一种复合煤层露天矿排弃物与煤层置换步距的确定方法技术

本发明专利技术提供一种复合煤层露天矿排弃物与煤层置换步距的确定方法，首先根据露天煤矿开采设计及作业参数，获取运输平盘宽度c，保安平盘宽度d，台阶坡面角α，台阶高度H，然后确定边坡岩体的物理力学参数，其次基于二维刚体极限平衡法，计算得到界边坡的稳定性系数，最后确定排弃物与各煤层的置换步距。本发明专利技术提出的方法能够保证排弃物与煤层置换前后端帮的边坡稳定性系数不变，能够满足设计规范与边坡安全等要求，计算流程简单，而且不需要内排土场自下至上全部建设进行压帮，仅需要局部进行压帮，能够节省大量的排弃物；能够大量回采端帮剩余煤炭资源，实现资源回采最大化，经济效益显著。显著。

【技术实现步骤摘要】
一种复合煤层露天矿排弃物与煤层置换步距的确定方法


[0001]本专利技术涉及露天开采
，具体涉及一种复合煤层露天矿排弃物与煤层置换步距的确定方法。

技术介绍

[0002]受开采境界约束与地质条件限制，露天矿端帮内留有大量煤炭资源，传统的开采方法采用深部强陡帮技术将最下煤层进行回采，上部多煤层直接被排弃物覆盖，导致大量资源无法采出，不符合科学采矿发展理念。专利CN111364999A公开了一种露天煤矿端帮压煤采充一体化的置换方法，该方法将露天矿端帮压煤划分成长度相等的若干开采阶段，并将每个阶段分为前、后分段，按照前后分段交替进行掘进巷道和充填作业完成端帮下压煤的置换，实现端帮压煤的连采连充，能够将端帮资源最大限度采出，但需要掘进巷道，时间周期长、造价高、施工困难等问题；专利CN 112855162 A公开了一种复合煤层露天矿靠帮回采端帮上部煤层的开采方法，该方法利用内排土场台阶排土形成作业空间，布置采掘设备，并利用内排土场台阶工作平盘进行端帮上部煤层压覆资源的分段回收作业，将上部煤层、煤层与开采水平间的夹矸一并采出，且指出推进方向上阶段回收端帮煤长度等于排土场排土平盘宽度；专利CN 113742949B公开了一种复合煤层露天矿高位煤层回采宽度确定方法，该方法采用数值模拟方法，利用横采内排三维支挡效应将高位煤层采出；专利CN 105178964 A公开了一种复合煤层露天矿顺倾层状边坡形态设计方法，该方法确定了各阶段边坡的平盘宽度。这些专利均是对露天煤矿的开采方法及上部煤层回采宽度展开研究，并未考虑在保证边坡整体安全的前提下采用局部内排压帮与煤层进行置换，更没有确定置换的步距。因此，迫切需要寻求一种复合煤层露天矿排弃物与煤层置换步距的确定方法，为露天煤矿剥采排工程的发展提供技术支撑。

