一种基于时效边坡的巨厚煤层露天矿靠帮开采方法

技术领域

本发明涉及一种露天矿靠帮开采方法，具体涉及一种基于时效边坡的巨厚煤层露天矿靠帮开采方法。

背景技术

‌露天矿端帮压煤的开采率一直以来是影响露天矿整体开采率的重要因素，尤其对于内蒙古自治区、新疆维吾尔自治区等地的巨厚煤层露天矿而言，煤层厚度超过100m，煤台阶超过6个，由于其开采深度大，台阶多，端帮压煤量巨大，受限于端帮稳定性要求，露天矿无法将端帮帮坡角设置过大，由此造成的端帮压煤损失超过百万吨，不仅影响了矿山企业生产效益，更是给煤炭资源高效开采利用带来了巨大挑战。基于此，有学者提出了传统的靠帮开采方式，但由于其采用的多台阶同步靠帮方式对端帮扰动大，且靠帮过程中陡峭端帮存在时间长，对端帮稳定性造成了很大影响。近年来，露天开采领域专家学者通过研究提出了时效边坡理论，即将时间作为影响露天矿边坡稳定性的因素之一，研究得出短时间的边坡角度增加对于边坡的整体稳定性影响有限，由此为时效边坡下靠帮开采提供了理论支撑。基于此，本发明提出一种时效边坡情况下，巨厚煤层露天矿靠帮开采方法，用以解决当前露天矿开采中遇到问题。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于时效边坡的巨厚煤层露天矿靠帮开采方法，在保证边坡稳定性的前提下，提高端帮压煤的开采率。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于时效边坡的巨厚煤层露天矿靠帮开采方法，包括释压开采、扩帮开采、靠帮开采和压帮排土四个步骤；将煤层台阶的最上面2层原始端帮台阶划分为释压台阶组，将煤层台阶的最下面2层原始端帮台阶划分为靠帮台阶组，释压台阶组与靠帮台阶组之间的煤层台阶按照2-3层原始端帮台阶为一组划分为多个扩帮台阶组；

释压开采：从露天矿内排土场一侧为起点，沿着露天矿推进方向，开采释压台阶组下层的原始端帮台阶的煤，开采释压台阶组上层的原始端帮台阶保持原状；随着露天矿工作面18的不断推进，释压开采也不断进行，最终释压台阶组的2层原始端帮台阶合并为1层；

扩帮开采：当释压开采长度超过50m后，从露天矿内排土场一侧为起点，沿着露天矿推进方向，开采最顶层扩帮台阶组中全部原始端帮台阶的煤；最顶层扩帮台阶组推进超过50m后，其下方的第二层扩帮台阶组按照最顶层扩帮台阶组的步骤开始开采，以此类似，依次开采直到最底层扩帮台阶组；

靠帮开采：当最底层扩帮台阶组开采长度超过50m后，从露天矿内排土场一侧为起点，沿着露天矿推进方向，开采靠帮台阶组上层的原始端帮台阶的煤；当靠帮台阶组上层的原始端帮台阶开采长度超过50m后，从露天矿内排土场一侧为起点，沿着露天矿推进方向，开采靠帮台阶组下层的原始端帮台阶的煤；

压帮排土：当靠帮台阶组下层的原始端帮台阶开采距离达到露天矿最小工作平盘宽度的距离时，从露天矿内排土场一侧为起点，由煤层台阶的最下层开始排土形成压帮排土场，排土高度为靠帮台阶组的高度，排土宽度为两倍的原始端帮台阶的宽度。

