CN114033380A - 一种平行双工作线反向推进的倾斜煤层露天矿开采方法 - Google Patents

一种平行双工作线反向推进的倾斜煤层露天矿开采方法 Download PDF

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曹博
刘士晨
王健
汪帅
赵波
吕明家
李青怡
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郭晓兵
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Abstract

本发明提供一种平行双工作线反向推进的倾斜煤层露天矿开采方法，开采方法包括以下步骤：步骤1，确定坑底留沟时所增加的成本与不留沟时所增加的成本；当坑底留沟时所增加的成本相对较大时，不在坑底留沟；当坑底留沟时所增加的成本相对较小时，在坑底留沟；步骤2，沿煤层走向布置工作线，沿煤层倾向推进，开始纵采，纵采降深到坑底后，工作帮各平盘布置成端帮最小运输宽度后停止推进；步骤3，停止纵采，在原两纵采端帮分别沿煤层倾向布置两个相互平行的工作线并开始横采；步骤4，两横采工作帮推进到开采境界后，在步骤2中纵采终止位置继续开展纵采工作。本露天矿开采方法具有综合运距较短、二量留设简单、不受煤层产状制约且实现内排时间早等优点。

Description

一种平行双工作线反向推进的倾斜煤层露天矿开采方法
技术领域
本发明属于露天矿开采技术领域，具体涉及一种平行双工作线反向推进的倾斜煤层露天矿开采方法。
背景技术
倾斜煤层露天矿在我国露天矿中的占比较大，在开采时主要有纵采和横采两种工作线推进方式。纵采即是沿着矿体走向布置采剥工作线，垂直矿体走向开采推进，开段沟可以在矿体的上盘布置，有利于减少矿石的损失、贫化。横采即是沿着矿体倾向布置工作线，垂直矿体倾向推进，采用横采时的采场内部运距较横采更短，基建工程量也更小。倾斜煤层露天矿实行纵采时，随着采剥工程的推进，剥采比与运距不断增大，生产成本逐步升高，持续实行纵向开采方案将使企业的经济效益愈加恶化，亏损严重。因此，多数露天矿山采取纵采转横采或深部横采浅部纵采的技术方案，横采可提前实现内排，缩短运距，尽可能多得采出浅部赋存煤层，显著提高开采前期的经济效益。
但是现行的纵采转横采实行方式皆为向一侧端帮转向，这种方式虽能在一定程度上提高前期经济效益，但受到剥采比的制约，工作线长度有限，在推进度合理的前提下往往难以达到露天矿年产量要求，且受矿体发育情况影响较大，若浅部煤层发育较差，也难以满足横采产量需求。
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
本发明的目的在于提供一种平行双工作线反向推进的倾斜煤层露天矿开采方法，以至少解决目前纵采转横采实行方式受剥采比的制约，工作线长度有限，难以满足横采产量需求等问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种平行双工作线反向推进的倾斜煤层露天矿开采方法，所述开采方法包括以下步骤：
步骤1，根据露天矿中的设计参数，确定坑底留沟时所增加的成本与不留沟时所增加的成本；
当坑底留沟时所增加的成本大于不留沟时所增加的成本时，不在坑底留沟；
当坑底留沟时所增加的成本小于不留沟时所增加的成本时，在坑底留沟；
步骤2，在露天矿设计初始位置拉沟、降深，沿煤层走向布置工作线，沿煤层倾向推进，开始纵采，纵采降深到坑底后，工作帮各平盘布置成端帮最小运输宽度后停止推进；
步骤3，停止纵采后，纵采工作帮形成横采端帮，在原两纵采端帮分别沿煤层倾向布置两个相互平行的工作线并开始横采，两工作帮沿煤层走向分别向相反方向进行横采，进行横采内排追踪压帮方式开采；
步骤4，两横采工作帮推进到开采境界后，在步骤2中纵采终止位置继续开展纵采工作。
如上所述的倾斜煤层露天矿开采方法，优选地，坑底留沟时，所增加的成本Cl包括内排运输成本Cn与外排增量所增加的运输成本Cw；
不留沟时，横采完成后纵采继续推进需要进行二次剥离，不留沟时所增加的成本Cb为二次剥离所增加的成本Ce。
如上所述的倾斜煤层露天矿开采方法，优选地，在留沟时，内排运输线路在留沟一侧中断，使得原双环运输线路变为单环运输线路，由此增加的内排运输成本Cn的计算公式如下：
Figure BDA0003309223240000021
式中，Ld-单环运输平均运距，单位：km；
Ls-双环运输平均运距，单位：km；
