一种露天煤矿多煤层群端帮压煤回收方法与流程

本发明属于露天矿开采,特别涉及一种露天煤矿多煤层群端帮压煤回收方法。

背景技术：

1、采用露天开采方式进行地下煤炭资源开采后，形成巨大矿坑和端帮，在端帮遗存大量煤炭资源，形成原因上主要分为两种：(1)由于工艺和边坡稳定的需要，开采过程中端帮要保留一定数量的台阶，由于稳定帮坡角的存在，地表与深部境界并不一致，而露天矿的矿权界是自地表向煤层底板垂直划分确定的，地表境界与底部境界中间还赋存大量煤炭没有被回收，最终被露天矿端帮边坡压占而后又被内排土场重新掩埋而永久损失，在矿权无缝衔接的露天矿群中残留现象更为突出；(2)露天开采推进至深部时，需要的剥离量过大，采剥效益日趋减少，由于开采技术及经济效益的制约，无法继续采用露天开采方式进行开采，导致深部端帮压覆大量的煤炭资源。

2、我国早期采用了炮采的方式进行尝试，但是由于采煤效率低，安全风险大，很快便停止了边帮煤回收作业。但随着露天采矿业的绿色智能发展，国家对边角资源回收的重视，采矿装备制造的进步，国内开始研发制造边帮煤回收成套设备，并出现了边帮煤回收示范工程，但多煤层边帮煤回收方法与参数设计的研究还处于起步中，未能形成边帮煤回收方法设计体系。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种露天煤矿多煤层群端帮压煤回收方法。

2、发明所采用的技术方案是：一种露天煤矿多煤层群端帮压煤回收方法,其技术要点是，包括以下步骤：

3、步骤1：结合回收区域内生产现状、周边构筑物、老窑采空区及地质构造条件分析确定端帮煤开采的端帮回收区域；

4、步骤2：确定端帮煤采硐回收参数，具体为：结合既有设备参数尺寸及回收区域现状条件，通过直接顶悬露极限跨度计算公式确定采硐宽度，采硐高度和采硐深度依据回收煤层厚度、矿权范围及设备参数范围值选取；

5、步骤3：确定端帮煤煤柱留设方式及尺寸参数，依据安全系数取值范围，结合露天矿煤层埋深选取支撑煤柱安全系数值，按照步骤2中确定的采硐设计参数和回收区域原始煤体强度，根据煤柱强度理论和煤柱载荷理论，利用mark-bieniawski经验公式端帮采煤煤柱强度的方程来确定支撑煤柱参数及永久煤柱参数；

6、步骤4：开采安全性验证；由于露天矿回收区域内端帮存在运输道路，运输车辆对上覆岩层产生动静载荷，在计算多煤层群回收极限安全厚度时，采用安全系数法进行安全厚度验证，通过理论公式计算安全系数大于2.0时，说明上覆岩层在有设备动载荷的情况下稳定，上覆岩体厚度满足安全要求；

7、步骤5：建立端帮数值模拟模型，利用数值模拟分析回收参数设计方案，进一步验证端帮煤回收方法的安全可行性；

8、步骤6：结合露天矿开采工艺，边帮煤回收工程与露天矿既有工程的时空配合关系，区别两者所处的时空位置；露天矿工作帮推进速度、内排土场跟进速度与边帮煤回收速度的约束机制，确定边帮煤回收工程与露天矿作业的“分离区”、“重叠区”，利用工程推演方法确定多煤层群条件下端帮压煤回收合理时机与布局，实现时间空间上的协调开采。

