一种露天矿边帮压煤开采硐室布置方法技术

本发明专利技术提供一种露天矿边帮压煤开采硐室布置方法，解决了传统的边帮压煤开采回收方式中煤柱量较大，边帮压覆资源的回收率较低的问题，技术方案包括如下步骤：步骤1确定硐室布置参数，步骤2计算煤柱留设宽度，步骤3，确定边帮采煤机钻进角度，步骤4，参数验证；步骤5，硐室开采充填：先进行边帮压煤硐室第一阶段开采，当同一方向硐室全部开采完成后进行硐室充填作业，待充填体全部终凝，以与原硐室钻进角度的补角为钻进角度进行第二阶段开采，新硐室与原有硐室形成“十字交叉”形态，最后进行硐室采空区充填。其明显增加硐室有效开采总深，极大的提高了边帮资源回收率，并降低压覆煤层自然发火和岩体滑坡等安全隐患。

【技术实现步骤摘要】
一种露天矿边帮压煤开采硐室布置方法
本专利技术涉及露天采矿
，特别是一种露天矿边帮压煤开采硐室布置方法，适用于开采硐室布置及留设煤柱。
技术介绍
目前，在我国的露天采矿中，边帮压覆煤炭资源量是露天煤矿工业储量的一部分，受开采境界、边坡角度和煤层赋存条件的影响，近水平和缓倾斜煤层露天煤矿边帮必会存在压覆资源量的现象，为避免资源浪费需将边帮压覆资源进行有效回收。传统的边帮压煤开采回收方式主要有：陡帮开采、边帮采煤机开采、露井协调开采和井工平巷开采，其中边帮采煤机开采方式应用较为普遍，开采硐室布置方向一般与露天矿边帮垂直，各硐室间留设煤柱，硐室开采完成后封堵硐口，因开采扰动的影响存在自然发火、岩体滑坡等安全隐患。开采硐室布置方法存在的问题是：由于垂直边帮布置硐室，硐室间煤柱与硐室平行，且煤柱留设深度与硐室开采深度相同，导致煤柱量较大，边帮压覆资源的回收率较低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种露天矿边帮压煤开采硐室布置方法。解决了传统的边帮压煤开采回收方式中的由于硐室间煤柱与硐室平行，煤柱留设深度与硐室开采深度相同，导致煤柱量较大，边帮压覆资源的回收率较低的问题，其能够高效率回收煤层，并降低压覆煤层自然发火和岩体滑坡等安全隐患。本专利技术的技术方案是：该露天矿边帮压煤开采硐室布置方法包括如下步骤：步骤1，确定硐室布置参数：首先划定边帮压煤开采范围，再结合边帮采煤机的参数和边帮煤层赋存条件综合确定硐室的采宽、采高和采深。步骤2，计算煤柱留设宽度：根据A.H.Wilson理论的公式B1=（KB2+0.02MH）/(4-K)，计算煤柱宽度，式中，B1为煤柱宽度，m；B2为硐室采宽，m；M为硐室采高，m；H为赋存深度，m；K为安全系数；所述采宽由边帮采煤机截割头宽度确定，采高根据开采煤层厚度和边帮采煤机最大采高综合确定，采深由边帮压煤开采范围及边帮采煤机最大采深综合确定。步骤3，确定边帮采煤机钻进角度：通过选定的边帮采煤机确定开采深度，再结合边帮压煤开采范围，最终确定边帮采煤机钻进的角度范围。步骤4，参数验证：利用用于建立边帮压煤开采模型的数值模拟软件建立边帮压煤开采模型，输入上述步骤中拟定的参数进行开采模拟，分析硐室、煤柱及边坡的稳定性，进行拟定参数验证，若达到安全要求，则通过验证；若稳定性达不到安全要求则返回步骤1重新调整参数。步骤5，硐室开采充填：先利用边帮采煤机按照确定的钻进角度进行边帮压煤硐室第一阶段开采，本硐室开采结束后将开采设备回撤至硐室外，再将设备移至下一个硐室口按照相同的钻进角度继续开采，两硐室之间留设条形煤柱；当同一方向硐室全部开采完成后进行硐室充填作业，采用矸石料和水泥类充填材料填充硐室采空区，使煤壁隔绝空气和加强边坡稳定性；待充填体全部终凝，达到一定支护强度后以原有硐室口为起点，并以与原硐室钻进角度的补角为钻进角度进行第二阶段开采，形成新硐室，新硐室与原有硐室形成“十字交叉”形态，开采过程中新硐室会穿过部分条形煤柱和充填体，将原有条形煤柱切割成菱形煤柱，若采出原煤中含充填材料过多影响煤质，则需进行洗选处理；最后，开采区域内硐室全部开采完成后进行硐室采空区充填。本专利技术的优点及有益效果是：（1）该专利技术提供的露天矿边帮压煤开采硐室布置方法，通过合理确定硐室参数、煤柱宽度和钻进角度，最终将条形煤柱转变成菱形煤柱，将原来留有的条形煤柱部分转变为开采的煤层资源，明显增加硐室有效开采总深，极大的提高了边帮资源回收率。（2）该专利技术提供的露天矿边帮压煤开采硐室布置方法，通过充填原有硐室和新硐室采空区隔离了空气与煤柱的连通，消除自然发火的隐患，同时对提升边坡安全的效果也十分显著。（3）该专利技术提供的露天矿边帮压煤开采硐室布置方法，目前国内尚无此类技术研究，该方法的提出填补了国内露天矿边帮压煤开采技术的空白。附图说明下面结合附图对本专利技术作进一步说明。