My-吨公里运费，单位：元·t-1·km-1；
ρ-剥离物密度，单位：kg/m3；
Vl-内排总体积，单位：m3。
如上所述的倾斜煤层露天矿开采方法，优选地，在步骤3中，若留沟时，则实行压单侧帮内排，若不留沟，则实行压双侧帮内排；
留沟时，实行压单侧帮内排，内排总体积Vl的计算公式如下：
Figure BDA0003309223240000031
式中，H-最大采深，单位：m；
a1-留沟时内排土场顶端纵向长度，单位：m；
b1-留沟时内排土场顶端横向长度，单位：m；
a2-留沟时内排土场底端纵向长度，单位：m；
b2-留沟时内排土场底端横向长度，单位：m。
如上所述的倾斜煤层露天矿开采方法，优选地，留沟时，内排土场顶端纵向长度a1的计算公式如下：
Figure BDA0003309223240000032
留沟时内排土场顶端横向长度b1的计算公式如下：
Figure BDA0003309223240000033
式中，Lg-横采工作线长度，单位：m；
γ-纵采到界帮坡角，单位：°；
β-内排留沟一侧帮坡角，单位：°；
α-横采工作帮帮坡角，单位：°；
θ-内排工作帮帮坡角，单位：°；
Dl-坑底留沟宽度，单位：m；
Lz-煤层走向总长，单位：m；
Dz-内排坑底追踪距离，单位：m。
如上所述的倾斜煤层露天矿开采方法，优选地，留沟时内排土场底端纵向长度a2的计算公式如下：
a2＝Dg-Dl
留沟时内排土场底端横向长度b2的计算公式如下：
Figure BDA0003309223240000034
式中，α-横采工作帮帮坡角，单位：°；
Dl-坑底留沟宽度，单位：m；
Dg-坑底宽度，单位：m；
Lz-煤层走向总长，单位：m；
Dz-内排坑底追踪距离，单位：m。
如上所述的倾斜煤层露天矿开采方法，优选地，不留沟时，实行压双侧帮内排，内排总体积Vb按下式计算：
Figure BDA0003309223240000041
式中，H-最大采深，单位：m；
a3-不留沟时内排土场顶端纵向长度，单位：m；
b3-不留沟时内排土场顶端横向长度，单位：m；
a4-不留沟时内排土场底端纵向长度，单位：m；
b4-不留沟时内排土场底端横向长度，单位：m。
如上所述的倾斜煤层露天矿开采方法，优选地，留沟时内排量相对不留沟有所减少，从而造成外排运输成本增加，外排增量所增加的运输成本Cw的计算公式如下：
Cw＝(Vb-Vl)ρMy(Lw-Ln)
式中，Lw-外排平均运距，单位：km；
Ln-内排平均运距，单位：km；
坑底留沟时所增加成本Cl的计算公式如下：Cl＝Cn+Cw。
如上所述的倾斜煤层露天矿开采方法，优选地，二次剥离所增加的成本Ce的计算公式如下：
Figure BDA0003309223240000042
式中，Lt-横采一侧推进总长度，单位：m；
η-松散系数，取1.1；
Mb-剥离单位体积费用，单位：元/m3。
如上所述的倾斜煤层露天矿开采方法，优选地，在步骤4中，若留沟，则纵采可在留沟处接续；若不留沟，则要进行二次剥离后，再实行纵采。
有益效果：本发明提供一种平行双工作线反向推进的倾斜煤层露天矿开采方法，在纵采转横采后，横采设置两个相互平行的工作线，且两个工作线沿相反的方向推进，使得本露天矿开采方法具有综合运距短、二量留设简单、不受煤层产状制约、实现内排时间早等优点。
附图说明
图1为本发明实施例中不留沟内排的开采过程示意图；
图2为本发明实施例中留沟内排的开采过程示意图；
图3为本发明实施例中横采内排推进过程中的采场示意图；
图4为图3的A-A面剖视图；
图5为图3的B-B面剖视图。
图中：1、煤层底板；2、露煤；3、横采工作帮；4、内排土场；5、由纵采工作帮布置形成的横采端帮；6、坑底留沟。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
根据本发明的具体实施例，如图1-5所示，本发明提供一种平行双工作线反向推进的倾斜煤层露天矿开采方法，开采方法包括以下步骤：
步骤1，根据露天矿中的各项设计参数，确定坑底留沟时所增加成本与不留沟时所增加的成本；当坑底留沟时所增加成本大于不留沟时所增加的成本时，不设置坑底留沟6，不设置坑底留沟6在横采结束需要再次纵采时需要进行二次剥离。当坑底留沟时所增加成本小于不留沟时所增加的成本时，设置坑底留沟6，此时在横采结束后，再次纵采时无需进行二次剥离。
步骤2，在露天矿设计初始位置拉沟、降深；沿煤层走向布置工作线，沿煤层倾向推进，开始纵采，纵采降深到坑底(也即煤层底板1的位置)后，工作帮各平盘布置成端帮最小运输宽度后停止推进。