进一步的，所述扩帮开采步骤中，最顶层扩帮台阶组中的最上一层原始端帮台阶与释压台阶组之间保持最小运输道路宽度。

进一步的，所述扩帮开采步骤中，每层扩帮台阶组中的上一层原始端帮台阶的开采要超前其下一层原始端帮台阶的开采，超前距离等于端帮安保平盘的宽度。

进一步的，所述靠帮开采步骤中，开采靠帮台阶组上层的原始端帮台阶的过程中要保持开采后的上层的原始端帮台阶顶部宽度不小于最小工作平盘宽度。

进一步的，所述扩帮开采步骤中，上一层扩帮台阶组的开采超前下一层扩帮台阶组的开采距离不小于30m。

进一步的，所述靠帮开采步骤中，靠帮台阶组上层的原始端帮台阶的开采滞后最底层扩帮台阶组中最底层原始端帮台阶的开采距离不小于30m。

与现有技术相比，本发明将靠帮开采的过程分阶段进行，并及时实施压帮内排，极大缩短了靠帮后的陡峭帮坡存在时间，既能够靠帮回采煤炭，同时保持帮坡稳定性。台阶分组并错落开采方案，实现了靠帮开采的分阶段、分台阶实施，避免了以往的靠帮方式给端帮稳定性带来的集中冲击。释压开采既实现了靠帮过程中上部煤层的提前开采，避免了集中开采对于矿山开采设备能力的过高要求，同时释放了下部煤层台阶承受的压力，增加了下部台阶稳定性。扩帮开采过程既实现了局部台阶的靠帮开采，同时为最终的靠帮开采提前准备了资源和空间。本发明至少可以对5个台阶进行靠帮开采，产量可观，经济效益好。台阶分组方案同时保证了各组台阶上部端帮运输道路的畅通，避免了组内靠帮给矿山运输造成的影响。本发明实施过程与露天矿工作帮开采之间相互独立，内排土场可以正常排土，对煤矿生产影响较少，且无需另外购置设备或对人员进行培训，可行性高，效益好。

附图说明

图1为本发明释压开采阶段示意图；

图2为本发明扩帮开采阶段示意图；

图3为本发明靠帮开采阶段示意图；

图4为本发明压帮排土阶段示意图；

图5为图1中A-A断面示意图；

图6为图1中B-B断面示意图；

图7为图2中C-C断面示意图；

图8为图3中D-D断面示意图；

图9为图4中E-E断面示意图；

图10为图4中F-F断面示意图；

图中：1-端帮岩土台阶；2-煤层台阶；3-原始端帮台阶；4-释压台阶组；5-靠帮台阶组；6-扩帮台阶组；7-露天矿内排土场；8-露天矿推进方向；9-释压开采工作面；10-释压组内下层台阶的煤炭量；11-台阶运输通路；12-扩帮开采工作面；13-扩帮组内各个台阶的煤炭量；14-第一靠帮工作面；15-第二靠帮工作面；16-靠帮组内所有台阶的煤炭量；17-压帮排土场；18-露天矿工作面。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种技术方案，包括释压开采、扩帮开采、靠帮开采和压帮排土四个步骤；如图5和图6所示，保持端帮岩土台阶1不变，按照煤层台阶2的顺序，将煤层台阶2的最上面2层原始端帮台阶3划分为释压台阶组4，将煤层台阶2的最下面2层原始端帮台阶3划分为靠帮台阶组5，释压台阶组4与靠帮台阶组5之间的煤层台阶2按照2-3层原始端帮台阶3为一组划分为多个扩帮台阶组6。

释压开采：如图1、图5和图6所示，从露天矿内排土场7一侧为起点，在开采释压台阶组4下层的原始端帮台阶3上布置释压开采工作面9，沿着露天矿推进方向8，开采释压台阶组4下层的原始端帮台阶3的煤，释压台阶组4上层的原始端帮台阶3保持原状；随着露天矿工作面18的不断推进，释压开采也不断进行，最终释压台阶组4的2层原始端帮台阶3合并为1层。

释压开采阶段开采的端帮压煤即为释压组内下层台阶的煤炭量10，释压开采的目的在于保持上层台阶运输通路11不断的情况下，采掘释压台阶组4下层的原始端帮台阶3的煤，提前实现局部靠帮，更重要的是减轻了靠帮台阶组5和扩帮台阶组6上方的压力，有助于两者保持稳定；释压开采阶段端帮帮坡角不发生变化。

