露天煤矿开采方法和系统与流程

1.本发明涉及煤矿开采技术领域，具体而言，涉及一种露天煤矿开采方法和系统。


背景技术：

2.露天煤矿开采过程中，必然会遗留下大量的端帮压煤。大量的压煤无法采出，不仅大大降低了煤炭资源采出率，而且会造成煤自燃、坡体失稳、环境破坏等一系列问题。
3.露井协同开采方法的实施能带来显著的经济效益和环境效益，但同时也带来了新的问题。露天煤矿与井工煤矿采动效应相互叠加、相互影响，最终形成了一个动态的空间形态多元化的复合系统。一方面，端帮地表形态不用于平地地表，端帮坡体中进行地下开采时工作面覆岩运动规律不用于传统井工开采，矿压显现也会发生变化；另一方面，井工矿工作面一般布置在露天端帮附近或露天排土场下方，井工开采造成的上覆岩层运动和破坏必然对露天煤矿端帮以及排土场上各种工程与设施产生影响，甚至会诱发滑坡，威胁地表构筑物的安全。


技术实现要素：

4.本发明的第一个目的在于提供一种露天煤矿开采方法，以解决现有露天煤矿开采方法中充填物料消耗多的技术问题。
5.本发明提供的露天煤矿开采方法，包括形成第一类别矿房和形成第二类别矿房，每个所述第二类别矿房的两侧为所述第一类别矿房；利用干式充填材料充填所述第二类别矿房；在所述形成第二类别矿房的过程开始之前，与所形成的所述第二类别矿房相邻的所述第一类别矿房已经被充填。
6.本发明露天煤矿开采方法带来的有益效果是：
7.由于在第二类别矿房开始形成之间，已经将第一类别矿房充填，与每个被开采的第二类别矿房相邻的第一类别矿房的强度已经明显提高，形成一定强度的充填体，可以用于支撑围岩，已经没有必要利用第二类别矿房中的材料支撑围岩。所以在第二类别矿房开采之后，再次充填时，采用干式充填材料，将第二类别矿房充满即可，并不需要第二类别矿房中的充填材料承担主要的载荷。所以，相比于在第二类别矿房形成之后充填膏体充填材料而言，不但减少了膏体凝固所需要的时间，缩短了工期，使得第二类别矿房上方的地面可以更快的恢复至满足强度要求的状态，缩短了地面强度明显下降的时间，提高了地表构筑物的安全性。而且，还可以减少膏体充填材料的使用，降低了施工成本。
8.优选的技术方案中，所述干式充填材料包括固体废弃物，所述固体废弃物包括矸石和/或剥离表土。
9.采用矸石和/或剥离表土作为固体废弃物充填到第二类别矿房，可以实现对采掘过程中的下脚料的充分利用，实现材料的综合利用，减少了资源浪费。
10.优选的技术方案中，所述矸石的来源包括所述形成第一类别矿房时和/ 或形成所述第二类别矿房时所开采的原煤。
11.自第一类别矿房和/或第二类别矿房开采的原煤中选取矸石，可以对原煤中的矸石就地处理，使得原煤中的这部分矸石无需被运走，节省了运力，也减少了能源消耗。
12.优选的技术方案中，在所述利用干式充填材料充填所述第二类别矿房时，使用第一皮带输送机和抛矸机进行输送。
13.通过第一皮带输送机输送干式充填物料，可以仅仅移动第一皮带输送机，将第一皮带输送机的出口朝向不同的第二类别矿房即可，采用抛矸机输送干式充填物料，可以将矸石和剥离表土抛出，以充分地覆盖第二类别矿房，尽量将第二类别矿房填满，避免诱发滑坡。
14.优选的技术方案中，所述第一类别矿房和所述第二类别矿房交替排列。
15.通过将第一类别矿房和第二类别矿房交替排列，即，每个第一类别矿房两侧均存在一个第二类别矿房，每个第二类别矿房的两侧均存在一个第一类别矿房，使得第二类别矿房所在的区域可以利用两侧的第一类别矿房已经充填的材料承担载荷，无需该第二类别矿房承担主要的载荷。
16.优选的技术方案中，所述露天煤矿开采方法还包括：在形成所述第一类别矿房的过程结束之后，对所述第一类别矿房充填膏体充填材料。
17.在第一类别矿房的开采过程之后，相邻的第二类别矿房形成过程之前，对第一类别矿房充填膏体充填材料，可以使得第一类别矿房中的膏体充填材料可以现行凝固，以使得第一类别矿房中的膏体充填材料能够更早地具备足够的强度以支撑围岩。
18.优选的技术方案中，所述膏体充填材料包括粉煤灰、水泥和水，以及，所述形成第一类别矿房和/或所述形成第二类别矿房中所开采出的剥离岩土。
