CN115391897B - 一种相邻露天矿内排土场并行发展步距确定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种相邻露天矿内排土场并行发展步距确定方法，首先根据露天煤矿开采设计及作业参数，获取采场边坡与内排土场边坡的台阶高度、平盘宽度、台阶坡面角及内排土场排弃高度、采场边坡弱层的赋存位置，然后以垂直于采场走向方向对内排土场推进方向的高于地表的每级台阶设置剖面线，并计算复合边坡的排土场每级台阶对应的稳定性系数，并与安全储备系数作比较，确定内排土场的边界，计算相邻露天矿内排土场并行发展步距。本发明基于Bishop法和剩余推力法，以二维代替三维计算构成的复合边坡的稳定性，寻找到不满足安全储备系数的排土场台阶，进一步确定相邻露天矿内排土场的边界，最后计算出相邻露天矿并行发展步距，计算高效便捷。
Description
技术领域
本发明涉及露天开采技术领域，尤其涉及一种相邻露天矿内排土场并行发展步距确定方法。
背景技术
工程实际中，优化排土场建设发展程序是提高露天矿经济效益和安全生产的直接、有效途径。尤其对于相邻露天矿采坑内排土场的发展来说，采场与排土场构成的复合边坡的稳定性、排土场之间的相对位置关系直接威胁着露天矿作业人员和机械设备的安全。岩土工程界的专家与学者应用不同的理论及方法着力于研究露天煤矿的内外排土场的建设发展，但针对相邻露天矿内排土场协调发展的技术方法尚未报道，其相对位置确定方法尚未建立。因此，迫切需要寻求一种相邻露天矿内排土场并行发展步距确定方法，为露天煤矿边坡稳定性分析及内排土场建设工程提供理论基础。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供一种相邻露天矿内排土场并行发展步距确定方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种相邻露天矿内排土场并行发展步距确定方法，包括如下步骤：
步骤1：根据边坡的服务年限，确定相邻两个露天矿的采场与内排土场所构成的复合边坡的安全储备系数K1，其中，采场属于未进行内排的露天矿，内排土场属于已进行部分内排的露天矿；
步骤2：根据露天煤矿开采设计及作业参数，获取采场边坡与内排土场边坡的台阶高度、平盘宽度、台阶坡面角及内排土场排弃高度、采场边坡弱层的赋存位置；
步骤3：以垂直于采场走向方向对内排土场推进方向的高于地表的每级台阶设置剖面线，并计算复合边坡的排土场每级台阶对应的稳定性系数，并与安全储备系数K1作比较：
步骤3.1：采用Bishop法和剩余推力法分别计算复合边坡的排土场每级台阶对应的稳定性系数{(Fs1,1、Fs2,1),(Fs1,2、Fs2,2)…(Fs1,i、Fs2,i)}，其中Fs1,i表示采用Bishop法计算得到的第i级台阶的稳定性系数，Fs2,i表示采用剩余推力法计算得到的第i级台阶的稳定性系数；
步骤3.2：判断第i级台阶为坡顶时的复合边坡稳定性系数min(Fs1,i、Fs2,i)与安全储备系数K1的大小，若min(Fs1,i、Fs2,i)>K1，而第i+1级台阶为坡顶时复合边坡稳定性系数min(Fs1,i+1、Fs2,i+1)<K1时，选取第i+1级台阶的坡底线向下做垂线与软弱夹层相交，其中交线记为线l1；
步骤4：确定内排土场的边界，计算相邻露天矿内排土场并行发展步距：
步骤4.1：将l1与采场所属矿边坡线的交点记为A，A点标高若为标准标高，则过该点做边坡走向方向的垂线为台阶线；若A点标高不是标准标高，则向上向下找到最近的标准标高点，过该标准标高点做边坡走向方向的垂线为台阶线，根据采场边坡及内排土场形态向上向下起台阶发展采场所属矿的内排；
步骤4.2：依据采场所属矿坑底至A点的高度，找到发展的内排土场最后一级台阶的坡底线，记为BC，计算A点与BC的垂直距离h1；
步骤4.3：记相邻矿内排土场最后一级台阶的坡底线为DE，确定A点距DE的垂直距离h2；
