基于抛掷爆破-拉斗铲倒堆工艺的露天矿生产能力研究

分析了拉斗铲设备自身条件、抛掷爆破效果及开采参数对露天矿生产能力的影响关系,推导得出了露天矿生产能力的计算公式,采用敏感性分析方法研究了各因素对露天矿生产能力的影响程度。研究结果表明:倒堆台阶高度、拉斗铲稳态有效度和有效抛掷率是影响抛掷爆破-拉斗铲工艺露天煤矿生产能力的关键因素,其中倒堆台阶高度和拉斗铲稳态有效度是根本因素;实现33Mt/a的生产目标,应保证拉斗铲设备稳态有效度93.8%以上,同时将倒堆台阶高度降低至38m以下。     

抛掷爆破与拉斗铲倒堆工艺研究

根据黑岱沟露天煤矿的矿床地质条件及扩建的要求，系统的研究了抛掷爆破与拉斗铲倒堆相结合的剥离工艺。对抛掷爆破的方法与参数、剥离台阶开采参数、有效抛掷率、拉斗铲作业方式、再倒堆系数等进行了模拟计算与分析。     

黑岱沟露天煤矿综合开采工艺优化

为了充分发挥黑岱沟露天煤矿抛掷爆破—拉斗铲倒堆工艺优势，实现持续、稳定、高效开采。以工艺系统推进度一致为原则，建立了综合开采工艺生产能力与原煤产能关系模型。在此基础上，通过深入分析抛掷爆破台阶高度、拉斗铲扩展平台高度与原煤产能间的制约关系，建立了拉斗铲倒堆系统生产能力、抛掷爆破台阶高度、拉斗铲扩展平台高度与原煤产能关系模型，并以此保障抛掷爆破有效抛掷率、充分发挥抛掷爆破—拉斗铲倒堆工艺系统生产能力。结果表明：在抛掷爆破台阶高度45 m条件下，拉斗铲扩展平台高度13～16 m时，黑岱沟露天煤矿拉斗铲倒堆作业区可实现原煤产能2462万～2799万t/a,若南部500 m单斗—卡车作业区正常推进，全矿可实现原煤产能3400万t/a。     

抛掷爆破-拉斗铲倒堆工艺台阶采掘带宽度优化

抛掷爆破与拉斗铲配合的倒堆工艺环节中,拉斗铲在抛掷爆破形成的爆堆上作业,采掘带宽度是维系爆破区域与设备作业的关键开采参数。抛掷爆破效果、工艺设备作业要求及多煤层开拓运输系统布置是影响采掘带宽度的重要因素,根据抛掷爆破与拉斗铲作业特征和配合模式,分析了抛掷爆破开采参数与拉斗铲作业参数的影响关系;分析了与有效抛掷率影响密切相关的台阶高宽比及炮孔排效应。以抛掷爆破与拉斗铲倒堆综合成本最小为目标,以工艺设备作业要求和开拓运输系统布置条件为约束,建立了抛掷爆破采掘带宽度优化的非线性数学规划模型。并采用该模型对黑岱沟露天煤矿抛掷爆破台阶采掘带宽度进行优化,确定其最佳采掘带宽度为67 m。     

煤层倾角对拉斗铲倒堆工艺的影响研究

为了使拉斗铲能更好地适应煤层倾角的变化,提高拉斗铲工作效率,基于露天采矿基本原理、我国煤层赋存条件以及拉斗铲工况特点,建立了厚覆盖层简单倒堆形式下煤层倾角变化拉斗铲倒堆作业的数学模型,分析了煤层倾角变化对露天煤矿拉斗铲作业效率和抛掷爆破抛掷率的影响,得出了拉斗铲最大倒堆高度、排弃最大距离和有效抛掷率的普遍计算公式以及拉斗铲倒堆作业的限制条件.通过对哈尔乌素露天煤矿使用拉斗铲的实例研究,结果表明:煤层倾角和拉斗铲的最大排弃高度成线性增加,同时,当煤层倾角越大,拉斗铲最大倒堆距离越大,抛掷爆破的有效率越小.     

