CN115045662A - 一种露天矿采区三角边界双扇形转向方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种露天矿采区三角边界双扇形转向方法，转向方法包括如下步骤：步骤一，在三角区的边界处，沿首采区的推进方向形成相互垂直的端帮和工作帮，以将三角区划分为三角形的第一扇转区间和第二扇转区间；首采区工作帮以原工作线长度持续推进，并在靠近相邻采区一侧端帮留沟内排，直到端帮贴近首采区边界；步骤二，按照扇形方向进行第一扇转区间的开采推进；步骤三，根据扇转角度及露天矿具体参数计算得到岩石剥离量和总采煤量；工作帮旋转推进，直至第一扇转区间全部采完；步骤四，按照扇形方向进行第二扇转区间的开采推进。本发明的转向过程连贯，易现场实现，省去二次剥离费用；转向期间工作线长度变化范围较小，有利于设备布置及施工。

Description

一种露天矿采区三角边界双扇形转向方法

技术领域

本发明属于露天矿开采技术领域，具体涉及一种露天矿采区三角边界双扇形转向方法。

背景技术

露天矿采场开采结束后形成的空间轮廓为最终境界，其由采场地表、底部境界以及各帮坡构成。露天矿开采境界的划分影响着矿场内的矿岩量、开采程序、开采工艺等，境界的划分依据一般为国家方针政策、矿床自然埋藏条件、岩体物理化学性质、工程地质条件、勘探程度及地理地形等。

露天煤矿煤田一般面积较大，受生产能力、设备能力、开采规模以及经济效益等因素制约，在经济合理及技术可行的前提下将露天矿划分为若干个采区，每个采区有各自的分区境界，再依次开采各采区直至全矿开采完成。同一煤田划分出的两相邻露天矿的公共边界或某露天矿的采区边界可能划分出类三角形边界，在此不可避免遇到采区转向问题。

常规划分下的采区边界转向方式一般分为间断式和连续式，间断式转向即在前一个采区即将开采到采区边界时，在下一个相邻采区重新拉沟，有较大的基建工程量，一般不采用。连续式采区转向方式尤直角留沟缓帮转向和扇形转向两种方式适用广泛，留沟缓帮转向即前一采区即将开采到界前，在预转向一侧端帮留沟内排，并将此侧端帮缓帮为工作帮，以此完成90°转向。该转向方式对于90°及180°转向较为适用，而就三角形边界的转向问题来说，留沟缓帮转向不仅程序复杂，而且由边界形状及留沟造成的内排空间十分紧张，留沟一侧运输道路中断，单环运输下运输费用大大提高，故不适用。

扇形转向即推进工作线以某一旋转中心呈扇形旋转推进，直至工作面与新采区推进方向垂直。该转向方式连贯、高效且相比前者运输成本小得多，但就三角形边界的转向问题来说，无论如何设置旋转中心，工作线长度随着推进变化较大，设备调配困难、复杂，且不易进行产能规划，月度计划编制复杂。

由上述可以看出，现行露天矿类三角形采区边界的转向方式还有很多缺陷，难以满足现今露天矿高效生产的需要。

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露天矿采区三角边界双扇形转向方法，以至少解决目前露天矿三角形采区边界转向困难的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种露天矿采区三角边界双扇形转向方法，将露天矿相邻采区划分为首采区和二采区，沿推进方向，首采区的端部和二采区的边界形成三角区，所述转向方法包括如下步骤：

步骤一，在所述三角区的边界处，沿首采区的推进方向形成相互垂直的端帮和工作帮，以将所述三角区划分为三角形的第一扇转区间和第二扇转区间；首采区工作帮以原工作线长度持续推进，并在靠近相邻采区一侧端帮留沟内排，直到端帮贴近首采区边界；

步骤二，按照扇形方向进行第一扇转区间的开采推进，扇转角度为θ_i，于推进工作线的反向延长线上确定旋转中心，同时确定旋转半径R，各剥离工作线绕旋转中心朝同一方向扇形旋转推进；

步骤三，根据扇转角度θ_i及露天矿具体参数计算得到岩石剥离量和总采煤量，进行推进计划编制，利用旋转角度θ_i控制产能；工作帮旋转推进，直至第一扇转区间全部采完；

步骤四，按照扇形方向进行第二扇转区间的开采推进，留沟一侧端帮缓帮为新工作帮后，按照步骤二和步骤三进行第二扇转区间的旋转推进，直至推进工作线与二采区推进方向垂直，至此，采区转向工作完成。

