一种季节性冻土区露天煤矿靠帮开采方法

技术领域

本发明涉及一种露天煤矿开采方法，具体涉及一种季节性冻土区露天煤矿靠帮开采方法。

背景技术

随着我国煤炭资源开采重心逐步向中西地区转移，而中西部地区煤层赋存条件较浅、煤层较厚，适宜于露天开采，煤炭产能露天开采占比逐年升高，在新疆地区已经超过50％。在厚煤层赋存条件下，露天矿采场端帮下压煤量巨大，造成煤炭资源的极度浪费。在现行传统采矿设计中，都是静态边坡稳定性，从边坡岩体的物理力学参数出发，未考虑边坡稳定受温度、水等外界因素的影响。而在新疆地区高寒气候下，露天煤矿采场边坡岩层受到极寒天气影响，冬季采场边坡稳定性较高，因此，可以发明一种利用这一时期的边坡岩层特点进行煤炭资源安全高效回收的露天煤矿开采方法。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种季节性冻土区露天煤矿靠帮开采方法，该方法能够实现煤炭资源的安全高效回收。

为达到上述目的，本发明所述的季节性冻土区露天煤矿靠帮开采方法包括以下步骤：

计算开采前煤端帮的稳定性；

当开采前煤端帮的稳定系数大于预设系数时，则在结合冻土区与冻土力学性质的边坡力学模型中，通过模拟改变端帮下部煤台阶的平盘宽度，得到稳定系数为预设系数时的平盘宽度，在开挖煤台阶时，使得开挖后的端帮下部煤台阶的平盘宽度等于模拟得到的平盘宽度；

在冬季冻土区解冻前通过内排土场压帮提高端帮边坡稳定性。

获取开采前煤端帮的稳定系数的具体操作为：

获取季节性冻土区露天煤矿的冻土深度；

获取露天煤矿端帮边坡各地层冻土的力学参数；

建立结合冻土区与冻土力学性质的边坡力学模型；

根据季节性冻土区露天煤矿的冻土深度及露天煤矿端帮边坡各地层冻土的力学参数，利用边坡力学模型，计算开采前煤端帮的稳定系数。

所述预设系数等于1.1。

获取季节性冻土区露天煤矿的冻土深度的具体操作为：

在地面温度小于等于预设温度，土壤开始冻结时，在每天的预设时间测量一次冻土深度，直至土壤完全解冻为止。

所述预设温度为0℃。

预设时间为上午八点。

所述露天煤矿端帮边坡各地层冻土的力学参数包括岩土体重度G、黏聚力C及内摩擦角φ。

通过试验获取露天煤矿端帮边坡各地层冻土的力学参数。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的季节性冻土区露天煤矿靠帮开采方法在具体操作时，通过模拟改变端帮下部煤台阶的平盘宽度，得到稳定系数为预设系数时的平盘宽度，在开挖煤台阶时，使得开挖后的端帮下部煤台阶的平盘宽度等于模拟得到的平盘宽度，从而最大程度的保证陡帮开采的安全性；在冬季开挖煤台阶，在春季边坡融解之前及时压帮内排，能够在保证端帮稳定的前提下提高其边坡角，回收端帮残煤、降低剥采比，减少运输成本，实现煤炭资源的安全高效回收，具有应用成本低、经济效果好等优点，并具有广泛的实用性。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的示意图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本申请所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。

参考图1，本发明所述的季节性冻土区露天煤矿靠帮开采方法包括以下步骤：

获取季节性冻土区露天煤矿的冻土深度；

通过试验获取露天煤矿端帮边坡各地层冻土的力学参数；

建立结合冻土区与冻土力学性质的边坡力学模型；

根据季节性冻土区露天煤矿的冻土深度及露天煤矿端帮边坡各地层冻土的力学参数，利用边坡力学模型，计算开采前煤端帮的稳定系数；

当开采前煤端帮的稳定系数大于预设系数时，则在结合冻土区与冻土力学性质的边坡力学模型中，通过模拟改变端帮下部煤台阶的平盘宽度，得到稳定系数为预设系数时的平盘宽度，在开挖煤台阶时，使得开挖后的端帮下部煤台阶的平盘宽度等于模拟得到的平盘宽度。

在冬季冻土区解冻前通过内排土场压帮提高端帮边坡稳定性。

所述预设系数等于1.1。

获取季节性冻土区露天煤矿的冻土深度的具体操作为：

在地面温度小于等于0℃，土壤开始冻结时，在每天的上午八点测量一次冻土深度，直至土壤完全解冻为止。

所述露天煤矿端帮边坡各地层冻土的力学参数包括岩土体重度G、黏聚力C及内摩擦角φ。

所述开挖煤台阶，减少端帮下部煤台阶的平盘宽度要在冬季形成冻土区时期内进行，所述稳定系数为1.10的靠帮开采稳定控制条件，采用极限平衡法进行计算。

本发明所述的季节性冻土区露天煤矿靠帮开采系统包括：

第一获取模块，用于获取季节性冻土区露天煤矿的冻土深度；

第二获取模块，用于通过试验获取露天煤矿端帮边坡各地层冻土的力学参数；

构建模块，用于建立结合冻土区与冻土力学性质的边坡力学模型；

计算模块，用于根据季节性冻土区露天煤矿的冻土深度及露天煤矿端帮边坡各地层冻土的力学参数，利用边坡力学模型，计算开采前煤端帮的稳定系数；

数据处理模块，用于当开采前煤端帮的稳定系数大于预设系数时，则在结合冻土区与冻土力学性质的边坡力学模型中，通过模拟改变端帮下部煤台阶的平盘宽度，得到稳定系数为预设系数时的平盘宽度，在开挖煤台阶时，使得开挖后的端帮下部煤台阶的平盘宽度等于模拟得到的平盘宽度；

压帮控制模块，在冬季冻土区解冻前通过内排土场压帮提高端帮边坡稳定性。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。