综合工艺条件下抛掷爆破剥离系统工作线长度优化

为了优化综合工艺条件下抛掷爆破-拉斗铲倒堆剥离系统工作线长度,在分析抛掷爆破剥离台阶与综合工艺系统间耦合影响关系的基础上,确定了剥采工程延深程序约束下的抛掷爆破剥离台阶推进度是综合工艺系统中的制约性因素,以黑岱沟露天煤矿综合工艺系统为背景,系统地分析了抛掷爆破剥离系统工作线长度对综合工艺剥离费用、内排运输费用及倒堆工艺作业效率间的影响关系,并建立了影响关系模型。以间断工艺剥离费用、运输费用与抛掷爆破-拉斗铲倒堆工艺剥离费用构成的综合工艺总剥离费用最小为目标函数,确定了综合工艺总剥离费用与抛掷爆破台阶工作线长度的函数关系,以工作线两翼分区作业最小工作线长度、拉斗铲系统生产能力、露天矿生产能力、工作线长度非负等为约束条件,构建了综合工艺条件下抛掷爆破剥离系统工作线长度的约束非线性规划模型。依据黑岱沟露天煤矿综合工艺实测数据,求解结果表明:(1)综合工艺总剥离费用和最佳工作线长度随生产能力增大而增大,而最佳工作线长度也与拉斗铲年实动率影响的年作业时间密切相关。(2)在当前拉斗铲实动率及系统开采参数条件下,满足产能34 Mt/a要求的最佳工作线长度应为2.29 km,而现有采区划分实际条件所限...     

基于非线性规划的拉斗铲作业平台参数优化

为了提高拉斗铲作业效率,降低倒堆工艺系统生产成本,需要对拉斗铲作业平台参数进行优化。但由于拉斗铲作业平台高度与平台宽度之间相互影响、相互制约,不能对单个参数进行独立优化,而需要以2者为变量,建立优化模型,提出拉斗铲作业平台参数的综合优化方法。为此分析了拉斗铲单向走行、往返走行情况下的挖掘范围,分别推导了各种情况下的拉斗铲挖掘深度、正向及反向走行距离计算公式,提出了拉斗铲走行时间及作业周期的计算方法,建立了拉斗铲生产效率与作业平台高度、作业平台宽度之间的关系模型。利用抛掷爆破爆堆的三维扫描数据,建立平面直角坐标系,拟合得到爆堆曲线方程,进而提出了有效抛掷率、拉斗铲重复倒堆率、辅助剥离率、拉斗铲倒堆率等变量的计算方法,以倒堆工艺系统年剥离总费用最小为目标函数,综合考虑技术、经济、安全3个方面的因素,构建了基于非线性规划的拉斗铲作业平台参数优化模型,并全面分析了作业平台参数的约束条件,包括影响拉斗铲作业安全、高台阶稳定等的作业安全约束,影响拉斗铲倒堆距离、挖掘深度等的拉斗铲线性尺寸约束,以及拉斗铲、辅助设备等的生产能力约束,提出了模型的求解方法。通过计算可知,黑岱沟露天煤矿的拉斗铲作业效率随着作业平台高度、作业平台宽度的增大先增大后降低,作业平台高度为13.30 m,宽度为118.10 m时,拉斗铲作业效率最大,为4 043.02 m~3/h;其最优作业平台高度为14.60 m,作业平台宽度为118.00 m,优化后每年可节省剥离费用371.70万元。     

近水平露天煤矿条带开采倒堆工艺关键参数研究

为了研究近水平露天煤矿采用拉斗铲倒堆剥离工艺的基本参数,分析了拉斗铲作业的基本参数,建立了计算公式,基于基本参数推导出拉斗铲的年有效生产能力。根据黑岱沟露天煤矿的基本情况,对其拉斗铲倒堆工艺参数进行了研究和评价。结果表明:拉斗铲的年有效生产能力与回转角之间符合二次函数关系,回转角与开采条带宽度和有效挖掘时间等多个参数存在函数关系。     

