复杂煤层条件下露天矿开采境界与开采程序协同优化方法技术

本发明专利技术提供一种复杂煤层条件下露天矿开采境界与开采程序协同优化方法，优化方法包括：构建开采境界模型和外排土场境界模型；构建三维地质模型；确定开采程序方案；确定生产剥采比，编制露天矿剥、采工程进度计划，确定各年度采剥工程位置及工程量；规划采场内各工程位置、各类剥离物的流向流量，优化内、外排土场利用方案；优化剥离、采煤各开采工艺服务范围及工艺系统布置方案；确定最优的开采程序。本发明专利技术的优化方法能够较好地将开采境界与开采程序进行同步协同优化，不仅可操作性较强，而且能够显著降低露天矿的剥离开采成本，同时也能够保证剥离物排弃与排土场规划的协调性。

【技术实现步骤摘要】
复杂煤层条件下露天矿开采境界与开采程序协同优化方法
本专利技术属于露天开采
，具体涉及一种复杂煤层条件下露天矿开采境界与开采程序协同优化方法。
技术介绍
在露天矿开采境界范围内，煤层发育情况、煤质情况以及覆盖岩石的厚度等，其分布或多或少都是不均匀的。因此，不同开采程序将影响到露天矿逐年煤炭产量、质量和生产剥采比。不同的开采程序还将影响到露天矿的开拓运输系统和采煤剥离运距，进而影响到露天矿的煤岩运输费用和整体经济效果。影响露天矿开采程序的因素很多，其中主要的有以下几个方面：(1)煤层赋存条件。采矿工业与其他工业相比，有一个显著的特点是开采对象都具有不同的特征。可以说世界上没有赋存条件完全相同的两个露天矿，因此，因地制宜地安排一个露天矿的开采程序是很必要的。(2)露天矿的空间几何形态，即露天矿场的长度、宽度、深度、高度，以及形状的变化。露天矿场的空间几何形态是由煤层赋存条件和相关技术经济因素决定的。(3)露天矿开采工艺。露天矿的开采工艺在技术上对露天矿开采程序有一定的要求。一般情况下露天矿开采工艺影响露天矿开采程序。但是，有时由于上述露天矿场的空间形态，比如煤层赋存条件、以及气候条件等，趋向于采用某种合理的露天矿开采程序。这时露天矿开采程序也会影响到露天矿开采工艺的选定。两者是互为联系，相辅相成的。(4)露天矿开拓运输系统。一般情况下，露天矿开拓运输系统应确保露天矿按一定开采程序发展过程中各个时期的运输通路和最短的运距。但是，设置运输通路的可能性和合理性，以及缩短运距的要求，也会反过来影响露天矿的开采程序。因此，研究和确定露天矿开采程序时，也必然要考虑露天矿的开拓运输系统及其合理性对开采程序的影响。在内排土场的情况下更是如此。(5)煤质情况。对于开采煤层数较多的露天矿，煤质情况在露天矿场空间范围内变化显著。不同的开采程序也将影响到露天矿逐年采出煤的平均发热量和有害物质含量等指标，从而影响露天矿山的生产配煤环节，进而影响露天矿山的经济效益。(6)露天矿的生产能力和建设速度的要求，一定程度上也影响露天矿的开采程序。但是目前的优化方法并不能将以上影响因素进行同步分析，不能将开采境界与开采程序进行同步协同优化。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。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服上述现有技术中优化方法并不能将以上影响因素进行同步分析，不能将开采境界与开采程序进行同步协同优化的技术缺陷。为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种复杂煤层条件下露天矿开采境界与开采程序协同优化方法，所述优化方法包括如下步骤：步骤S1，构建开采境界模型和外排土场到界模型；步骤S2，构建三维地质模型步骤S3，确定开采程序方案；步骤S4，确定生产剥采比，编制露天矿剥、采工程进度计划，确定各年度采剥工程位置及工程量；步骤S5，规划采场内各工程位置、各类剥离物的流向流量，优化内、外排土场利用方案；步骤S6，优化剥离、采煤各开采工艺服务范围及工艺系统布置方案；步骤S7，确定最优的开采程序。