步骤3，停止纵采后，原来的纵采工作帮不再进行继续开采，原纵采时的两端帮转为横采工作帮3进行横采。由纵采工作帮布置形成的横采端帮5，在两纵采时的端帮分别沿煤层倾向布置两个相互平行的工作线，布置成工作帮后沿煤层走向分别向相反方向推进，进行横采，即两个横采工作帮3对以露煤2开始的压覆煤层进行开采，进行横采内排追踪压帮方式开采。
步骤4，两横采工作线推进到开采境界后，在步骤2中纵采终止位置继续开展纵采工作。
坑底留沟时所增加成本Cl包括内排运输成本Cn与外排增量所增加的运输成本Cw；不留沟时，横采完成后纵采继续推进需要进行二次剥离，不留沟时所增加的成本Cb为二次剥离所增加的成本Ce。
在留沟时，内排运输线路在留沟一侧中断，使得原双环运输线路变为单环运输线路，由此增加的内排运输成本Cn的计算公式如下：
Figure BDA0003309223240000061
式中，Ld-单环运输平均运距，单位：km；
Ls-双环运输平均运距，单位：km；
My-吨公里运费，单位：元·t-1·km-1；
ρ-剥离物密度，单位：kg/m3；
Vl-内排总体积，单位：m3。
在步骤3中，若留沟，则实行压单侧帮内排，若不留沟，则实行压双侧帮内排；
留沟时，实行压单侧帮内排，内排总体积Vl的计算公式如下：
Figure BDA0003309223240000062
式中，H-最大采深，单位：m；
a1-留沟时内排土场顶端纵向长度，单位：m；
b1-留沟时内排土场顶端横向长度，单位：m；
a2-留沟时内排土场底端纵向长度，单位：m；
b2-留沟时内排土场底端横向长度，单位：m。
留沟时内排土场4顶端纵向长度a1的计算公式如下：
Figure BDA0003309223240000063
留沟时内排土场4顶端横向长度b1的计算公式如下：
Figure BDA0003309223240000071
式中，Lg-横采工作线长度，单位：m；
γ-纵采到界帮坡角，单位：°；
β-内排留沟一侧帮坡角，单位：°；
α-横采工作帮帮坡角，单位：°；
θ-内排工作帮帮坡角，单位：°；
Dl-坑底留沟宽度，单位：m；
Lz-煤层走向总长，单位：m；
Dz-内排坑底追踪距离，单位：m。
留沟时内排土场底端纵向长度a2的计算公式如下：
a2＝Dg-Dl
留沟时内排土场底端横向长度b2的计算公式如下：
Figure BDA0003309223240000072
式中，α-横采工作帮帮坡角，单位：°；
Dl-坑底留沟宽度，单位：m；
Dg-坑底宽度，单位：m；
Lz-煤层走向总长，单位：m；
Dz-内排坑底追踪距离，单位：m。
不留沟时，实行压双侧帮内排，内排总体积Vb按下式计算：
Figure BDA0003309223240000073
式中，H-最大采深，单位：m；
a3-不留沟时内排土场顶端纵向长度，单位：m；
b3-不留沟时内排土场顶端横向长度，单位：m；
a4-不留沟时内排土场底端纵向长度，单位：m；
b4-不留沟时内排土场底端横向长度，单位：m。
留沟时内排量相对不留沟有所减少，从而造成外排运输成本增加，外排增量所增加的运输成本Cw的计算公式如下：
Cw＝(Vb-Vl)ρMy(Lw-Ln)
式中，Lw-外排平均运距，单位：km；
Ln-内排平均运距，单位：km；
坑底留沟时所增加成本Cl的计算公式如下：Cl＝Cn+Cw。
二次剥离所增加的成本Ce的计算公式如下：
Figure BDA0003309223240000081
式中，Lt-横采一侧推进总长度，单位：m；
η-松散系数，取1.1；
Mb-剥离单位体积费用，单位：元/m3。
在步骤4中，若留沟，则纵采可在留沟处接续；若不留沟，则要进行二次剥离后，再实行纵采。
综上所述，本发明提供的一种平行双工作线反向推进的倾斜煤层露天矿开采方法，该露天矿开采方法具有综合运距短、二量留设简单、不受煤层产状制约、实现内排时间早等优点。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均在本发明待批权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种平行双工作线反向推进的倾斜煤层露天矿开采方法，其特征在于，所述开采方法包括以下步骤：
步骤1，根据露天矿中的设计参数，确定坑底留沟时所增加的成本与不留沟时所增加的成本；
当坑底留沟时所增加的成本大于不留沟时所增加的成本时，不在坑底留沟；
