1.本发明属于煤矿开采的技术领域，尤其涉及一种露天矿下部端帮陡帮开采后确定内排搭桥的方法。
背景技术：
2.露天开采过程中，常规设计的露天矿端帮最终边坡由保安平盘、运输平盘组成，一般采用静态刚体极限平衡法，端帮边坡的设计通常要求非工作帮最终边坡服务于整个采剥过程，导致端帮最终边坡角设计较小，使得端帮边坡压覆大量煤炭资源，造成资源浪费，同时也影响到露天矿境界内平均剥采比及开采成本。为回采端帮压覆煤炭资源，采用端帮陡帮开采技术，通过减小平盘宽度或部分台阶并段来提高端帮边坡角。实施端帮陡帮开采后，下部端帮部分运输平盘遭到破坏导致无法进行内排运输而只能绕行上部端帮道路或另一侧端帮道路，这样使得运输距离极大增加，运输成本增加，对于端帮陡帮开采后回收的煤炭资源产生的效益大打折扣，因此在考虑露天矿实际工程背景、开采工艺、开拓运输系统和经济效益等因素后，需要对端帮陡帮开采后内排运距增大的问题进行解决。
3.现有技术中，露天矿端帮陡帮开采后下部端帮道路缺失，根据原有双环内排运输系统，工作面剥离物只能通过整个工作线长度到达另一侧端帮绕行至内排土场相应排土平盘进行排弃，或者爬坡到上面端帮道路不受破坏的平盘，再到排土场排弃。
4.绕行至另一侧端帮进行排弃，则要经过整个工作线的长度，这部分距离导致运输距离极大增加，也直接对经济效益产生影响。运输爬坡到以上平盘排弃，属于反向运输，其存在安全性问题以及反向运输费用增加。
技术实现要素：
5.基于以上现有技术的不足，本发明所解决的技术问题在于提供一种露天矿下部端帮陡帮开采后确定内排搭桥的方法，通过工作帮与内排土场之间搭桥来缩短内排运输距离，采用搭桥的方法来减少内排运距，以获得最大的经济效益。
6.为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案来实现：
7.本发明提供一种露天矿下部端帮陡帮开采后确定内排搭桥的方法，包括以下步骤：
8.s1：分析传统双环内排运输系统和内排搭桥运输系统；
9.s2：建立双环内排运距和内排搭桥运距模型；
10.s3：内排搭桥关键参数的确定，包括工作线的长度、中间桥合理服务高度、桥面宽度和桥的移设步距。
11.可选的，在步骤s2中，模型中的运距由三部分组成，包括工作面运距、端帮运距和内排土平盘运距，将端帮运距和排土桥通过运距参数进行统一，双环内排时，运距l1可表示为：
[0012][0013]
式中：l0为搭桥所在平面工作线长度；θ1，θ2分别为两侧端帮稳定边坡角；l为中间桥的长度；h1为工作帮台阶高度；h2为排土台阶高度；n为中间桥以上剥离台阶的个数；i为计算水平排土台阶的个数；a为工作帮运输平盘宽度；b为排土场运输平盘宽度；α1为剥离台阶坡面角；α2为排土台阶坡面角；
[0014]
中间搭单桥时，可服务于桥面以上部分台阶进行排土，计算运距时还有坡道运输距离，运距l2可表示为：
[0015][0016]
式中：r为道路限制坡度。
[0017]
进一步的，在步骤s2中，工作线长度由运输距离确定，要求当搭桥运距恒小于双环内排运距时，此时可确定工作线长度的范围；
[0018]
中间搭单桥时，由
[0019]
l1＞l2[0020]
化简得：
[0021][0022]
可选的，在步骤s3中，通过双环内排与中间搭桥内排运距的模型，依据运距最短原则确定经济合理服务高度：
[0023]
由l1≥l2得，
[0024][0025]
可选的，桥面宽度应满足汽车运输所需要的宽度：
[0026]
b＝2a+2y+2p+x
[0027]
式中：a为按汽车宽度；x为两车会车时需保持的安全距离；y为后轮外缘距路面边缘的距离；p为安全挡墙的宽度。
[0028]
进一步的，利用搭建每座桥所产生的经济损失推导出最大的移设步距：
[0029]
搭桥最小经济损失：
[0030][0031]
式中：q为重复剥离量；v为露天矿年推进度；c1为重复剥离费用；c2为运输单位费用；d为桥的移设步距；y为吨煤利润；n为生产剥采比；w为运输道路年通量；
[0032]
重复剥离量：
[0033][0034]
式中：h0为搭桥高度；β为采场工作帮帮坡角；γ为排土物料自然安息角；
[0035]
令s’(d)＝0，求出移设步距d：
[0036][0037]
由上，由于露天矿端帮陡帮开采后下部端帮道路不通，导致内排运距增大，采用本发明的露天矿下部端帮陡帮开采后确定内排搭桥的方法来减少内排运距，以获得最大的经济效益，相比于传统双环内排运输系统，本发明的内排搭桥有效缩短了工作帮与内排土场的距离，桥面同水平工作面剥离物运输可直接到达对应排土平盘，而桥面以上合理服务高度内的台阶也可至排土桥运输，在经济上都极大节省了运输费用，同时运费的较少使得端帮陡帮开采后的经济效益最大化。
[0038]
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
[0039]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。
[0040]
图1为内排搭桥平面示意图；
[0041]
图2为内排搭桥剖面图；
[0042]
图3为桥面宽度示意图。
具体实施方式
[0043]
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本发明的原理，本发明的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。在所参照的附图中，不同的图中相同或相似的部件使用相同的附图标号来表示。
[0044]
如图1至图3所示，本发明的露天矿下部端帮陡帮开采后确定内排搭桥的方法针对陡帮开采技术后内排运距增加的问题，通过工作帮与内排土场之间搭桥来缩短内排运输距离，本发明是确定搭桥关键参数的方法，包括以下步骤：
[0045]
1、分析传统双环内排运输系统和内排搭桥运输系统
[0046]
传统的单斗
?
