一种露天矿内排土场软弱基底逐阶段优化处理方法技术

本发明专利技术公开了一种露天矿内排土场软弱基底逐阶段优化处理方法，涉及露天矿边坡稳定控制领域，从提高露天矿内排土场边坡稳定性角度出发，针对内排土场软弱基底处理问题，提出了一种新的在内排土场发展的全生命周期内逐阶段进行基底处理的优化方法，克服了因内排土场基底盲目处理而造成经济和时间的浪费的问题，可用于解决露天矿软弱基底内排土场的边坡稳定控制问题，对实现露天矿安全、高效生产提供技术支持，具有重要的实际意义、理论价值和广阔的应用前景。阔的应用前景。阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种露天矿内排土场软弱基底逐阶段优化处理方法


[0001]本专利技术涉及露天矿边坡稳定控制领域，尤其涉及一种露天矿内排土场软弱基底逐阶段优化处理方法。

技术介绍

[0002]近年来，我国露天煤矿的规模不断增加、数量不断增大；露天开采强化内排具有减少外排占地面积，降低剥离运距，提高设备作业效率等突出优势，也是治理煤自燃、扬尘与控制边坡稳定的最佳措施；然而，内排土场一旦形成，其稳定性直接影响露天煤矿采剥工程发展及人员和设备安全；国内一些大型露天煤矿的内排土场均发生过一定规模的滑坡或大变形现象，尤其是软弱基底内排土场，在地下水的作用下，极易发生滑坡；由于该类排土场基底亲水性强，软弱基底遇水软化，强度降低，黏聚力有的甚至低至0kPa，采矿专家及学者提出不同的方法及措施来治理内排土场，例如缓坡、抛石挤淤、破坏基底、留设煤柱挡墙、疏干排水、化学处理等方法和措施；缓坡必然会提高边坡的稳定性，但同时会减少大量的排土空间；抛石挤淤法能够在一定程度上增加下滑阻力，但是对于弱层厚度较大或者埋藏较深时并不适用；采用常规疏干排水措施，其效果难于量化，仍存在一定的滑坡风险，常作为辅助治理方法；留设支挡煤柱方法对改善软弱基底内排土场稳定性效果明显，然而，留设支挡煤柱必然造成一定的煤炭损失，而且如何留设支挡煤柱也是有待解决的关键问题；电化学法改性提升泥岩的强度，能够改善其遇水软化的缺点，但是加固成本昂贵，不适合大规模的应用；破坏软弱基底方法，将弱层清除，彻底消除了滑坡隐患，势必会提高内排土场边坡的稳定性；但在内排土场发展的全生命周期内，如何处理采能够达到既经济又安全的目的，尚未形成一种优化处理方法；因此，为解决软弱基底露天煤矿内排土场基底处理问题，亟需提出一种内排土场全生命周期内逐阶段基底优化处理方法，在保证内排土场边坡稳定性的前提下，提高露天矿开采的经济效益。