技术实现思路

[0003]基于上述问题，本专利技术提供一种复合煤层露天矿排弃物与煤层置换步距的确定方法，包括如下步骤：
[0004]步骤1：根据露天煤矿开采设计及作业参数，获取运输平盘宽度c，保安平盘宽度d，台阶坡面角α，台阶高度H；
[0005]步骤2：基于以往的地质勘探及岩土体物理力学试验等成果，确定边坡岩体的物理力学参数；
[0006]步骤3：基于二维刚体极限平衡法，计算得到界边坡的稳定性系数Fs1；
[0007]步骤4：将边坡体内的煤层自下至上依次进行编号，最下层煤因为可以实现陡帮，所以不进行编号，将第二层煤编号为M1，第三层煤编号为M2、
…
直至最上煤层编号为M
i
；
[0008]步骤5：确定排弃物与煤层M
i
的置换步距，其中i＝1,2,3
…
n；具体表述为：
[0009]步骤5.1：假设煤层M
i
回采宽度为a，煤层M
i
下部第一个台阶的排弃物置换步距为b，置换步距b的极限值为c
‑
d
‑
H/tanα；
[0010]步骤5.2：采用二维刚体极限平衡法，计算获取置换后的到界边坡稳定性系数F
si
‑1；
[0011]步骤5.3：对比F
si
‑1与F
s1
，若F
si
‑1>F
s1
时，则减小排弃物置换步距b；若F
si
‑1<F
s1
时，则增加排弃物置换步距b，若置换步距b大于等于c
‑
d
‑
H/tanα时，则增加煤层M
i
下部第二个台阶的排弃物置换步距b1，如果此时满足|F
si
‑1‑
F
s1
|<0.005，则置换步距计算结束，否则继续增加煤层M
i
下部第三个台阶的排弃物置换步距b1，直至满足|F
si
‑1‑
F
s1
|<0.005不再继续增加煤层M
i
下部台阶；
[0012]步骤6：令i＝1,2,3
…
n，重复步骤5，确定排弃物与各煤层的置换步距。
[0013]本专利技术的有益效果是：
[0014]1、本专利技术提出的方法不需要内排土场自下至上全部建设进行压帮，仅需要局部进行压帮，能够节省大量的排弃物；能够大量回采端帮剩余煤炭资源，实现资源回采最大化，经济效益显著；
[0015]2、本专利技术提出的方法能够保证排弃物与煤层置换前后端帮的边坡稳定性系数不变，能够满足设计规范与边坡安全等要求，计算流程简单，操作简便，现场实施容易。
附图说明
[0016]图1为本专利技术实施例中到界边坡断面形态示意图；
[0017]图2为本专利技术实施例中一种复合煤层露天矿排弃物与煤层置换步距的确定方法流程图；
[0018]图3为本专利技术实施例中到界边坡评价结果；
[0019]图4为本专利技术实施例中煤层编号命名示意图；
[0020]图5为本专利技术实施例中M1煤层回采宽度为8m，置换步距1.5m时计算结果示意图；
[0021]图6为本专利技术实施例中M1煤层回采宽度为16m，置换步距3.5m时计算结果示意图；
[0022]图7为本专利技术实施例中M1煤层回采宽度为24m，置换步距5m时计算结果示意图。
具体实施方式
[0023]下面结合附图和具体实施实例对专利技术做进一步说明。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。
[0024]本实施例中，以某露天矿矿区为例，该矿区地层岩性从上至下分别为：第四系、砂砾岩、煤、软弱夹层，煤层平均厚度为12m，产状近似为0
°
，从下至上分别为:3煤、2煤、1煤，3煤底板为弱层，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。到界边坡断面形态如图1所示。
[0025]如图2所示，本实施例中一种复合煤层露天矿排弃物与煤层置换步距的确定方法，包括如下步骤：
[0026]步骤1：根据露天煤矿开采设计及作业参数，获取运输平盘宽度c，保安平盘宽度d，台阶坡面角α，台阶高度为H。
[0027]步骤2：基于以往的地质勘探及岩土体物理力学试验等成果，确定边坡岩体的物理力学参数。
[0028]本实施例中，根据初步设计可知，运输平盘宽度为37.5m，保安平盘宽度为5m，台阶
坡面角为70
°
，台阶高度为12m，基于以往的地质勘探及岩土体物理力学试验等成果，岩土体物理力学参数如表1所示。
[0029]表1岩土体物理力学参数
[0030][0031]步骤3：基于二维刚体极限平衡法，评价到界边坡的稳定性系数F
s1
。
[0032]本实施例中，根据二维刚体极限平衡法计算出到界边坡的稳定性系数F
s1
＝1.200，如图3所示。
[0033]步骤4：将边坡体内本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合煤层露天矿排弃物与煤层置换步距的确定方法，其特征在于，包括：步骤1：根据露天煤矿开采设计及作业参数，获取运输平盘宽度c，保安平盘宽度d，台阶坡面角α，台阶高度H；步骤2：确定边坡岩体的物理力学参数；步骤3：基于二维刚体极限平衡法，计算得到界边坡的稳定性系数Fs1；步骤4：将边坡体内的煤层自下至上依次进行编号，最下层煤因为可以实现陡帮，所以不进行编号，将第二层煤编号为M1，第三层煤编号为M2、
…
直至最上煤层编号为M
i
；步骤5：确定排弃物与煤层M
i
的置换步距，其中i＝1,2,3
…
n；步骤6：令i＝1,2,3
…
n，重复步骤5，确定排弃物与各煤层的置换步距。2.根据权利要求1所述的一种复合煤层露天矿排弃物与煤层置换步距的确定方法，其特征在于，所述步骤5包括：步骤5.1：假设煤层M
i
回采宽度为a，煤层M
i
下部第一个台阶的排弃物置换步距为b，置换步距b的极限值为c
‑
d
‑
H/tanα；...

【专利技术属性】
技术研发人员：李广贺，呼子桓，陈应显，王东，杨晓旭，王来贵，孙有刚，董瑞荣，杨国华，李新宇，赵廷峰，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，
类型：发明
国别省市：