卡车工艺通常采用双环内排的方式，即工作帮物料通过端帮道路运输至内排土场进行排弃，一般选择同水平或者上下1～2个台阶排土作业，遵循运距最短原则选择最近的端帮一侧进行绕端帮至排土场排弃。
[0047]
内排中间搭桥是在露天矿采场中部搭建排土桥连接工作帮和内排土场，通过排土桥直接将工作帮剥离物运输至内排土场，有效较少了运距，同时两侧端帮运输道路也可进行运输，相当于在采场中增设一条运输通道，可缓解端帮运输道路压力。
[0048]
2、建立双环内排运距和内排搭桥运距模型
[0049]
计算运距主要由三部分组成，工作面运距、端帮运距和内排土平盘运距，这里将端帮运距和排土桥通过运距参数进行统一，双环内排时，运距l1可表示为：
[0050]
[0051]
式中：l0为搭桥所在平面工作线长度，m；θ1，θ2分别为两侧端帮稳定边坡角，
°
；l为中间桥的长度，m；h1为工作帮台阶高度，m；h2为排土台阶高度，m；n为中间桥以上剥离台阶的个数；i为计算水平排土台阶的个数；a为工作帮运输平盘宽度，m；b为排土场运输平盘宽度，m；α1为剥离台阶坡面角，
°
；α2为排土台阶坡面角，
°
。
[0052]
中间搭单桥时，可服务于桥面以上部分台阶进行排土，计算运距时还有坡道运输距离，所以运距l2可表示为：
[0053][0054]
式中：r为道路限制坡度，一般取8％～10％；其他参数同上。
[0055]
3、内排搭桥关键参数确定
[0056]
3.1工作线长度要求
[0057]
中间搭桥解决了工作帮和排土场运距过大的问题，但是它对于工作线长度有要求，工作线过短，搭桥导致重复剥离费用大于节省运距的费用，在经济上是不划算的，而工作线越长，缩短的运距越大，节省的运输费用越多，因此中间搭桥对于工作线长度有一个最小值要求。
[0058]
工作线长度由运输距离确定，要求当搭桥运距恒小于双环内排运距时，此时可确定工作线长度的范围。
[0059]
中间搭单桥时，由
[0060]
l1＞l2[0061]
化简得：
[0062][0063]
3.2中间桥合理服务高度
[0064]
搭桥高度直接决定着经济效益，搭桥越高，二次剥离量越多，产生的费用越高。合理的搭桥高度服务多个运输平盘，可缩短运输距离，减少运输费用，创造更多的经济效益。通过双环内排与中间搭桥内排运距的模型，依据运距最短原则确定经济合理服务高度。
[0065]
由l1≥l2得，
[0066][0067]
3.3桥面宽度
[0068]
中间搭桥时为缓解端帮运输压力或端帮无法进行运输，为满足运输需求，中间桥均应满足双车道，桥面宽度应满足汽车运输所需要的宽度。
[0069]
b＝2a+2y+2p+x
[0070]
式中：a为按汽车宽度，m；x为两车会车时需保持的安全距离，一般采用0.7～1.7m；y为后轮外缘距路面边缘的距离，一般采用0.4～1.0m；p为安全挡墙的宽度，一般采用1.5～2.0m。
[0071]
3.4桥的移设步距
[0072]
中间搭桥使内排运输获得很大便利，但桥体下部存在压煤，随着采场工作线的推
进，需将中间搭桥的桥下压煤采出，在此期间为保证正常运输需要再搭一个排土桥，搭好以后再将之前的桥断开，采出煤后再搭桥再断桥，如此循环，这样两座桥搭建的距离形成了排土桥的移设步距。
[0073]
桥的移设步距是影响内排搭桥是否节省运距和经济合理的主要因素，移设步距过小，运距更短，搭桥次数增多，重复剥离量增多，搭建和拆除的费用增多。相反移设步距过大使搭桥次数少，但是端帮运输和排土场平盘运输距离增大，使得运输费用增加。所以选择合理的移设步距对于中间搭桥的经济效益至关重要，利用搭建每座桥所产生的经济损失推导出最大的移设步距。
[0074]
搭桥最小经济损失：
[0075][0076]
式中：q为重复剥离量，万m3；v为露天矿年推进度，m/a；c1为重复剥离费用，元/m3；c2为运输单位费用，元/(m3·
km)；d为桥的移设步距，m；y为吨煤利润，元/t；n为生产剥采比，m3/t；w为运输道路年通量，万m3/a。
[0077]
重复剥离量：
[0078][0079]
式中：h0为搭桥高度，m；β为采场工作帮帮坡角，
°