如上所述复杂煤层条件下露天矿开采境界与开采程序协同优化方法，作为优选方案，所述步骤S1包括如下步骤：步骤S101，对采场和排土场进行离散化；步骤S102，通过降低排土标高与改变内排土场帮坡角的复合优化方式来对内排土场的发展进行动态优化；步骤S103，将各个采剥阶段、排弃阶段分别简化为一个整体，不考虑台阶细节，采场简化成倾角为工作帮坡角的坡面，排土场简化为倾角为排土场边坡角的坡面，端帮简化为组合坡面；步骤S104，在计算运输费用时，只考虑各个采剥阶段、排弃阶段的所对应采剥工程体的质心位置，根据采剥阶段和对应排弃阶段质心的位置变化分别计算得到上坡或下坡运距和水平运距；步骤S105，对内排土场的范围与排弃标高，在进行模型计算时设置一个求解的范围，内排土场的范围在有端帮沿帮外排土场的情况下以沿帮外排土场为界，在端帮没有外排土场的情况下以地表境界作为内排土场的边界；步骤S106，采场、排土场沿同一方向推进；优选的，所述步骤S105中，内排土场的高度设定为卡车能够达到的最高排弃高度。如上所述复杂煤层条件下露天矿开采境界与开采程序协同优化方法，作为优选方案，所述步骤S102中的采场-排土场动态优化的约束条件为：采场与排土场各年最下台阶距离不小于50m；排弃体积应等于剥离量的散体体积；同一年不管以什么样的方式进行优化，进入到内排土场的剥离物总量是不变的即内排土场的横截面积相等；内排土场的高度的最小值应不小于平行四边形的高，所述平行四边形的高为内排土场以最大帮坡角发展到距离采场安全距离为50m时所构成的内排土场抽象出的平行四边形的高；内排土场的最上一个平台的宽度最小值为0，最大值应不大于内排土场以最大帮坡角发展到距离采场安全距离为50m时，所构成的内排土场抽象出的平行四边形的底。如上所述复杂煤层条件下露天矿开采境界与开采程序协同优化方法，作为优选方案，所述步骤S2包括如下步骤：步骤S201，构建煤层顶板、底板DEM模型；步骤S202，构建煤层实体模型；步骤S203，构建煤层块体模型；步骤S204，构建煤层含煤率模型；步骤S205，对三维地质模型进行精度校核。如上所述复杂煤层条件下露天矿开采境界与开采程序协同优化方法，作为优选方案，所述步骤S201包括如下步骤：步骤S2011，处理煤层顶板、底板离散高程点；步骤S2012，处理断层线；步骤S2013，对煤层顶板、底板数据进行估值；步骤S2014，构建煤层顶板、底板DEM模型。如上所述复杂煤层条件下露天矿开采境界与开采程序协同优化方法，作为优选方案，所述步骤S201具体做法为：将步骤S2014中的各个DEM面叠加，然后构建地层顶板与底面之间的侧面三角网，将侧面三角网、顶面与底面三角网缝合，形成空间包络面模型，即构建煤层实体模型；所述步骤204中的含煤率为：式中：η——煤层含煤率；n——煤层层数；m——夹矸层数；hi——第i层煤的厚度；hj——第j层夹矸的厚度；所述步骤205中对矿山实际采出煤量与模型中的煤量数据进行进度对比，其中对比数据为至少四个月的模型计算的采剥量与矿山实际发生的采剥量，精度校准的精度误差﹤3％。如上所述复杂煤层条件下露天矿开采境界与开采程序协同优化方法，作为优选方案，所述步骤S3中的开采程序方案包括纵采转横采和分区纵采。如上所述复杂煤层条件下露天矿开采境界与开采程序协同优化方法，作为优选方案，所述纵采转横采的开采方案包括如下步骤：步骤S3101，确定露天矿年生产量；步骤S3102，均衡生产剥采比，降低生产剥采比的波动；步骤S3103，缩短剥离运距，最大幅度占据开采形成的内排空间；步骤S3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复杂煤层条件下露天矿开采境界与开采程序协同优化方法，其特征在于，所述优化方法包括如下步骤：/n步骤S1，构建开采境界模型和外排土场到界模型；/n步骤S2，构建三维地质模型/n步骤S3，确定开采程序方案；/n步骤S4，确定生产剥采比，编制露天矿剥、采工程进度计划，确定各年度采剥工程位置及工程量；/n步骤S5，规划采场内各工程位置、各类剥离物的流向流量，优化内、外排土场利用方案；/n步骤S6，优化剥离、采煤各开采工艺服务范围及工艺系统布置方案；/n步骤S7，确定最优的开采程序。/n