9、上述方案中,步骤2所述的采硐直接顶极限悬露跨度l的计算方法为：

10、

11、式中：l为煤层开采时采硐直接顶极限悬露跨度，m；m为最小岩层厚度，m；σt为抗拉强度，mpa；γ为容重，n/m3。

12、上述方案中,步骤3所述的煤柱计算公式如下：

13、

14、式中：σzl为煤柱的强度，mpa；sc为原位煤强度/临界尺寸强度，mpa；h为煤柱高度，m；w为煤柱宽度，m；

15、假定煤柱只受均布垂直载荷作用，且采区范围内保持常数，则煤柱所受载荷可由下式计算：

16、

17、式中：p为煤柱所承受平均载荷，mpa；γ为上覆岩层平均容重，mn/m3；h为开采深度，m；ws为煤柱宽度，m；wm为采出宽度，m；

18、根据极限强度理论，由煤柱极限强度σzl和煤柱所受载荷p之比可得煤柱安全系数fs，计算公式为：

19、

20、根据端帮开采应用经验，支撑煤柱安全系数在1.3～1.5；

21、根据端帮开采应用经验，永久支撑煤柱宽度为支撑煤柱宽度1.5倍左右，每10个支撑煤柱之间留设1个永久煤柱，从而防止多米诺牌效应。

22、上述方案中，步骤4所述的安全系数计算公式如下：

23、

24、式中，k为安全系数；f侧为侧壁的摩阻力，kpa；g为岩石自重，kpa；f动为设备对地压力，kpa；

25、

26、g＝weγhs

27、f动＝wep动

28、式中，we为采硐采宽，e代表采硐；γ为上覆岩层平均容重；h为开采深度，m；φ为岩石摩擦角；hs为上覆岩体厚度，s代表上覆岩体，p动为对地压强；根据端帮开采应用经验，极限安全厚度系数在2.0以上。

29、本发明的有益效果是：该一种露天煤矿多煤层群端帮压煤回收方法，包括确定端帮煤开采的端帮回收区域的步骤；确定端帮煤采硐回收参数的步骤；确定端帮煤煤柱留设方式及尺寸参数的步骤；开采安全性验证的步骤；采用数值模拟分析进一步验证可信性的步骤；利用工程推演方法确定多煤层群条件下端帮压煤回收合理时机与布局，实现时间空间上的协调开采。该发明建立了端帮回收煤柱宽度、硐室采宽、采高、采深等关键回收技术参数设计方法；针对露天矿工作帮推进速度、内排土场跟进速度与端帮煤回收速度的约束机制，确定了多煤层条件下端帮压煤回收的合理时机与布局；采用工程推演的方法对端帮煤回收与剥采排工程协调生产进行研究，确定多煤层露天矿端帮煤回收合理时机及煤柱布设方法，形成高效的端帮煤回收工艺；通过数值模拟验证了端帮煤回收参数设计的准确性及安全性，又实现了多煤层群之间端帮压煤回收的利益最大化，提高了露天矿经济效益。

技术特征：

1.一种露天煤矿多煤层群端帮压煤回收方法,其特征在于,包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的露天煤矿多煤层群端帮压煤回收方法,其特征在于,步骤2所述的采硐直接顶极限悬露跨度l的计算方法为：

3.如权利要求1所述的露天煤矿多煤层群端帮压煤回收方法,其特征在于，步骤3所述的煤柱计算公式如下：

4.如权利要求1所述的露天煤矿多煤层群端帮压煤回收方法,其特征在于，步骤4所述的安全系数计算公式如下：

技术总结
一种露天煤矿多煤层群端帮压煤回收方法，属于露天矿开采技术领域。包括确定端帮回收区域的步骤；确定端帮煤采硐回收参数的步骤；确定端帮煤煤柱留设方式及尺寸参数的步骤；开采安全性验证的步骤；采用数值模拟分析进一步验证可信性的步骤；利用工程推演方法确定多煤层群条件下端帮压煤回收合理时机与布局，实现时间空间上的协调开采的步骤。该发明建立了端帮回收煤柱宽度、硐室采宽、采高、采深等关键回收技术参数设计方法；确定了多煤层条件下端帮压煤回收的合理时机与布局；确定多煤层露天矿端帮煤回收合理时机及煤柱布设方法，形成高效的端帮煤回收工艺；实现了多煤层群之间端帮压煤回收的利益最大化，提高了露天矿经济效益。

技术研发人员：杨旭,王忠鑫,徐汉宝,陈大伟,刘文坊,刘玲,车磊,郭强,苏迁军,张晓敏
受保护的技术使用者：中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15