；γ为排土物料自然安息角，一般为35
°
。
[0080]
令s’(d)＝0，求出移设步距d：
[0081][0082]
由此可确定内排搭桥的工作线长度、合理服务高度、桥宽度和合理移设步距等关键参数。
[0083]
以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。技术特征：
1.一种露天矿下部端帮陡帮开采后确定内排搭桥的方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：分析传统双环内排运输系统和内排搭桥运输系统；s2：建立双环内排运距和内排搭桥运距模型；s3：内排搭桥关键参数的确定，包括工作线的长度、中间桥合理服务高度、桥面宽度和桥的移设步距。2.如权利要求1所述的露天矿下部端帮陡帮开采后确定内排搭桥的方法，其特征在于，在步骤s2中，模型中的运距由三部分组成，包括工作面运距、端帮运距和内排土平盘运距，将端帮运距和排土桥通过运距参数进行统一，双环内排时，运距l1可表示为：式中：l0为搭桥所在平面工作线长度；θ1,θ2分别为两侧端帮稳定边坡角；l为中间桥的长度；h1为工作帮台阶高度；h2为排土台阶高度；n为中间桥以上剥离台阶的个数；i为计算水平排土台阶的个数；a为工作帮运输平盘宽度；b为排土场运输平盘宽度；α1为剥离台阶坡面角；α2为排土台阶坡面角；中间搭单桥时，可服务于桥面以上部分台阶进行排土，计算运距时还有坡道运输距离，运距l2可表示为：式中：r为道路限制坡度。3.如权利要求2所述的露天矿下部端帮陡帮开采后确定内排搭桥的方法，其特征在于，在步骤s2中，工作线长度由运输距离确定，要求当搭桥运距恒小于双环内排运距时，此时可确定工作线长度的范围；中间搭单桥时，由l1＞l2化简得：4.如权利要求3所述的露天矿下部端帮陡帮开采后确定内排搭桥的方法，其特征在于，在步骤s3中，通过双环内排与中间搭桥内排运距的模型，依据运距最短原则确定经济合理服务高度：由l1≥l2得，5.如权利要求4所述的露天矿下部端帮陡帮开采后确定内排搭桥的方法，其特征在于，桥面宽度应满足汽车运输所需要的宽度：b＝2a+2y+2p+x式中：a为按汽车宽度；x为两车会车时需保持的安全距离；y为后轮外缘距路面边缘的距离；p为安全挡墙的宽度。
6.如权利要求5所述的露天矿下部端帮陡帮开采后确定内排搭桥的方法，其特征在于，利用搭建每座桥所产生的经济损失推导出最大的移设步距：搭桥最小经济损失：式中：q为重复剥离量；v为露天矿年推进度；c1为重复剥离费用；c2为运输单位费用；d为桥的移设步距；y为吨煤利润；n为生产剥采比；w为运输道路年通量；重复剥离量：式中：h0为搭桥高度；β为采场工作帮帮坡角；γ为排土物料自然安息角；令s
′
(d)＝0，求出移设步距d：
技术总结
本发明公开了一种露天矿下部端帮陡帮开采后确定内排搭桥的方法，步骤为：分析传统双环内排运输系统和内排搭桥运输系统；建立双环内排运距和内排搭桥运距模型；内排搭桥关键参数的确定，包括工作线的长度、中间桥合理服务高度、桥面宽度和桥的移设步距。相比于传统双环内排运输系统，本发明的内排搭桥有效缩短了工作帮与内排土场的距离，桥面同水平工作面剥离物运输可直接到达对应排土平盘，而桥面以上合理服务高度内的台阶也可至排土桥运输，在经济上都极大节省了运输费用，同时运费的较少使得端帮陡帮开采后的经济效益最大化。得端帮陡帮开采后的经济效益最大化。得端帮陡帮开采后的经济效益最大化。
技术研发人员：马昊 白润才
受保护的技术使用者：辽宁工程技术大学
技术研发日：2021.07.12
技术公布日：2021/9/6
声明：
“露天矿下部端帮陡帮开采后确定内排搭桥的方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
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编辑：中冶有色技术网
来源：辽宁工程技术大学
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2024年08月01日 ~ 03日 
