一种水平或近水平露天煤矿在外委施工模式下经济工作线长
度的优化方法以及其应用
技术领域
背景技术
[0002] 鄂尔多斯地区以水平或近水平
煤层为主，伊泰集团的露天开采项目主要是通过露天开采的方式回收“房采”采空区遗留的大量煤炭资源，治理原房柱式开采派生的各类灾害、消除威胁周边井工煤矿安全生产隐患、以达到重建矿区生态环境的目的。
[0003] 由于灾害治理项目具有治理周期短，剥采比大，实现完全内排快，治理成本高的特点，为减少项目前期投资，剥离工程全部委外施工且剥离结算执行
基础运距内的综合单价，基础运距外只进行运距补贴。为尽快达到完成灾害治理成果，需要增加工作线长度，但增加工作线长度，虽然能降低生产剥采比，提高残煤回收能
力，也会增加内排运距，使矿用自卸
卡车运输成本增加。且由于剥离成本在治理成本中占比较大，所以在确定经济工作线长度时，应结合井田形状、煤层赋藏情况、生产模式、开采工艺及内排土运距等因素统筹考虑。
发明内容
[0004] 本发明提供了关于水平或近水平露天煤矿在外委施工模式下经济工作线长度的优化方法，该方法能够快速计算得到在不同内排运输系统下，剥离成本最经济的工作线长度，大幅度减少计算时间，能够有效节约开采成本，并为项目规划、生产组织安排提供科学决策依据。
[0005] 本发明还提供一种水平或近水平露天煤矿在外委施工模式下经济工作线长度的优化方法在确定双环内排运距经济工作线长度中的应用。该方法能够快速确定经济工作线，便于施工人员快速找到运输路线，节约工时和成本。
[0006] 本发明是这样实现的：
[0007] 一种水平或近水平露天煤矿在外委施工模式下经济工作线长度的优化方法，包括以下步骤：
[0008] 根据式(I)计算经济工作线长度：
[0009] 单环内排时：
[0010]
[0011] 双环内排时：
[0012]
[0013] 其中，k为运距系数，一般取1.1；Fb为坑底采煤工作线长度为Lb时的吨煤剥离成本，元/(m3·t)；nb为境界剥采比，m3/t；Hb为坑底工作线长度为Lb时的采区平均深度，m；C1为基础运距内的综合单价，元/m3；C2为超基础运距补贴单价，元/(Km·m3)；a为坑底采掘工作线与内排土工作线的安全距离，m；ω为采掘工作帮坡
角，°；β为内排土工作帮坡角，°；a1、a2为运输端帮帮坡角，°。
[0014] 一种水平或近水平露天煤矿在外委施工模式下经济工作线长度的优化方法在确定双环内排运距经济工作线长度中的应用。
[0015] 本发明的有益效果是：本发明优化计算工作线长度的方法，利用式I可以更加方便地计算出执行基础运距内的综合单价和超基础运距补贴单价结算的露天煤矿的经济工作线长度，并对类似露天煤矿的生产组织具有借鉴作用。
附图说明
[0016] 为了更清楚地说明本发明
实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，以便理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0017] 图1是本发明提供的剥离与单环内排土工程
位置模型平面示意图；
[0018] 图2是本发明提供的剥离与双环内排土工程位置模型平面示意图；
[0019] 图3是本发明提供的剥离与内排土工程位置模型的Ⅰ–Ⅰ图；
[0020] 图4是本发明提供的剥离与内排土工程位置模型的Ⅱ–Ⅱ图；
[0021] 图5是本发明提供的水平或近水平煤层剥采比计算示意图；
[0022] 图6是本发明实例提供的内蒙古某灾害治理项目治理首区不同工作向长度开采方案对比示意图。
具体实施方式
[0023] 以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