当坑底留沟时所增加的成本小于不留沟时所增加的成本时，在坑底留沟；
步骤2，在露天矿设计初始位置拉沟、降深，沿煤层走向布置工作线，沿煤层倾向推进，开始纵采，纵采降深到坑底后，工作帮各平盘布置成端帮最小运输宽度后停止推进；
步骤3，停止纵采后，纵采工作帮形成端帮，在原两纵采端帮分别沿煤层倾向布置两个相互平行的工作线并开始横采，两工作帮沿煤层走向分别向相反方向进行横采，进行横采内排追踪压帮方式开采；
步骤4，两横采工作帮推进到开采境界后，在步骤2中纵采终止位置继续开展纵采工作。
2.根据权利要求1所述的倾斜煤层露天矿开采方法，其特征在于，坑底留沟时，所增加的成本Cl包括内排运输成本Cn与外排增量所增加的运输成本Cw；
不留沟时，横采完成后纵采继续推进需要进行二次剥离，不留沟时所增加的成本Cb为二次剥离所增加的成本Ce。
3.根据权利要求2所述的倾斜煤层露天矿开采方法，其特征在于，在留沟时，内排运输线路在留沟一侧中断，使得原双环运输线路变为单环运输线路，由此增加的内排运输成本Cn的计算公式如下：
Figure FDA0003309223230000011
式中，Ld—单环运输平均运距，单位：km；
Ls—双环运输平均运距，单位：km；
My—吨公里运费，单位：元·t-1·km-1；
ρ—剥离物密度，单位：kg/m3；
Vl—内排总体积，单位：m3。
4.根据权利要求3所述的倾斜煤层露天矿开采方法，其特征在于，在步骤3中，若留沟时，则实行压单侧帮内排，若不留沟，则实行压双侧帮内排；
留沟时，实行压单侧帮内排，内排总体积Vl的计算公式如下：
Figure FDA0003309223230000021
式中，H—最大采深，单位：m；
a1—留沟时内排土场顶端纵向长度，单位：m；
b1—留沟时内排土场顶端横向长度，单位：m；
a2—留沟时内排土场底端纵向长度，单位：m；
b2—留沟时内排土场底端横向长度，单位：m。
5.根据权利要求4所述的倾斜煤层露天矿开采方法，其特征在于，留沟时，内排土场顶端纵向长度a1的计算公式如下：
Figure FDA0003309223230000022
留沟时内排土场顶端横向长度b1的计算公式如下：
Figure FDA0003309223230000023
式中，Lg—横采工作线长度，单位：m；
γ—纵采到界帮坡角，单位：°；
β—内排留沟一侧帮坡角，单位：°；
α—横采工作帮帮坡角，单位：°；
θ—内排工作帮帮坡角，单位：°；
Dl—坑底留沟宽度，单位：m；
Lz—煤层走向总长，单位：m；
Dz—内排坑底追踪距离，单位：m。
6.根据权利要求5所述的倾斜煤层露天矿开采方法，其特征在于，
留沟时内排土场底端纵向长度a2的计算公式如下：
α2＝Dg-Dl
留沟时内排土场底端横向长度b2的计算公式如下：
Figure FDA0003309223230000031
式中，α—横采工作帮帮坡角，单位：°；
Dl—坑底留沟宽度，单位：m；
Dg—坑底宽度，单位：m；
Lz—煤层走向总长，单位：m；
Dz—内排坑底追踪距离，单位：m。
7.根据权利要求4所述的倾斜煤层露天矿开采方法，其特征在于，不留沟时，实行压双侧帮内排，内排总体积Vb按下式计算：
Figure FDA0003309223230000032
式中，H—最大采深，单位：m；
a3—不留沟时内排土场顶端纵向长度，单位：m；
b3—不留沟时内排土场顶端横向长度，单位：m；
a4—不留沟时内排土场底端纵向长度，单位：m；
b4—不留沟时内排土场底端横向长度，单位：m。
8.根据权利要求7所述的倾斜煤层露天矿开采方法，其特征在于，留沟时内排量相对不留沟有所减少，从而造成外排运输成本增加，外排增量所增加的运输成本Cw的计算公式如下：
Cw＝(Vb-Vl)ρMy(Lw-Ln)
式中，Lw—外排平均运距，单位：km；
Ln—内排平均运距，单位：km；
坑底留沟时所增加成本Cl的计算公式如下：Cl＝Cn+Cw。
9.根据权利要求6所述的倾斜煤层露天矿开采方法，其特征在于，二次剥离所增加的成本Ce的计算公式如下：
Figure FDA0003309223230000041
式中，Lt—横采一侧推进总长度，单位：m；
η—松散系数，取1.1；
Mb—剥离单位体积费用，单位：元/m3。
10.根据权利要求1-9任一所述的倾斜煤层露天矿开采方法，其特征在于，在步骤4中，若留沟，则纵采可在留沟处接续；若不留沟，则要进行二次剥离后，再实行纵采。
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