步骤4.4：计算BC与DE之间的距离h＝h2-h1，则h为相邻两个露天矿的内排土场并行发展步距。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明提供的方法是基于Bishop法和剩余推力法，以二维代替三维计算构成的复合边坡的稳定性，寻找到不满足安全储备系数的排土场台阶，进一步确定相邻露天矿内排土场的边界，最后计算出相邻露天矿并行发展步距。本发明提出的相邻露天矿并行发展步距的计算方法，流程简单、操作简便，同时能够为边坡稳定性分析与形态优化提供理论基础。
附图说明
图1为本发明实施例中1号、2号相邻露天矿平面示意图；
图2为本发明实施例中一种相邻露天矿内排土场并行发展步距确定方法流程图；
图3为本发明实施例中1号矿采场与2号矿内排土场两者构成的复合边坡形态示意；
图4为本发明实施例中对复合边坡的排土场第2、3级台阶稳定性计算结果；
图5为本发明实施例中线l1与A点在边坡断面上示意图；
图6为本发明实施例中1号、2号相邻露天矿计算结果示意图。
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，位于内蒙古境内的某相邻露天煤矿分别为1号露天矿和2号露天矿。1号露天矿未进行内排，采场边坡为顺倾边坡，倾角为3°，从下至上为煤、泥岩，第四系，其中，煤层顶板为弱层，弱层矿物成分以伊利石、蒙脱石为主，具有遇水软化严重的特性。地表标高为+820水平，1号矿坑底为+616水平。2号矿已进行部分内排，排弃至+964水平。该1号、2号露天矿平面示意图如图1，岩土体物理力学参数如表1所示。
表1岩土体物理力学参数
如图2所示，本实施例中一种相邻露天矿内排土场并行发展步距确定方法，包括如下步骤：
步骤1：假设相邻露天矿分别为1号露天矿(简记为1号矿)和2号露天矿(简记为2号矿)，且1号矿未进行内排，2号矿已进行部分内排；根据边坡的服务年限，确定1号矿采场与2号矿内排土场两者构成的复合边坡安全储备系数K1；
本实施例中，相邻露天矿1号和2号平面示意图如图1所示。根据《GB 50197-2005煤炭工业行业露天矿设计规范》的要求，1号矿采场与2号矿内排土场两者构成的复合边坡安全储备系数设定为K1＝1.15；
步骤2：根据露天煤矿开采设计及作业参数，获取到1号矿采场边坡与2号矿内排土场边坡的台阶高度、平盘宽度、台阶坡面角及2号矿内排土场排弃高度、1号矿采场边坡弱层的赋存位置；
本实施例中，1号矿采场边坡台阶平盘宽度为30m，台阶高度为12m，台阶坡面角为70°；2号矿内排土场平盘宽度为50m，台阶高度为24m，台阶坡面角为33°，总排弃高度为96m。1号矿采场边坡中煤层顶板为弱层。复合边坡形态如图3所示。
步骤3：以垂直于1号矿采场走向方向对2号矿排土场推进方向的高于地表的每级台阶设置剖面线，分别计算复合边坡的排土场每级台阶对应的稳定性系数，并与安全储备系数K1作比较：
步骤3.1：基于复合边坡的现状形态，采用简化毕肖普法(即Bishop法)和剩余推力法分别计算复合边坡的排土场每级台阶对应的稳定性系数{(Fs1,1、Fs2,1),(Fs1,2、Fs2,2)…(Fs1,i、Fs2,i)}，其中Fs1,i表示采用Bishop法计算第i级台阶的稳定性系数，Fs2,i表示采用剩余推力法计算第i级台阶的稳定性系数；
步骤3.2：判断第i级台阶为坡顶时的复合边坡稳定性系数min(Fs1,i、Fs2,i)与安全储备系数K1的大小，若min(Fs1,i、Fs2,i)>K1，而第i+1级台阶为坡顶时复合边坡稳定性系数min(Fs1,i+1、Fs2,i+1)<K1时，选取第i+1级台阶的坡底线向下做垂线与软弱夹层相交，其中交线记为线l1；
本发明实施例中，对复合边坡的排土场各级台阶分别采用Bishop法和剩余推力法计算稳定性系数，可知第二级台阶的稳定性系数为(Fs1,2＝2.138、Fs2,2＝1.185)，第三台阶的稳定性系数为(Fs1,3＝2.119、Fs2,3＝1.138)，可知min(Fs1,2＝2.138、Fs2,2＝1.185)>K1，min(Fs1,3＝2.119、Fs2,3＝1.138)<K1，计算示意图如图4所示。则选取第3级台阶的平行于剖面线的坡底线向下做垂线与弱层交与线l1。
