一种复合煤层露天矿排弃物与煤层置换步距的确定方法

本发明涉及露天开采，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。

背景技术：

1、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cn105178964 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

1、基于上述问题，本发明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：

2、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；

3、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；

4、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；

5、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mi；

6、步骤5：确定排弃物与煤层mi的置换步距，其中i＝1,2,3…n；具体表述为：

7、步骤5.1：假设煤层mi回采宽度为a，煤层mi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；

8、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fsi-1；

9、步骤5.3：对比fsi-1与fs1，若fsi-1>fs1时，则减小排弃物置换步距b；若fsi-1<fs1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mi下部第二个台阶的排弃物置换步距b1，如果此时满足|fsi-1-fs1|<0.005，则置换步距计算结束，否则继续增加煤层mi下部第三个台阶的排弃物置换步距b1，直至满足|fsi-1-fs1|<0.005不再继续增加煤层mi下部台阶；

10、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。

11、本发明的有益效果是：

12、1、本发明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；

13、2、本发明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。

技术特征：

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：

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：

技术总结
本发明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。

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
受保护的技术使用者：辽宁工程技术大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11