19.通过将第一类别矿房和/或第二类别矿房形成过程中所开采的剥离岩土混入膏体充填材料中，不但减少了膏体充填材料中从外界输入所需物料总量，减少了外界输入的物料消耗和运输成本，而且，还可以减少原煤开采所产生的废料总量，降低了对环境的影响和将废料运出的能源消耗。
20.优选的技术方案中，所述露天煤矿开采方法还包括：形成所述第一类别矿房和/或形成所述第二类别矿房所开采的煤炭在坑地被分选出剥离岩土、剥离表土和矸石。
21.在坑地分离剥离岩土、剥离表土和矸石，可以将原煤就地进行分选，无需产生将废料运出的成本，而且，分选可以同时产生供膏体充填材料的剥离岩土、干式充填材料使用的剥离表土及矸石。
22.优选的技术方案中，所述煤炭的分选包括洗选作业，所述洗选作业采用x射线煤矸智能分选机将所述矸石分离出来。
23.通过x射线煤矸石智能分选机将矸石分选出来，分选准确性和效率高，可以保证煤矸石的供给需要。
24.本发明的第二个目的在于提供一种露天煤矿开采系统，以解决现有技术中充填物料消耗多的技术问题。
25.本发明提供的露天煤矿开采系统，应用上述露天煤矿开采方法，所述露天煤矿开采系统包括分选机，所述分选机通过第二皮带输送机与干式充填材料制备装置连接，并通过第三皮带输送机与膏体充填材料制备装置连接，所述干式充填材料制备装置通过第一皮带输送机与抛矸机连接，抛矸机用于向第二类别矿房中输送干式充填材料，所述膏体充填
材料制备装置与充填管道连接，并用于通过所述充填管道向所述第一类别矿房输送膏体充填材料
26.通过设置分别通过第二皮带输送机与膏体充填材料制备装置连接，并且通过第三皮带输送机与干式充填材料制备装置连接的分选机，可以将原煤中的剥离岩土、剥离表土和矸石分选出来，剥离岩土供制备膏体充填材料使用，矸石和剥离表土供制备干式充填材料，不但减少了固体废弃物的排放，而且还采用了干式充填材料充填第二类别矿房的空间，有利于简化生产工艺，降低生产成本。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
28.图1为本发明实施例一提供的露天煤矿开采方法的示意图；
29.图2为本发明实施例一提供的露天煤矿开采方法的流程示意图；
30.图3为本发明实施例二提供的露天煤矿开采系统的示意图。
31.附图标记说明：
32.10、第一类别矿房；20、第二类别矿房；31、分选机；32、第二皮带输送机；33、第三皮带输送机；34、膏体充填材料制备装置；35、干式充填材料制备装置；36、第一皮带输送机；37、抛矸机；38、充填管道。
具体实施方式
33.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
34.实施例一：
35.图1为本发明实施例一提供的露天煤矿开采方法的示意图。图1中虽然同时画出了向第一类别矿房输送膏体充填材料的充填管道和向第二类别矿房输送干式充填材料的第一皮带输送机和抛矸机。但是本领域技术人员应该清楚，图1这样绘制并不一定表示该方法在运行过程中会同时出现抛矸机向第二类别矿房输送干式充填材料且充填管道向第一类别矿房输送膏体充填材料，而且，大概率地，不会同时出现以上两种现象。
36.如图1所示，本发明提供的露天煤矿开采方法，包括形成第一类别矿房10和形成第二类别矿房20，每个第二类别矿房20的两侧为第一类别矿房10；利用干式充填材料充填第二类别矿房20；在形成第二类别矿房20 的过程开始之前，与所形成的第二类别矿房20相邻的第一类别矿房10已经被充填。
37.由于在第二类别矿房20开始形成之间，已经将第一类别矿房10充填，与每个被开采的第二类别矿房20相邻的第一类别矿房10的强度已经明显提高，形成一定强度的充填体，用于支撑围岩，已经没有必要利用第二类别矿房20中的材料支撑围岩。所以在第二类别矿房20开采之后，再次充填时，采用干式充填材料，将第二类别矿房20充满即可，并不需要
第二类别矿房20中的充填材料承担主要的载荷。所以，相比于在第二类别矿房20 形成之后充填膏体充填材料而言，不但减少了膏体凝固所需要的时间，缩短了工期，使得第二类别矿房20上方的地面可以更快的恢复至满足强度要求的状态，缩短了地面强度明显下降的时间，提高了地表构筑物的安全性。而且，还可以减少膏体充填材料的使用，降低了施工成本。此外，还可以使得在开采第二类别矿房20时，尽量将第二类别矿房20中的原煤挖净，不浪费矿间煤柱等残留煤炭资源。