技术实现思路

[0003]为解决软弱基底露天煤矿内排土场基底处理问题，本专利技术提出一种露天矿内排土场软弱基底逐阶段优化处理方法，在内排土场全生命周期内逐阶段进行基底优化处理，以保证整个生命周期的内排土场边坡稳定性，提高露天矿开采的经济效益；
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：
[0005]一种露天矿内排土场软弱基底逐阶段优化处理方法，分为以下步骤：
[0006]S1：根据现场调研确定内排土场发展计划，设置基底处理率为K，边坡的稳定系数为F
s
，边坡安全储备系数为F
st
；
[0007]所述S1中的边坡安全储备系数Fst：是根据《煤炭工业露天矿设计规范》确定的；
[0008]所述S1中的边坡稳定系数Fs的具体计算方法为：
[0009]根据刚体极限平衡法中的剩余推力法计算边坡稳定系数F
s
，平衡表达式为：
[0010][0011][0012]其中：φ
i
表示第i条块的推力传递系数；E
i
表示第i条块的剩余推力，单位kN；W
i
表示第i条块的重量，单位kN；α
i
表示第i条块的滑面倾角，单位
°
；表示第i条块的滑面摩擦角，单位
°
；C
i
表示第i条块的滑面内聚力，单位kPa；L
i
表示第i条块的底面长度，单位m；
[0013]S2：按内排土场发展计划选择内排土场基底处理方式，计算内排土场排弃物料和基底形成的接触面的等效力学指标；
[0014]内排土场基底处理后进行排土，排弃岩土与基底岩层的接触面属于再生结构面，沿整个接触面上的应力分布是均匀的，接触面的抗剪强度为：
[0015]τ＝K1C
j
+(1
‑
K1)C+σ[K1tgφ
j
+(1
‑
K1)tgφ]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0016]将式(3)与库伦
‑
纳维尔方程对比，得接触面的等效内聚力C
b
，等效内摩擦系数为：
[0017][0018]其中：
[0019]C
b
表示接触面等效内聚力，单位kPa；
[0020]表示接触面等效摩擦角，单位
°
；
[0021]K1表示基底处理率，单位％；
[0022]C
j
表示基底处理后接触面内聚力，单位kPa；
[0023]C表示弱层内聚力，单位kPa；
[0024]表示基底处理后接触面内摩擦角，单位
°
；
[0025]表示弱层内摩擦角，单位
°
；
[0026]S3：根据内排土场发展计划，按照内排土场的推进方向，划分n个发展阶段，确定各阶段所占排土场基底面区域；
[0027]S4：根据内排土场发展计划，确定各发展阶段的计算剖面；
[0028]S5：按照处理率从0％至100％的顺序，将S2计算的接触面等效力学指标逐一带入计算软件，计算第一阶段选取的各剖面的边坡稳定系数，直到计算的边坡稳定系数满足|F
s
‑
F
st
|≤F
n
为止，F
n
为设定的阈值，此时的处理率k为满足边坡稳定要求的各剖面的处理率；
[0029]S6：选取第一阶段各计算剖面S5中确定的处理率k中最大者作为第一阶段的处理率K1；
[0030]S7：在第一阶段处理率确定完成的基础上，返回S5计算第二阶段各计算剖面的边坡稳定系数K2；
[0031]S8：返回S5
‑
S6，循环n
‑
1次确定第三阶段、
……
第n阶段的处理率K
n
，若第n阶段的处理率达到100％时，其边坡稳定系数仍不能满足|F
s
‑
F
st
|≤F
n
，则在确定此阶段处理率为100％的基础上提高此剖面基底所涉及的上一阶段的基底处理率，重新进行计算，直至满足|F
s
‑
F
st
|≤F
n
；
[0032]确定了所有阶段的内排土场基底处理率后，按确定的各阶段的处理率，重新验算
各计算剖面的稳定性。
[0033]有益技术效果
[0034]本专利技术从提高露天矿内排土场边坡稳定性角度出发，针对内排土场软弱基底处理问题，提出了一种新的在内排土场发展的全生命周期内逐阶段进行基底处理的优化方法，克服了以往工程界将内排土场基底盲目处理而造成经济和时间的浪费的问题，可用于解决露天矿软弱基底内排土场的边坡稳定控制问题，对实现露天矿安全、高效生产提供技术支持，具有重要的实际意义、理论价值和广阔的应用前景。
附图说明
[0035]图1为本专利技术实施例提供的露天矿内排土场软弱基底逐阶段优化处理方法的操作流程本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种露天矿内排土场软弱基底逐阶段优化处理方法，其特征在于：分为以下步骤：S1：根据现场调研确定内排土场发展计划，设置基底处理率为K，边坡的稳定系数为Fs，边坡安全储备系数为Fst；S2：按内排土场发展计划选择内排土场基底处理方式，计算内排土场排弃物料和基底形成的接触面的等效力学指标；S3：按照内排土场的推进方向，划分n个发展阶段，确定各阶段所占排土场基底面区域；S4：根据内排土场发展计划，确定各发展阶段计算剖面；S5：按照处理率从0％至100％的顺序，将S2计算的接触面等效力学指标逐一带入所需计算软件，计算第一阶段选取的各剖面的边坡稳定系数，直到计算的边坡稳定系数满足|F
s
‑
F
st
|≤F
n
为止，F
n
为设定的阈值，此时的处理率k为满足边坡稳定要求的各剖面的处理率；S6：选取第一阶段各计算剖面S5中各剖面的处理率k中最大者作为第一阶段的处理率K1；S7：在第一阶段处理率确定完成的基础上，返回S5计算第二阶段各剖面的边坡稳定系数K2；S8：返回S5
‑
S6，循环n
‑
1次确定第三阶段、
……
第n阶段的处理率K
n
，若第n阶段的处理率达到100％时，其边坡稳定系数仍不能满足|F
s
‑
F
st
|≤F
n
，则在确定此阶段处理率为100％的基础上提高此剖面基底所涉及的上一阶段的基底处理率，重新进行计算，直至满足|F
s
‑
F
st
|≤F
n
；确定了所有阶段的内排土场基底处理率；按确定的各阶段的处理率，重新验算各剖面的稳定性。2.如权利要求1所述的露天矿内排土场软弱基底逐阶段优化处理方法，其特征在于：所述S1中的边坡安全储备系数F
st
：是根据《煤炭工业露天矿设计规范》确定的。3.如权利要求1所述的露天矿内排土场软弱基底逐阶段优化处理方法，其特征在于：所述内排土场排弃岩土和...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾兰，房林浩，蔡雪婷，高世松，姜聚宇，王东，曹兰柱，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，
类型：发明
国别省市：