[0024] 为彻底消除各类隐患，达到尽快完成灾害治理成果，需要增加工作线长度。但增加工作线长度，虽然能降低生产剥采比，提高残煤回收能力，也会增加内排运距，使矿用自卸卡车运输成本增加。因此需要根据井田形状、煤层赋藏情况、生产模式、开采工艺、工作帮水平推进速度及内排土运距等因素，应用三维地质模型模拟开采技术，通过经济技术分析评价，确定经济工作线长度(成本耗费最少的最短的运输路线)，为项目规划、生产组织安排提供科学决策依据，因此，经济工作线长度的确定极为重要。
[0025] 而工作线长度应按以下原则进行优化：
[0026] 1)便于开拓运输系统布置；
[0027] 2)工作线长度不易过短，过短会增加端帮压煤量占采出煤量的比重，增加剥采比，同时也会增加采区数量，使得采区频繁转向；
[0028] 3)工作线长度不应过长，过长虽然会降低剥采比，但也会使排土运距增加，尤其单斗—卡车工艺的内排运距对工作线长度非常敏感；
[0029] 4)工作线长度应尽量相近，避免因工作线长度
波动较大造成设备数量大幅度波动和转向时缓帮量剧增影响生产接续；
[0030] 5)治理时间合理化；
[0031] 6)经济效益最优化。
[0032] 现有工作线长度的确认过程复杂，且耗时时间长，继而导致后续灾害治理时耗费较多资金，工作强度大。
[0033] 本发明实施例提供了一种水平或近水平露天煤矿在外委施工模式下经济工作线长度的优化方法，包括以下步骤：
[0034] S1、确定不同坑底工作线长度时采区的平均开采深度；
[0035] 确定不同坑底工作线长度时采区的平均开采深度是根据治理井田形状，先取若干个不同坑底工作线长度进行方案比较。
[0036] 同时根据治理区内地形及煤层赋存情况，选取若干垂直于工作帮推进方向的地质坡面测试平均开采深度。
[0037] S2、根据坑底工作线长度确定境界剥采比；
[0038] 首先，参见图1-图3，计算端帮三角形区域剥离面积和煤面积，若开采区域内可采煤层有m层，煤和上覆岩层平均厚度按从下往上分为h1、h2···hn和H1、H2···Hn，根据从深部境界垂直向上与各煤层与岩层顶板形成端帮三角形区域面积，计算端帮三角形区域剥离面积和煤面积；
[0039] A0＝0
[0040]
[0041]
[0042]
[0043]
[0044]
[0045]
[0046] 三角区域剥离面积
[0047]
[0048] 三角区域煤面积
[0049]
[0050] 参见图2和图3，根据坑底工作线长度确定境界剥采比，其根据式(II)进行计算[0051]
[0052] 式中：nb为境界剥采比，m3/t；
[0053] Am为
自下而上端帮三角区域面积，m2；
[0054] hi为第i层煤厚度，m；
[0055] li为第i层煤端帮长度，m；
[0056] γi为第i层煤容重，t/m3；
[0057] ηi为第i层煤回采率，％；
[0058] S3、根据式(III)计算水平与近水平煤层内排的运距；
[0059] 参见图4，其是根据式(III)进行计算；
[0060] 单环内排：
[0061]
[0062] 双环内排：
[0063]
[0064] 式中：Sb为坑底工作线长度为Lb时的内排运距，m；
[0065] k为运距系数，一般取1.1；
[0066] Hb为坑底工作线长度为Li时的采区平均深度，m；
[0067] Lb为坑底工作线长度，m；
[0068] a为坑底采掘工作线与内排土工作线的安全距离，m；
[0069] ω为采掘工作帮坡角，°；
[0070] β为内排土工作帮坡角，°；
[0071] α1、α2为端帮帮坡角，°。
[0072] S4、计算得到经济线长度；
[0073] 首先，根据式(IV)计算吨吨煤成本：
[0074]
[0075] 式中：Fb为坑底采煤工作线长度为Lb时的吨煤剥离成本，元/(m3·t)；Sb为内排土运距，m；C1为基础运距内的综合单价，元/m3；C2为超基础运距补贴单价，元/(Km·m3)。
[0076] 此时，便可选取吨煤剥离成本Fb最小的坑底工作线长度Lb为经济工作线长度。
