[发明专利]一种露天矿下部煤层开采境界的优化方法

摘要

本发明提供一种露天矿下部煤层开采境界的优化方法，包括：建立开采下部煤层导致上部煤层剥离物内排运距增加产生的费用模型；以矿床开采的总体经济效益达到最优为目标，建立开采下部煤层承担的额外单位开采成本模型；确定开采下部煤层承担的额外单位开采成本；构建下部煤层平均厚度函数及下部煤层上覆岩层平均厚度函数；圈定复合煤层露天矿下部煤层开采境界；本发明通过考虑开采下部煤层承担的额外开采单位成本，使得水平或近水平复合煤层露天矿的下部煤层的经济剥采比得到优化，确定了合理的经济剥采比，下部煤层开采境界得到了合理的调整，能获得较好的经济效益。

主权项

一种露天矿下部煤层开采境界的优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：建立开采下部煤层导致上部煤层剥离物内排运距增加产生的费用模型；步骤1.1：建立水平或近水平复合煤层露天矿剥、采、排工程位置模型，包括上部煤层上覆剥离物运距增大的剥离量模型、上部煤层剥离物中增加运距的剥离物的占比模型和上部煤层剥离物增加的内排运距模型；上部煤层上覆剥离物运距增大的剥离量模型：Vz＝na·Aa·η    (1)上部煤层剥离物中增加运距的剥离物的占比模型：η=2[Lb+m+(Hb+hb)(cotβ1+cotβ2)]2La+(Ha+ha)(cotβ1+cotβ2)+(Ha+ha)(cotβ1+cotβ3)2La+(Ha+ha)(cotβ1+cotβ2)---(2)]]>上部煤层剥离物增加的内排运距模型：Lz＝(Hb+hb)(cotα1+cotα2)+m    (3)式中，Vz为上部煤层上覆剥离物运距增大的剥离量，m3；na为上部煤层分层剥采比，m3/t；Aa为上部煤层煤量，t；η为上部煤层剥离物中增加运距的剥离物的占比，％；m为内排追踪距离，m；Ha、Hb分别为上部煤层上覆剥离物平均厚度、下部煤层上覆剥离物平均厚度，m；ha、hb分别为上部煤层平均厚度、下部煤层平均厚度，m；β1为采场左侧最终帮坡角，°；β2为下部煤层采场右侧最终帮坡角，且上、下部煤层采场右侧最终帮坡角相等，°；β3为内排土场最终帮坡角，°；Lb为下部煤层坑底宽度；La为上部煤层坑底宽度；Lz为增加的内排运距，m；α1为下部煤层工作帮坡角，°；α2为内排土场工作帮坡角，°；步骤1.2：根据建立的复合煤层露天矿剥、采、排工程位置模型，确定剥、采、排工程位置关系，即上部煤层上覆剥离物运距增大的剥离量、上部煤层剥离物中增加运距的剥离物的占比和上部煤层剥离物增加的内排运距；步骤1.3：建立开采下部煤层导致上部煤层剥离物内排运距增加产生的费用模型；FZ＝Vz·Py·Lz    (4)式中，Fz为开采下部煤层导致上部煤层剥离物内排运距增加产生的费用，元；Py为剥离运输单价，元/m3·m；步骤1.4：根据剥、采、排工程位置关系和费用模型，得到开采下部煤层导致上部煤层剥离物内排运距增加产生的费用Fz，费用Fz随下部煤层采坑底宽Lb的增大而增大，即水平或近水平复合煤层露天矿下部煤层开采境界越大，上部煤层剥离成本越大，经济剥采比越小；FZ=na·Aa·[(Hb+hb)(cotα1+cotα2)+m]×Py·[2[Lb+m+(Hb+hb)(cotβ1+cotβ2)]2La+(Ha+ha)(cotβ1+cotβ2)(Ha+ha)(cotβ1+cotβ3)2La+(Ha+ha)(cotβ1+cotβ2)]---(5)]]>步骤2：以矿床开采的总体经济效益达到最优为目标，建立开采下部煤层承担的额外单位开采成本模型ΔP，即在确定下部煤层经济剥采比时下部煤需承担给上部煤层增加的剥离费用Fz；ΔP＝Fz/Ab    (6)式中，ΔP为开采下部煤层承担的额外单位开采成本，元/t；Ab为下部煤层煤量，t；步骤3：根据开采下部煤层导致上部煤层剥离物内排运距增加产生的费用模型及开采下部煤层承担的额外单位开采成本模型，确定开采下部煤层承担的额外单位开采成本；ΔP＝Lz·na·Py·K·η    (7)K=[2La+ha·(cotβ1+cotβ2)]·ha[2Lb+hb·(cotβ1+cotβ2)]·hb---(8)]]>式中，K为Aa与Ab的比值；步骤4：构建下部煤层平均厚度函数及下部煤层上覆岩层平均厚度函数；步骤4.1：任意选取垂直于工作帮推进方向的地质剖面图，以下部煤层采坑一侧坑底作为零点，建立随横坐标x变化的点与零点水平距离变化的下部煤层厚度拟合函数h(x)与下部煤层上覆岩层厚度拟合函数H(x)；hb(Lb)=∫0Lbh(x)dx/Lb---(9)]]>Hb(Lb)=∫0LbH(x)dx/Lb---(10)]]>式中，hb(Lb)、Hb(Lb)分别为坑底宽度为Lb时下部煤层平均厚度及其上覆岩层平均厚度，m；步骤4.2：根据建立的下部煤层厚度拟合函数h(x)与下部煤层上覆岩层厚度拟合函数H(x)，计算坑底宽度为Lb时下部煤层及其上覆岩层平均厚度；步骤5：圈定复合煤层露天矿下部煤层开采境界；步骤5.1：计算随坑底宽度Lb变化的下部煤层经济剥采比nBj；nBj=d-(a+e+ΔP)b---(11)]]>式中，nBj为下部煤层经济剥采比，m3/t；a为露天矿纯采矿成本，元/t；b为露天矿剥离成本，元/m3；d为矿石售价，元/t；e为露天开采单位矿石储量最低盈利要求，元/t；步骤5.2：选取若干垂直于工作帮推进方向的地质剖面图计算下部煤层经济剥采比nBj，绘制经济剥采比nBj和境界剥采比nBk曲线，以确保资源回收率为前提，按nBk≤nBj的原则圈定下部煤层开采境界；nBk=Hb(Lb)hb(Lb)·γ≤nBj=d-(a+e+ΔP)b---(12)]]>式中，nBk为复合煤层露天矿下部煤层开采境界剥采比，γ为煤层容重，m3/t。