离；
步骤5：调整煤层Mi-1底板至煤层Mi-2底板之间各个平盘的宽度，使调整后的边坡符合稳定性要求；
步骤6：计算煤层Mi-1底板至煤层Mi-2底板之间各个平盘的宽度调整前后的差值，并将计算后的差值进行求和，即得到煤层Mi-1回采宽度，记为Bi-1；
步骤7：重复执行步骤5至步骤6，计算复合煤层露天矿煤层Mi-2，Mi-3，…，M2，M1的回采宽度，分别记为Bi-2，Bi-2，…，B2，B1；
所述步骤3的方法如下：
步骤3.1：将复合煤层进行由上至下编号，最上煤层的编号为M1、第二煤层的编号为M2、….直至最下面的煤层编号为Mi；
步骤3.2：根据边坡的服务年限，确定煤层M1，M2，…，Mi中各个煤层底板至地表局部边坡的安全储备系数，分别记为K1，K2，…，Ki；
步骤3.3：确定Mi-1煤层底板至Mi-2煤层底板局部边坡的安全储备系数Fsi-1；
所述步骤5的过程如下：
步骤5.1：初步设置煤层Mi-1底板至煤层Mi-2底板之间各平盘宽度调整值为B’，C≤B’<A；
步骤5.2：基于数值模拟仿真手段获取煤层Mi-1底板至地表局部边坡的稳定性系数Fi-1和煤层Mi-1底板至煤层Mi-2底板局部边坡的稳定性系数Fsi-1；
步骤5.3：判断若min{Fi-1、Fsi-1}>Ki-1，则减小B’的值；若min{Fi-1、Fsi-1}<Ki-1，则增加B’的值；直至符合条件|min{Fi-1、Fsi-1}-Ki-1|<0.005时，停止调整B’的大小，此时边坡满足稳定性要求。
2.根据权利要求1所述的一种复合煤层露天矿高位煤层回采宽度确定方法，其特征在于：所述步骤6的过程如下：
步骤6.1：计算煤层Mi-1底板至煤层Mi-2底板之间各个平盘的宽度调整前后的差值△B：
△B＝A-B’
步骤6.2：将各个平盘计算后的差值进行求和，即得到煤层Mi-1回采宽度，记为Bi-1。
3.根据权利要求1所述的一种复合煤层露天矿高位煤层回采宽度确定方法，其特征在于：所述步骤7中在执行步骤5至步骤6时，横采内排追踪距离需要保持50m。
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