步骤4：确定内排土场的边界，计算相邻露天矿内排土场并行发展步距：
步骤4：确定1号矿内排土场的边界，计算相邻露天矿内排土场并行发展步距：
步骤4.1：将l1与1号矿边坡线的交点记为A，A点标高若为标准标高，则过该点做边坡走向方向的垂线为台阶线；若A点标高不是标准标高，则向上向下找到最近的标准标高点，过该标准标高点做边坡走向方向的垂线为台阶线。依据采场边坡现状及2号矿内排土场形态向上向下起台阶发展1号矿的内排；
步骤4.2：依据1号矿坑底至A点的高度，找到发展的内排土场最后一级台阶的坡底线，记为BC，计算A点与BC的垂直距离h1；
步骤4.3：记2号矿内排土场最后一级台阶的坡底线为DE，确定A点距DE的垂直距离h2；
步骤4.4：计算BC与DE之间的距离h＝h2-h1，h为1、2号矿内排土场并行发展步距。
本发明实施例中，线l1与A点在边坡断面上示意图如图5，A点为+688水平，为标准标高，则过该点做边坡走向方向的垂线为台阶线，并依据采场边坡现状向上向下起台阶形成内排。坑底至A点高度为72m，按2号矿内排土场形态，1号矿内排土场在推进方向的台阶平盘为50m，即内排最后一级台阶线BC距A点为72/12×50m＝300m。获取到A点距2号矿内排土场最后一级台阶线DE为783m，则1、2号矿内排土场并行发展步距h为783-300＝483m。该相邻露天矿计算结果示意图如图6所示。
Claims (1)
1.一种相邻露天矿内排土场并行发展步距确定方法，其特征在于，包括：
步骤1：根据边坡的服务年限，确定相邻两个露天矿的采场与内排土场所构成的复合边坡的安全储备系数K1，其中，采场属于未进行内排的露天矿，内排土场属于已进行部分内排的露天矿；
步骤2：根据露天煤矿开采设计及作业参数，获取采场边坡与内排土场边坡的台阶高度、平盘宽度、台阶坡面角及内排土场排弃高度、采场边坡软弱夹层的赋存位置；
步骤3：以垂直于采场走向方向对内排土场推进方向的高于地表的每级台阶设置剖面线，并计算复合边坡的排土场每级台阶对应的稳定性系数，并与安全储备系数K1作比较；
步骤4：确定内排土场的边界，计算相邻露天矿内排土场并行发展步距；
所述步骤3包括：
步骤3.1：采用Bishop法和剩余推力法分别计算复合边坡的排土场每级台阶对应的稳定性系数{(Fs1,1、Fs2,1),(Fs1,2、Fs2,2)…(Fs1,i、Fs2,i)}，其中Fs1,i表示采用Bishop法计算得到的第i级台阶的稳定性系数，Fs2,i表示采用剩余推力法计算得到的第i级台阶的稳定性系数；
步骤3.2：判断第i级台阶为坡顶时的复合边坡稳定性系数min(Fs1,i、Fs2,i)与安全储备系数K1的大小，若min(Fs1,i、Fs2,i)>K1，而第i+1级台阶为坡顶时复合边坡稳定性系数min(Fs1,i+1、Fs2,i+1)<K1时，选取第i+1级台阶的坡底线向下做垂线与软弱夹层相交，其中交线记为线l1；
所述步骤4包括：
步骤4.1：将l1与采场所属矿边坡线的交点记为A，A点标高若为标准标高，则过该点做边坡走向方向的垂线为台阶线；若A点标高不是标准标高，则向上向下找到最近的标准标高点，过该标准标高点做边坡走向方向的垂线为台阶线，根据采场边坡及内排土场形态向上向下扩展台阶发展采场所属矿的内排；
步骤4.2：依据采场所属矿坑底至A点的高度，找到发展的内排土场最后一级台阶的坡底线，记为BC，计算A点与BC的垂直距离h1；
步骤4.3：记相邻矿内排土场最后一级台阶的坡底线为DE，确定A点距DE的垂直距离h2；
步骤4.4：计算BC与DE之间的距离h＝h2-h1，则h为相邻两个露天矿的内排土场并行发展步距。
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