38.优选的，干式充填材料包括固体废弃物，固体废弃物包括矸石和/或剥离表土。
39.具体的，由于对于围岩的支撑强度，并非主要由第二类别矿房20中的干式充填物料来提供，所以干式充填物料中各个组分的组成比例并不做严格限定。
40.采用矸石和/或剥离表土作为固体废弃物充填到第二类别矿房20，可以实现对采掘过程中的下脚料的充分利用，实现材料的综合利用，减少了资源浪费。
41.优选的，矸石的来源包括形成第一类别矿房10时和/或形成第二类别矿房20时所开采的原煤。
42.自第一类别矿房10和/或第二类别矿房20开采的原煤中选取矸石，可以对原煤中的矸石就地处理，使得原煤中的这部分矸石无需被运走，节省了运力，也减少了能源消耗。
43.优选的，在利用干式充填材料充填第二类别矿房20时，使用第一皮带输送机36和抛矸机37进行输送。
44.通过第一皮带输送机36输送干式充填物料，可以仅仅移动第一皮带输送机36，将第一皮带输送机36的出口朝向不同的第二类别矿房20即可，采用抛矸机37输送干式充填物料，可以将矸石和剥离表土抛出，以充分地覆盖第二类别矿房20，尽量将第二类别矿房20填满，避免诱发滑坡。
45.优选的，第一类别矿房10和第二类别矿房20交替排列。具体的，可以如图1所示，图1中用右上到左下的剖面线所表示的即为第一类别矿房 10，用左上到右下剖面线表示的，即为第二类别矿房20。
46.由于将第一类别矿房10和第二类别矿房20交替排列，在每开采一个第一类别矿房10时，即使上一个开采的第一类别矿房10正在充填膏体充填材料或刚刚充填完膏体充填材料，膏体充填材料并未完全凝固，开采下一个第一类别矿房10可能会产生振动。但是由于两个第一类别矿房10之间至少间隔了一个第二类别矿房20。所以下一个的第一类别矿房10的开采不会给上一个第一类别矿房10中的膏体充填材料的凝固造成明显影响。当然了，如果为了进一步减弱这种影响或更加彻底地杜绝这种影响，可以在选择距离上一个第一类别矿房10较远的第一类别矿房10进行开采，例如可以间隔多个第二类别矿房20和尚未开采的第一类别矿房10，或者间隔多个第二类别矿房20和膏体充填材料已经凝固的第一类别矿房10。
47.通过将第一类别矿房10和第二类别矿房20交替排列，即，每个第一类别矿房10两侧均存在一个第二类别矿房20，每个第二类别矿房20的两侧均存在一个第一类别矿房10，使得第二类别矿房20所在的区域可以利用两侧的第一类别矿房10已经充填的材料承担载荷，无需该第二类别矿房20 承担主要的载荷。
48.优选的，露天煤矿开采方法还包括：在形成第一类别矿房10的过程结束之后，对第一类别矿房10充填膏体充填材料。
49.在第一类别矿房10的开采过程之后，相邻的第二类别矿房20形成过程之前，对第一类别矿房10充填膏体充填材料，可以使得第一类别矿房10 中的膏体充填材料可以现行凝固，以使得第一类别矿房10中的膏体充填材料能够更早地具备足够的强度以支撑围岩。
50.具体的，可以在全部的第一类别矿房10都开采完成之后再开采第二类别矿房20。从提高开采比例的角度更优的，可以在全部的第一类别矿房10 的膏体充填材料都凝固之后，再开始对第二类别矿房20的开采。当然了，从缩短工期的角度来说，可以不等全部的第一类别矿房10中的膏体充填材料都凝固之后，甚至也可以不等全部的第一类别矿房10都开采完成之后，只要被开采的第二类别矿房20两侧相邻的第一类别矿房10中的膏体充填材料已经凝固到位，就可以开始对第二类别矿房20的开采。
51.优选的，膏体充填材料包括粉煤灰、水泥和水，以及，形成第一类别矿房10和/或形成第二类别矿房20中所开采出的剥离岩土。
52.具体的，混合的膏体充填材料中，以重量百分比计，粉煤灰与水泥的总质量的下限可以控制在10％-20％，二者的比例不低于15％为宜，水占比以15％为宜。其余可以是剥离岩土。
53.通过将第一类别矿房10和/或第二类别矿房20形成过程中所开采的剥离岩土混入膏体充填材料中，不但减少了膏体充填材料中从外界输入所需物料总量，减少了外界输入的物料消耗和运输成本，而且，还可以减少原煤开采所产生的废料总量，降低了对环境的影响和将废料运出的能源消耗，实现了对煤矿开采的固体废料进行无害环保地处置，具有良好的社会效益。