图1是本专利技术的露天矿边帮压煤开采硐室布置方法的流程图；图2为本专利技术提供的露天矿边帮压煤开采硐室布置的纵向断面示意图；图3为本专利技术提供的工程演化过程的第一阶段开采状态的硐室布置横向截面示意图；图4为本专利技术提供的工程演化过程的第一阶段开采硐室填充状态的横向截面示意图；图5为本专利技术提供的工程演化过程的第二阶段开采状态的硐室布置横向截面示意图；图6为本专利技术提供的工程演化过程的第二阶段开采硐室填充状态的横向截面示意图。图中序号说明：1-上覆岩层，2-开采煤层，3-硐室，4-菱形煤柱，5-条形煤柱，6-钻进角度（α），7-充填材料。具体实施方式根据图1-6对本专利技术作详细描述。实施例为一种露天矿边帮压煤开采硐室布置方法，生产露天矿已实现完全内排，工作帮与内排土场间距150m，边帮压煤开采区域确定在一侧端帮，区域长3.0km，宽0.15km，面积0.45km2。该区域含一层开采煤层2，煤层平均厚度4m，煤层倾角1°～3°，上覆岩层1平均厚度30m，边坡角为32°。应用本专利技术实施边帮压煤开采工程。如图1所示，主要步骤为：首先确定边帮压煤开采硐室布置参数；再根据边帮压煤岩物理力学性质、煤层赋存深度、硐室宽度、硐室高度等参数计算出煤柱留设宽度；然后结合边帮压煤开采范围及采煤机开采深度的限制，确定边帮采煤机的钻进角度；进行参数验证，若稳定性达不到安全要求则返回，重新调整参数；硐室开采充填，相同方向硐室开采完成后进行充填作业，最后以此前确定钻进角度的补角为新的钻进角度进行硐室开采，此方向硐室开采过程中会穿过部分煤柱和充填体，将条形煤柱切割成菱形煤柱。其具体包括如下步骤：步骤1，确定硐室布置参数：首先划定边帮压煤开采范围，再结合边帮采煤机的参数和边帮煤层赋存条件综合确定硐室的采宽、采高和采深。其中采宽由边帮采煤机截割头宽度确定，采高根据开采煤层厚度和边帮采煤机最大采高综合确定，采深由边帮压煤开采范围及边帮采煤机最大采深综合确定。确定硐室的采高为4m，采宽3.3m，采深不大于150m/sinα，且不大于边帮采煤机最大开采深度300m。边帮压煤开采硐室布置，如图2所示的露天矿边帮压煤开采硐室布置的纵向断面示意图，首先确定边帮压煤开采范围内上覆岩层1和开采煤层2的界限，然后根据边帮采煤机开采参数及开采煤层2的厚度综合确定开采硐室3的尺寸参数。步骤2，计算煤柱留设宽度：根据A.H.Wilson（或称：A.H.威尔逊）理论，利用公式B1=（KB2+0.02MH）/(4-K)，计算煤柱宽度，式中，B1为煤柱宽度，m；B2为硐室采宽，m；M为硐室采高，m；H为赋存深度，m；K为安全系数。将已确定的硐室采宽、采高、赋存深度等参数代入A.H.Wilson理论计算公式中，得出煤柱宽度为1.2m，如图5所示，由于开采过程中硐室会形成“十字交叉”形态，部分条形煤柱5会被切割成菱形煤柱4，因此为保证硐室及边坡的稳定性暂将煤柱宽度提升至1.5m。步骤3，确定边帮采煤机钻进角度：选定的边帮采煤机，边帮采煤机开采深度受开采效率和导航定位精度的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种露天矿边帮压煤开采硐室布置方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1，确定硐室布置参数：首先划定边帮压煤开采范围，再结合边帮采煤机的参数和边帮煤层赋存条件综合确定硐室的采宽、采高和采深；/n步骤2，计算煤柱留设宽度：根据A.H.Wilson理论的公式B

【技术特征摘要】
1.一种露天矿边帮压煤开采硐室布置方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，确定硐室布置参数：首先划定边帮压煤开采范围，再结合边帮采煤机的参数和边帮煤层赋存条件综合确定硐室的采宽、采高和采深；
步骤2，计算煤柱留设宽度：根据A.H.Wilson理论的公式B1=（KB2+0.02MH）/(4-K)，计算煤柱宽度，式中，B1为煤柱宽度，m；B2为硐室采宽，m；M为硐室采高，m；H为赋存深度，m；K为安全系数；所述采宽由边帮采煤机截割头宽度确定，采高根据开采煤层厚度和边帮采煤机最大采高综合确定，采深由边帮压煤开采范围及边帮采煤机最大采深综合确定；
步骤3，确定边帮采煤机钻进角度：通过选定的边帮采煤机确定开采深度，再结合边帮压煤开采范围，最终确定边帮采煤机钻进的角度范围；
步骤4，参数验证：利用用于建立边帮压煤开采模型的数值模拟软件建立边帮压煤开采模型，输入上述步骤中拟定的参数进...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾祥玉，王忠鑫，马培忠，
申请(专利权)人：中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21