在如上所述的露天矿采区三角边界双扇形转向方法，优选，所述露天矿煤层为水平煤层。

在如上所述的露天矿采区三角边界双扇形转向方法，优选，步骤二中，旋转半径R的确定原则为：R≥L_g，其中，L_g为工作帮最长的推进工作线长度。

在如上所述的露天矿采区三角边界双扇形转向方法，优选，步骤三中，工作线距旋转中心最远的一侧推进线速度v满足：

其中，ω为角速度；v_max为设备能力满足的最大推进速度。

在如上所述的露天矿采区三角边界双扇形转向方法，优选，扇转角度为θ_i的范围值为0≤θ_i≤θ_max，其中，

Dg为与端帮平行一侧的三角区直角边的边长。

在如上所述的露天矿采区三角边界双扇形转向方法，优选，露天矿具体参数包括：起始工作线长度、边界固定角度、最大开采深度、煤层厚度、端帮的帮坡角和工作帮的帮坡角。

在如上所述的露天矿采区三角边界双扇形转向方法，优选，所述端帮包括第一端帮和第二端帮，所述第一端帮和第二端帮分别位于工作帮的两侧；

所述端帮的帮坡角包括第一端帮的帮坡角和第二端帮的帮坡角。

有益效果：

本发明提供的一种露天矿采区三角边界双扇形转向方法给出了转向全过程推进煤岩量计算公式，可通过计算合理控制产能；采用连续式转向方法，转向过程连贯，易现场实现，省去二次剥离费用。转向期间工作线长度变化范围较小，有利于设备布置及施工。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：

图1为本发明实施过程中露天矿整体转向过程示意图；

图2为某一时期转向推进施工位置的计算模型；

图3为图2中的梯形区域的煤层底板参数计算模型；

图4为图2中的梯形区域的煤层顶板参数计算模型；

图5为图3或图4中的A-A面剖视图；

图6为图3或图4中的B-B面剖视图。

图中：1、工作帮；2、端帮；21、留沟；3、内排土场；31、内排土场边坡；4、转向推进施工位置；5、煤层底板；6、煤层顶板；7、煤层。

具体实施方式

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。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1所示，根据本发明的实施例，提供了一种露天矿采区三角边界双扇形转向方法，转向方法包括如下步骤：

步骤一，将露天矿相邻采区划分为首采区和二采区，沿推进方向，首采区的端部和二采区的边界形成三角区；在三角区的边界处，沿首采区的推进方向形成相互垂直的端帮2和工作帮1，以将三角区划分为三角形的第一扇转区间和第二扇转区间；在首采区内即将推进到三角区内部时，开始在端帮2一侧设置留沟21内排，首采区继续向前推进，直到端帮2贴近首采区边界。

本发明的具体实施例中，图1中的三个区域①、②和③共同形成的区域称为首采区，其中②为第一扇转区间，③为第二扇转区间。首采区内端帮2留沟21的右侧以及工作帮1的上侧为排土场缓坡边界31，内排土场边坡31内部形成内排土场3区域。

端帮2包括第一端帮和第二端帮，第一端帮和第二端帮分别位于工作帮1的两侧；第二端帮位于内排土场3的右侧，本发明中的第二端帮在图1中未示出，被内排土场压覆。

步骤二，按照扇形方向进行第一扇转区间的开采推进，扇转角度为θi，于推进工作线的反向延长线上确定旋转中心，同时确定旋转半径R，各剥离工作线绕旋转中心朝同一方向扇形旋转推进。

步骤三，根据扇转角度θ_i及露天矿具体参数计算得到岩石剥离量和总采煤量，进行推进计划编制，利用旋转角度θ_i控制产能；工作帮1旋转推进，直至第一扇转区间全部采完。

本发明的具体实施例中，工作线距旋转中心最远的一侧推进线速度v满足：

其中，ω为角速度，v_max为设备能力满足的最大推进速度。工作线距旋转中心最远的一侧(边缘)为最大线速度，控制最大速度，即控制全局满足，现场设备能满足的最大推进速度有限，不满足则不能完成扇转。

如图2所示，发明的具体实施例中，扇转角度为θ_i的范围值为0≤θ_i≤θ_max；

其中，Dg为与端帮平行一侧的三角区直角边的边长，与露天矿境界划分有关，为固定值，根据如下公式计算最大值。

步骤四，按照扇形方向进行第二扇转区间的开采推进，留沟21一侧的第一端帮缓帮为新工作帮后，按照步骤二和步骤三进行第二扇转区间的旋转推进，直至推进工作线与二采区推进方向垂直，至此，采区转向工作完成。