54.优选的，露天煤矿开采方法还包括：形成第一类别矿房10和/或形成第二类别矿房20所开采的煤炭在坑地被分选出剥离岩土、剥离表土和矸石。
55.在坑地分离剥离岩土、剥离表土和矸石，可以将原煤就地进行分选，无需产生将废料运出的成本，而且，分选可以同时产生供膏体充填材料的剥离岩土、干式充填材料使用的剥离表土及矸石。
56.优选的，煤炭的分选包括洗选作业，洗选作业采用x射线煤矸智能分选机31将矸石分离出来。
57.通过x射线煤矸石智能分选机31将矸石分选出来，分选准确性和效率高，可以保证煤矸石的供给需要。
58.优选的，分离矸石之后，采用反击式破碎机将矸石粉碎。具体的，可以将矸石粉碎至8mm以下。由于并不需要将矸石混入膏体充填材料中，所以可以无需将矸石粉碎得过细，从而减少了加工成本，也减少了设备的磨损，有利于提高加工设备的使用寿命。
59.图2为本发明实施例一提供的露天煤矿开采方法的流程示意图；如图2 所示，本实施例的动作流程为：
60.以被开采的区域为环形区域为例，将被开采区域分为第一类别矿房10 和第二类别矿房20，第一类别矿房10和第二类别矿房20交替设置。开采时，先利用连续采煤机(图中未示出)或综合掘进机(图中未示出)逐个开采第一类别矿房10。将煤矿开采后运出至坑底洗选，洗选作业过程中，采用x射线煤矸智能分选机31将开采出的原煤中的矸石分离。然后使用反击式破碎机将矸石破碎至合适的粒度。利用移动充填站混合粉煤灰、剥离岩土、水泥和水，制作膏体充填材料；利用矸石、剥离表土等固体废弃物作为干式充填材料。每开采完
一个第一类别矿房10，即可使用充填管路将膏体充填材料输送至矿房进行密实充填。
61.当所有的第一类别矿房10都开采完毕之后，更优选的，可以当所有的第一类别矿房10的膏体充填材料都凝固之后，逐个开采第二类别矿房20。当某个第二类别矿房20开采完毕后，采用皮带输送机和抛矸机37将干式充填材料输送至矿房进行充填。
62.实施例二：
63.图3为本发明实施例二提供的露天煤矿开采系统的示意图。如图1和图3所示，本发明还提供一种执行上述操作的露天煤矿开采系统，露天煤矿开采系统包括分选机31，干式充填材料制备装置35、膏体充填材料制备装置34、第一皮带输送机36、抛矸机37、充填管道38、第二皮带输送机 32和第三皮带输送机33。其中，分选机31可以选用x射线煤矸智能分选机31，分选机31通过第二皮带输送机32与干式充填材料制备装置35连接，并通过第三皮带输送机33与膏体充填材料制备装置34连接，干式充填材料制备装置35通过第一皮带输送机36与抛矸机37连接，抛矸机37用于向第二类别矿房20中输送干式充填材料，膏体充填材料制备装置34通过充填管道38向第一类别矿房10输送膏体充填材料。
64.其中，需要说明的是，上述的连接，并非指两个设备/机器/装置之间必须有明确的机械连接关系，更不是指二者不可分割。这里的连接，主要是表达物料从一个设备/机器/装置流动到另一个设备/机器/装置上。
65.通过设置分别通过第二皮带输送机32与膏体充填材料制备装置34连接，并且通过第三皮带输送机33与干式充填材料制备装置35连接的分选机31，可以将原煤中的剥离岩土、剥离表土和矸石分选出来，剥离岩土供制备膏体充填材料使用，矸石和剥离表土供制备干式充填材料，不但减少了固体废弃物的排放，而且还采用了干式充填材料充填第二类别矿房20的空间，有利于简化生产工艺，降低生产成本。
66.虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
67.最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
68.上述实施例中，诸如“上”、“下”等方位的描述，均基于附图所示。
69.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。
70.因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。