扩帮开采：如图2和图7所示，当释压开采长度超过50m后，从露天矿内排土场7一侧为起点，在最顶层扩帮台阶组6中的2-3层原始端帮台阶3上都布置扩帮开采工作面12，沿着露天矿推进方向8，开采最顶层扩帮台阶组6中全部原始端帮台阶3的煤，最顶层扩帮台阶组6中的最上一层原始端帮台阶3与释压台阶组4之间保持最小运输道路宽度以保证运输车辆可以通行，扩帮台阶组6中的上一层原始端帮台阶3的开采要超前其下一层原始端帮台阶3的开采，最优的超前距离等于端帮安保平盘的宽度以保证开采工作正常进行，随着上方释压开采的不断推进，扩帮开采也随着不断推进。最顶层扩帮台阶组6推进超过50m后，其下方的第二层扩帮台阶组6按照最顶层扩帮台阶组6的步骤开始开采，以此类似，依次开采直到最底层扩帮台阶组6；在扩帮开采过程中，要保持上一层扩帮台阶组6的开采超前下一层扩帮台阶组6的开采距离不小于30m。

扩帮开采阶段开采的端帮压煤即为每层扩帮组内各个台阶的煤炭量13，扩帮开采在保持每层扩帮台阶组6中上层台阶运输通路不断的情况下，可以采掘扩帮台阶组6中各层原始端帮台阶3的煤，提前实现局部的靠帮开采；同时，最底层扩帮台阶组6的扩帮开采还为下一步的靠帮组开采准备了资源和空间；扩帮开采阶段端帮帮坡角不发生变化。

靠帮开采：如图3、图8和图9所示，当最底层扩帮台阶组6开采长度超过50m后，从露天矿内排土场7一侧为起点，在靠帮台阶组5上层的原始端帮台阶3上布置第一靠帮工作面14，沿着露天矿推进方向8，开采靠帮台阶组5上层的原始端帮台阶3的煤，开采过程中要保持开采后的上层的原始端帮台阶3顶部宽度不小于最小工作平盘宽度，用来保证其上方的扩帮台阶组6上的设备可以正常运行，随着上方扩帮台阶组6的不断推进，靠帮开采也不断推进，但是要保持靠帮台阶组5上层的原始端帮台阶3的开采滞后最底层扩帮台阶组6中最底层原始端帮台阶3的开采距离不小于30m，此时端帮帮坡角度不变；当靠帮台阶组5上层的原始端帮台阶3开采长度超过50m后，从露天矿内排土场7一侧为起点，在靠帮台阶组5下层的原始端帮台阶3上布置第二靠帮工作面15，沿着露天矿推进方向8，开采靠帮台阶组5下层的原始端帮台阶3的煤，即整个露天矿的最下层采煤台阶，开采过程中保持开采后的下层的原始端帮台阶3顶部宽度为最小工作平盘宽度。

靠帮开采阶段开采的端帮压煤即为靠帮组内所有台阶的煤炭量16，靠帮开采的目的在于分段实现两个台阶的靠帮开采，减少了每阶段的施工时间，且在下层的原始端帮台阶3未进行靠帮开采以前，整个露天矿端帮帮坡角始终保持不变，实现煤炭资源回采的同时，保持了端帮稳定。分阶段实施的优点还在于，帮坡角变大的情况仅存在于开采下层的原始端帮台阶3的时候，减少了陡峭端帮的暴露时间，保证了端帮稳定性。

压帮排土：如图4和图10所示，当靠帮台阶组5下层的原始端帮台阶3开采距离达到露天矿最小工作平盘宽度的距离时，从露天矿内排土场7一侧为起点，由煤层台阶2的最下层开始排土形成压帮排土场17，排土高度为靠帮台阶组5的高度，排土宽度为两倍的原始端帮台阶3的宽度，及时将靠帮开采后暴露的下部端帮压埋，并随着靠帮开采的不断推进，压帮排土场17也不断跟进，始终保持靠帮开采后的端帮暴露时间最短，避免或减少给端帮稳定性带来的不利影响。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。