本发明的具体实施例中，露天矿煤层为水平煤层7，适用于本发明中公式，根据扇转角度θ_i及露天矿具体参数计算得到岩石剥离量和总采煤量。

本发明的具体实施例中，步骤二中，旋转半径R的确定原则为R≥L_g，其中L_g为工作帮1最长的推进工作线长度。

本发明的具体实施例中，露天矿具体参数包括：起始工作线长度、边界固定角度、最大开采深度、煤层7厚度、端帮2的帮坡角和工作帮1的帮坡角。其中端帮2的帮坡角为工作帮1两端的第一端帮的帮坡角和第二端帮的帮坡角。

如图2至图6所示，为本发明中某一时期转向推进施工位置4时刻的计算模型图，用于计算步骤三中的岩石剥离量V_岩＝f₁(θ_i)和总采煤量M_煤＝f₂(θ_i)，其确定方法如下:

L_g为起始工作线长度，θ_g为边界固定角度，H为最大开采深度，H_m为煤层7厚度，

为第一端帮的帮坡角，

为第二端帮的帮坡角，α为工作帮1的帮坡角，ρ为煤的容重；以上均为根据露天矿具体参数确定的已知量，其他未知量均由以上已知参数推导，从而推算出函数关系，推导如下：

D₂＝R tanθ_i (2)

D₃＝D₁ sin(180°-θ_g) (3)

L_x1＝D₁ cos(180°-θ_g) (4)

S₁、S₂、S₃分别为地表面积、煤层底板5面积、煤层顶板6面积，其中，煤层顶板6面积与煤层底板5面积计算公式相同，式中参数将煤层底板5替换成煤层顶板6的对应参数，通过以上参数计算得出：

根据梯形体体积计算出扇转角度θ_i与岩石剥离量V_岩(单位：m³)、总采煤量M_煤(单位：t)之间的函数关系：

上述公式中，

为第一端帮2的帮坡角的投影长度，

为第二端帮2的帮坡角的投影长度，L_α为工作帮1的帮坡角的投影长度，D1～D6，L_x1和L_x2均为根据计算需要设定的数学参数。

综上：本发明提供的一种露天矿采区三角边界双扇形转向方法具有产能控制精准、转向过程连贯、运输费用较低等优点。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种露天矿采区三角边界双扇形转向方法，将露天矿相邻采区划分为首采区和二采区，沿推进方向，首采区的端部和二采区的边界形成三角区，其特征在于，所述转向方法包括如下步骤：

步骤一，在所述三角区的边界处，沿首采区的推进方向形成相互垂直的端帮和工作帮，以将所述三角区划分为三角形的第一扇转区间和第二扇转区间；首采区工作帮以原工作线长度持续推进，并在靠近相邻采区一侧端帮留沟内排，直到端帮贴近首采区边界；

步骤二，按照扇形方向进行第一扇转区间的开采推进，扇转角度为θ_i，于推进工作线的反向延长线上确定旋转中心，同时确定旋转半径R，各剥离工作线绕旋转中心朝同一方向扇形旋转推进；

步骤三，根据扇转角度θ_i及露天矿具体参数计算得到岩石剥离量和总采煤量，进行推进计划编制，利用旋转角度θ_i控制产能；工作帮旋转推进，直至第一扇转区间全部采完；

步骤四，按照扇形方向进行第二扇转区间的开采推进，留沟一侧端帮缓帮为新工作帮后，按照步骤二和步骤三进行第二扇转区间的旋转推进，直至推进工作线与二采区推进方向垂直，至此，采区转向工作完成。

2.如权利要求1所述的露天矿采区三角边界双扇形转向方法，其特征在于，所述露天矿煤层为水平煤层。

3.如权利要求2所述的露天矿采区三角边界双扇形转向方法，其特征在于，步骤二中，旋转半径R的确定原则为：

R≥L_g，

其中，L_g为工作帮最长的推进工作线长度。

4.如权利要求2所述的露天矿采区三角边界双扇形转向方法，其特征在于，步骤三中，工作线距旋转中心最远的一侧推进线速度v满足：

其中，ω为角速度；

v_max为设备能力满足的最大推进速度。

5.如权利要求2所述的露天矿采区三角边界双扇形转向方法，其特征在于，扇转角度为θ_i的范围值为0≤θ_i≤θ_max，其中，

Dg为与端帮平行一侧的三角区直角边的边长。

6.如权利要求1或5所述的露天矿采区三角边界双扇形转向方法，其特征在于，露天矿具体参数包括：起始工作线长度、边界固定角度、最大开采深度、煤层厚度、端帮的帮坡角和工作帮的帮坡角。

7.如权利要求6所述的露天矿采区三角边界双扇形转向方法，其特征在于，所述端帮包括第一端帮和第二端帮，所述第一端帮和第二端帮分别位于工作帮的两侧；

所述端帮的帮坡角包括第一端帮的帮坡角和第二端帮的帮坡角。

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