一种基于内排空间利用最大化的露天煤矿排土线布置方法与流程

本发明涉及露天开采技术领域，尤其涉及一种基于内排空间利用最大化的露天煤矿排土线布置方法。

背景技术：

内排土场是近水平、缓倾斜煤层露天开采的必然产物，也是治理煤自燃、扬尘与控制边坡稳定的最佳措施，其空间利用最大化是实现从技术可行的“容量”层次提升到经济合理的“成本效益”层次。随着我国露天煤矿横采内排开采技术的广泛应用，但地层产状自身的倾斜性，内排土场工作线布置难于求解，若规划不合理，排土空间严重滞后，如图3所示，露天煤矿生产费用将大幅增加。因此，确定内排空间利用最大化的露天煤矿排土线布置方法成为解决该问题的关键。

近年来，国内外专家学者对内排土场规划及内排方案优化展开大量研究，但针对内排空间利用最大化的露天煤矿排土线布置方法研究较少，广泛基于cad、3dmine等绘图软件进行试绘，当内排土场基底为水平或近水平时，快捷、准确求出其布置方向；当内排土场基底为缓倾斜或倾斜时，试绘工作量大，且难于求出精确解。因此，迫切需要提出一种新的计算方法，用于解决内排空间利用最大化的露天煤矿排土线布置难题，为横采内排追踪开采技术在工程实践上的应用提供理论基础。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种基于内排空间利用最大化的露天煤矿排土线布置方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种基于内排空间利用最大化的露天煤矿排土线布置方法，其过程如图1所示，包括如下步骤：

步骤1：判断露天矿内排土场基底倾角是否为0°；

步骤2：如果露天矿内排土场基底倾角为0°，内排土场工作线与采场工作线呈平行布置，内排土场最下一个排土台阶的坡底线与最下部采煤台阶坡底线追踪距离为50m，如图2所示，即可实现内排空间最大化；

步骤3：如果内排土场基底倾角不为0°，将露天煤矿划分成2个计算区域，记为ⅰ区和ⅱ区；

步骤4：ⅰ区内的内排土场工作线布置可通过3dmine中扩展台阶功能简单快捷求解；

步骤5：判断ⅱ区中采场工作线与端帮是否垂直，垂直时露天煤矿计算区域划分及计算模型俯视图如图4所示，不垂直时露天煤矿计算区域划分及计算模型俯视图如图6所示；

步骤6：如果垂直，绘制计算模型空间几何形态m1，如图5所示；

假设露天煤矿采场工作帮边坡角为βc；内排土场边坡角为βp；基底倾角为α；采场工作线布置方向即采场工作线与端帮夹角为θc；内排土场工作线布置方向即排土工作线与端帮夹角为θp；

步骤6-1：第一个排土台阶在内排土场基底处尖灭点为o'，内排土场与端帮最下台阶交点为o，连接o'o，长度为l0，；

步骤6-2：以o'、o点分别作采场工作帮、端帮的垂线，平面交点为b，ob长度为l3；

步骤6-3:以点b向下作垂线与基底交点为b'，bb'长度为h，o'b'长度为l1；

步骤6-4：连接ob'，ob'长度为l，∠bo'b'为采场工作帮边坡角βc，∠bob'为内排土场基底倾角α；

步骤6-5：以点o作内排土场工作线的平行线，以点o'作内排土场工作线的垂线，在平面交点为c；

步骤6-6：连接oc、o'c，长度分别为l4、l2”；

步骤6-7：以点c作垂线与基底交点为c'，与点o'同一标高为点c”，cc'长度为h1，c'c”长度为h2；

步骤6-8：连接oc'，oc'长度为l5，连接o'c'，o'c'长度为l2，o'c”长度l2'，∠co'c”为内排土场边坡角βp，∠co'c'为βs，∠c'o'c”为βj；

步骤6-9：以点c、c'分别作垂线与ob、ob'的交点为a、a'；

步骤6-10：过点o'作垂直于端帮的竖直面，与基底交线为o'd'，与ca交点为点d，o'd'在水平面投影为od”，长度为ld，∠d'o'd”为基底倾角α。

步骤7：如果不垂直，绘制计算模型空间几何形态m2，如图7所示；

假设露天煤矿采场工作帮边坡角为βc；内排土场边坡角为βp；基底倾角为α；采场工作线布置方向即采场工作线与端帮夹角为θc；内排土场工作线布置方向即排土工作线与端帮夹角为θp；