【技术特征摘要】
1.一种复杂煤层条件下露天矿开采境界与开采程序协同优化方法，其特征在于，所述优化方法包括如下步骤：
步骤S1，构建开采境界模型和外排土场到界模型；
步骤S2，构建三维地质模型
步骤S3，确定开采程序方案；
步骤S4，确定生产剥采比，编制露天矿剥、采工程进度计划，确定各年度采剥工程位置及工程量；
步骤S5，规划采场内各工程位置、各类剥离物的流向流量，优化内、外排土场利用方案；
步骤S6，优化剥离、采煤各开采工艺服务范围及工艺系统布置方案；
步骤S7，确定最优的开采程序。


2.如权利要求1所述复杂煤层条件下露天矿开采境界与开采程序协同优化方法，其特征在于，所述步骤S1包括如下步骤：
步骤S101，对采场和排土场进行离散化；
步骤S102，通过降低排土标高与改变内排土场帮坡角的复合优化方式来对内排土场的发展进行动态优化；
步骤S103，将各个采剥阶段、排弃阶段分别简化为一个整体，不考虑台阶细节，采场简化成倾角为工作帮坡角的坡面，排土场简化为倾角为排土场边坡角的坡面，端帮简化为组合坡面；
步骤S104，在计算运输费用时，只考虑各个采剥阶段、排弃阶段的所对应采剥工程体的质心位置，根据采剥阶段和对应排弃阶段质心的位置变化分别计算得到上坡或下坡运距和水平运距；
步骤S105，对内排土场的范围与排弃标高，在进行模型计算时设置一个求解的范围，内排土场的范围在有端帮沿帮外排土场的情况下以沿帮外排土场为界，在端帮没有外排土场的情况下以地表境界作为内排土场的边界；
步骤S106，采场、排土场沿同一方向推进；
优选的，所述步骤S105中，内排土场的高度设定为卡车能够达到的最高排弃高度。


3.如权利要求2所述复杂煤层条件下露天矿开采境界与开采程序协同优化方法，其特征在于，所述步骤S102中的采场-排土场动态优化的约束条件为：采场与排土场各年最下台阶距离不小于50m；
排弃体积应等于剥离量的散体体积；
同一年不管以什么样的方式进行优化，进入到内排土场的剥离物总量是不变的即内排土场的横截面积相等；
内排土场的高度的最小值应不小于平行四边形的高，所述平行四边形的高为内排土场以最大帮坡角发展到距离采场安全距离为50m时所构成的内排土场抽象出的平行四边形的高；
内排土场的最上一个平台的宽度最小值为0，最大值应不大于内排土场以最大帮坡角发展到距离采场安全距离为50m时，所构成的内排土场抽象出的平行四边形的底。


4.如权利要求1所述复杂煤层条件下露天矿开采境界与开采程序协同优化方法，其特征在于，所述步骤S2包括如下步骤：
步骤S201，构建煤层顶板、底板DEM模型；
步骤S202，构建煤层实体模型；
步骤S203，构建煤层块体模型；
步骤S204，构建煤层含煤率模型；
步骤S205，对三维地质模型进行精度校核。


5.如权利要求4所述复杂煤层条件下露天矿开采境界与开采程序协同优化方法，其特征在于，所述步骤S201包括如下步骤：
步骤S2011，处理煤层顶板、底板离散高程点；
步骤S2012，处理断层线；
步骤S2013，对煤层顶板、底板数据进行估值；
步骤S2014，构建煤层顶板、底板DEM模型。


6.如权利要求5所述复杂煤层条件下露天矿开采境界与开采程序协同优化方法，其特征在于，所述步骤S201具体做法为：将步骤S2014中的各个DEM面叠加，然后构建地层顶板与底面之间的侧面三角网，将侧面三角网、顶面与底面三角网缝合，形成空间包络面模型，即构建煤层实体模型；
所述步骤204中的含煤率为：



式中：η——煤层含煤率；
n——煤层层数；
m——夹矸层数；
hi——第i层煤的厚度；
hj——第j层夹矸的厚度；
所述步骤205中对矿山实际采...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘光伟，张靖，曹博，柴森霖，吕进国，于秋宇，李浩然，郭伟强，黄云龙，王青旭，王东，刘威，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21