[0077] 根据式(I)即可计算经济工作线长度：
[0078] 单环内排时：
[0079]
[0080] 双环内排时：
[0081]
[0082] 其中，k为运距系数，一般取1.1；Fb为坑底采煤工作线长度为Lb时的吨煤剥离成本，元/(m3·t)；nb为境界剥采比，m3/t；Hb为坑底工作线长度为Lb时的采区平均深度，m；C1为基础运距内的综合单价，元/m3；C2为超基础运距补贴单价，元/(Km·m3)；a为坑底采掘工作线与内排土工作线的安全距离，m；ω为采掘工作帮坡角，°；β为内排土工作帮坡角，°；a1、a2为运输端帮帮坡角，°。
[0083] 通过式(I)以更加方便地计算出在执行基础运距内综合单价和超基础运距补贴单价结算的露天开采项目的经济工作线长度，既可以节约经济又可以缩短运输距离。
[0084] 本发明实施例还提供一种水平或近水平露天煤矿在外委施工模式下经济工作线长度的优化方法在确定双环内排运距经济工作线长度中的应用。
[0085] 以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
[0086] 实施例1
[0087] 参见图5和图6，本实施例以内蒙古某近水平露天灾害治理项目治理首区为例，该治理区内地下赋藏可采煤层2层，煤层倾角1°～3°，为近水平煤层，
自上而下分为1、2煤，1、2煤层为全区可采，煤层平均厚度分别约为4.85m和2.4m，煤层间距约20m，采剥工作线东西向布置，由北向南推进，采掘工作帮坡角13°，内排土工作帮坡角为12°，采场两侧端帮帮坡角35°，剥离物全部通过两侧端帮进行内排，剥离单价执行运距在1Km内按综合单价7.26元/m3结算，运距超出1Km按1.1元/m3超运距单价进行补贴。
[0088] 本实施例提供了一种水平或近水平露天煤矿在外委施工模式下经济工作线长度的优化方法，包括以下步骤：
[0089] S1、确定不同坑底采煤工作线长度时采区内可采煤层及煤层上覆岩层的平均厚度；
[0090] 根据治理井田形状，在700m-2500m内共设置10组不同坑底工作线长度进行方案比选。
[0091] 根据不同方案治理区内地形及煤层赋存情况，选取若干垂直于工作帮推进方向的地质坡面计算1煤、2煤和上覆岩层平均厚度，结果参见表1。
[0092] 表1不同坑底工作线长度下的煤层与上覆岩层的平均厚度
[0093]
[0094] S2、建立基于坑底采煤工作线长度的剥采比计算方法；
[0095] 首先，开采区域内可采煤层有2层，根据从深部境界垂直向上与各煤层与岩层顶板形成端帮三角形区域面积，计算端帮三角形区域剥离面积和煤面积，参见表2；
[0096] A0＝0
[0097]
[0098]
[0099]
[0100]
[0101] 三角区域剥离面积
[0102] Q＝(A2-A1)+(A4-A3)
[0103] 三角区域煤面积
[0104] T＝A1+(A3-A2)
[0105] 表2不同坑底工作线长度下的三角区域面积
[0106]坑底长度/m 700 900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500
A1 11.56 11.75 11.85 11.95 12.06 12.26 12.36 12.46 12.36 12.26
A2 1039.22 1051.43 1062.76 1073.21 1075.11 1074.16 1061.82 1049.55 1042.03 1051.43A3 1532.88 1554.57 1574.11 1590.29 1591.45 1586.82 1567.20 1549.99 1546.56 1560.31A4 19649.71 19609.00 19710.85 19430.39 19180.09 18419.22 17171.35 16029.73 16392.27 16007.67[0107] 建立基于坑底采煤工作线长度的剥采比计算方法，其根据式(II)进行计算，计算结果参见表3，