步骤7-1：第一个采场台阶、排土台阶在内排土场基底处尖灭点均为点o'，采场、内排土场与端帮最下台阶交点均为点d，将模型采场端向内排土场侧移动，形成公共边o'd，长度为l0；

步骤7-2：过点o'作采场工作线的垂线，过点d作采场工作线的平行线，交于点a，da长度为l5；

步骤7-3：过点o'作内排土场工作线的垂线，过点d作内排土场工作线的平行线，交于点b，db长度为l6；

步骤7-4：以点a、点b作竖直线，与基底交点分别为a'、b'，aa'长度为h3，bb'长度为h1，与采场工作线、内排土场工作线的垂线的交点为a”、b”，a'a”长度为h4，b'b”长度为h2；

步骤7-5：连接ao'，长度为l1”；a'o'，长度为l1；a”o'长度为l1'；∠ao'a”为采场工作帮边坡角βc，∠a'o'a”为βg；

步骤7-6：连接bo'，长度为l2”；连接b'o'，长度为l2；b”o'长度为l2'，∠bo'b”为内排土场边坡角βp，∠b'o'b”为βj；

步骤7-7：过点d作端帮平行线，与过点a作端帮垂线交于点o，与过点b作端帮垂线交于点o”；

步骤7-8：连接a'o与b'o”，∠aoa'、∠bo”b'均为基底倾角α，ao长度为l3，bo”长度为l4；

步骤7-9：过o'd作垂直于基底的面，与过线a'a”的面垂直，两个面的交线为d1”d2”；

步骤7-10：过o'd作垂直于基底的面，与过线b'b”的面垂直，两个面的交线为d'd”。

步骤8：根据绘制的空间几何形态m1、m2进行推导，得出内排土场工作线与端帮的夹角θp；

由m1推导出内排土场工作线与端帮的夹角θp的计算公式如下：

由m2推导出内排土场工作线与端帮的夹角θp的计算公式如下：

步骤9：根据内排土场工作线与端帮的夹角θp绘制内排土场工作线。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明提供的一种基于内排空间利用最大化的露天煤矿排土线布置方法兼顾基底倾角、采场工作帮边坡角、内排土场边坡角、采场工作线布置方向角等相关因素，提出内排空间利用最大化的露天煤矿排土线布置角度求解公式，可与3dmine软件结合，弥补常用方法设计排土线布置试绘工作量大的不足，为横采内排追踪开采技术在工程实践上的应用提供理论基础。

附图说明

图1为本发明一种基于内排空间利用最大化的露天煤矿排土线布置方法的流程图；

图2为本发明内排土场基底倾角为0°时内排空间利用最大化的排土线布置图；

图3为本发明内排土场基底倾角不为0°时采用内排土场工作线与采场工作线平行布置的方法，导致大量内排空间滞后图；

图4为本发明内排土场基底倾角不为0°时，采场工作线与端帮垂直时，对露天煤矿进行计算区域划分及计算模型俯视图；

图5为本发明内排土场基底倾角不为0°时，采场工作线与端帮垂直时，绘制的计算模型空间几何形态m1；

图6为本发明内排土场基底倾角不为0°时，采场工作线与端帮不垂直时，对露天煤矿进行计算区域划分及计算模型俯视图；

图7为本发明内排土场基底倾角不为0°时，采场工作线与端帮不垂直时，绘制的计算模型空间几何形态m2；

图8为本发明实施例中2023年某露天煤矿横采区内排土场工作线的优化布置图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

某露天煤矿开采工艺为：松散土层剥离采用轮斗-胶带连续工艺，上部岩石剥离及采煤均用单斗-卡车间断工艺。

以该露天煤矿横采区为工程示例，根据该矿《2019-2023年剥采工程进度计划》可知，2023年横采区南帮、东帮、北帮均到界，由于征地及外排费用较大等原因，剥离物料全部排弃至东内排土场，且采场工作线与南端帮垂直布置，故选用空间几何形态m1推导出的公式计算内排土场工作线与端帮的夹角θp。

测量采场工作帮边坡角βc约为16.1°，内排土场边坡角βp约为15.5°，内排土场基底倾角α约为13.5°，将这三个角度代入几何形态m1推导出的公式，如下所示：

计算得出内排土场与端帮夹角θp的值为46.3°，应用3dmine软件，简捷精确绘出露天煤矿横采区剥采工程平面图，示意如图8所示。

根据上述步骤得到的优化露天煤矿东内排土线布置方向，充分利用内排空间，对实现该矿安全经济高效生产具有重要意义。