[0108]
[0109] 式中：nb为境界剥采比，m3/t；
[0110] Am为自下而上端帮三角区域面积，m2；
[0111] hi为第i层煤平均厚度，m；
[0112] Hi为第i层煤上覆岩层平均厚度，m；
[0113] Lb为坑底采煤工作线长度，m；
[0114] γ为1、2煤层平均容重，t/m3；
[0115] η为1、2煤层回采率，％；
[0116] 表3不同坑底采煤工作线长度下的剥采比
[0117]
[0118] 表4矿用
软件精确计算不同坑底采煤工作线长度下的剥采比
[0119]
[0120] 公式计算的剥采比与矿用软件精确计算出的剥采比存在一定差异，但差异在10％以内，说明该公式可以作为前期计算剥采比时使用，以减少矿用软件
三维建模过程，减少工作量，节约时间。
[0121] S3、该露天项目采用双环内排，参见图3，在不同坑底采煤工作线长度时的内排运距根据公式(III)计算，计算结果参见表5；
[0122]
[0123] 式中：Sb为坑底工作线长度为Lb时的双环内排运距，m；
[0124] k为运距系数，取1.1；
[0125] Hb为坑底工作线长度为Li时的采区平均深度，m；
[0126] Lb为坑底工作线长度，m；
[0127] a为坑底采掘工作线与内排土工作线的安全距离，m；
[0128] ω为采掘工作帮坡角，°；
[0129] β为内排土工作帮坡角，°；
[0130] α1、α2为端帮帮坡角，°。
[0131] 表5不同坑底采煤工作线长度下双环内排运距
[0132]
[0133] 该露天项目现有坑底采煤工作线长度为1100m，实测双环内排运距为1500m，实际运距值与公式计算结果相近，印证该公式可以用于前期内排运距估算。
[0134] S4、计算得到经济线长度；
[0135] 首先，建立内排运距与吨煤剥离成本的计算方法，计算结果参见表6，
[0136] 内排运距与吨煤剥离成本的计算方法是根据式(IV)进行计算；
[0137]
[0138] 式中：Fb为坑底工作线长度为Lb时的吨煤剥离成本，元/(m3·t)；C1为基础运距内的综合单价，元/m3；C2为超基础运距补贴单价，元/(Km·m3)。
[0139] 表6不同坑底工作线长度的吨煤剥离成本
[0140]
[0141] 选取吨煤剥离成本Fb最小的坑底采煤工作线长度Lb为经济工作线长度；
[0142] 由表6可得，当坑底工作线长度为2100m时，吨煤剥离成本为93.48元/t，是吨煤剥离成本最低的，所以内蒙古某近水平灾害治理项目治理首区经济工作线长度在2100m左右。
[0143] 而根据式(I)可直接计算经济工作线长度，
[0144]
[0145] 其中，k为运距系数，一般取1.1；Fb为坑底采煤工作线长度为Lb时的吨煤剥离成本，元/(m3·t)；nb为境界剥采比，m3/t；Hb为坑底工作线长度为Lb时的采区平均深度，m；C1为基3 3
础运距内的综合单价，元/m ；C2为超基础运距补贴单价，元/(Km·m)；a为坑底采掘工作线与内排土工作线的安全距离，m；ω为采掘工作帮坡角，°；β为内排土工作帮坡角，°；a1、a2为运输端帮帮坡角，°。
[0146] 综上，本发明一种水平或近水平露天煤矿在外委施工模式下经济工作线长度的优化方法，利用式(II)以更加方便地计算开采区域内的剥采比，同时式(I)可以更加方便地计算出执行基础运距内的综合单价和超基础运距补贴单价结算的露天煤矿经济工作线长度，并对类似露天煤矿的生产组织具有借鉴作用。经济工作线长度的优化方法通过结合考虑施工
费用的结算方式，使得水平或近水平露天煤矿的工作线长度得到经济优化，降低生产成本。
[0147] 以上仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