拉铲倒堆开采工艺拉铲臂长和斗容的优化模型

根据我国露天煤矿地质赋存特点,提出了拉铲倒堆开采工艺的联合作业方式,即露天煤矿上部剥离物和煤层采用某些开采工艺,最下部煤层上部的剥离物部分或者全部采用拉铲倒堆开采工艺。采用拉铲倒堆开采工艺时,倒堆剥离台阶采用抛掷爆破方式,将一部分剥离物直接抛掷到内排土场;然后,配备大功率的推土机扩展平台,降低倒堆台阶高度;最后,由拉铲将剩余的剥离物直接倒排至采空区。在爆堆形状一定、推土机降段高度一定时,综合考虑拉铲制造价格和剥离工程量等因素,提出了长臂小斗和短臂大斗两种拉铲设备选型方案,提出了拉铲臂长和斗容的优化模型。     

露天煤矿抛掷爆破拉斗铲倒堆与时效边坡多参数耦合机理

大型现代化露天煤矿的生产,既是在地壳实体上构造空间,又是在空间上构造矿山实体的复杂过程,揭露煤层需要进行大规模的爆破剥离,不可避免地形成了采场工作帮、非工作帮、端帮、排土场高陡边坡、相应的采场工作帮、端帮高陡边坡形成、几何参数、服务状态等是一个动态变化过程。 论文综合运用露天采矿学原理、可靠性理论、防灾减灾学理论与矿山岩体力学方法,通过调查研究、实验室研究、理论分析、数值模拟和现场工程实践,建立了露天煤矿边坡三维潜在滑动面稳定性分析方法,创建了棱柱体和圆柱体三维滑坡模型,分析了边坡暴露长度与稳定性之间的关系。 基于露天煤矿端帮高陡边坡特点,建立了露天煤矿非对称地应力卸载拱墙模型,分析了边坡各层岩体变形的协同性,结合弱层蠕变老化理论,给出了露天煤矿边坡失稳的判断准则,揭示了露天煤矿高陡边坡稳定性分析的露天采矿学基本原理。 基于露天煤矿采场高陡倒堆边坡的三维展布特点,建立了采矿工艺极限推进度数学模型,揭示了露天煤矿采场采动过程中边坡力学变化规律,提出了后冲能量的衰减方程矩阵;根据弹道理论,得到了抛掷爆破的最优抛掷角度,通过建立露天煤矿抛掷爆破有效抛掷率有限元模型和抛掷爆破参数反演模型,进行了有效抛掷率的预测。 针对拉斗铲倒堆工艺开采的特殊性,将拉斗铲倒堆剥离、坑底存煤和半连续采煤环节看作一个系统,根据露天矿的采煤强度要求,利用拉斗铲维修时间分布规律,得到坑底的最小存煤量计算公式,建立了系统可靠性模型,分析出系统所处的5种状态以及其相互转化的规律,得到转移矩阵和有效度;创建了拉斗铲倒堆中间沟运输方式下破碎站和运煤通道移设步距的数学模型,得到了矿山煤仓合理存储容量;建立了拉斗铲服务水平数学模型,得出了拉斗铲服务水平和年计划生产能力、拉斗铲的作业时间和煤层厚度变化的关系;提出了限制工艺与非限制工艺的概念,实现了拉斗铲作业参数动态调整。 通过黑岱沟露天煤矿的实例研究验证了研究内容、方法和结果的正确性和有效性。     

白音华二号露天煤矿拉斗铲倒堆工艺应用研究

对白音华二号露天煤矿采用拉斗铲倒堆工艺的可行性、拉斗铲工作面开采参数、工艺系统采剥作业程序及运煤系统进行了分析研究。二号露天煤矿属近水平缓倾斜煤层,具备采用拉斗铲倒堆工艺的基本条件;主倒堆台阶的岩石采用拉斗铲配合抛掷爆破剥离,煤层间夹矸的剥离由推土机配合拉斗铲来完成;采剥程序采用双翼开采法,从中部将采区分成两部分,拉斗铲和采煤电铲以一定间隔从采区中部分别向两侧端帮推进;采用溜井—坑底下巷道带式输送机—斜井带式输送机运煤系统,可以减小对上部剥离物运距和内排土场容量的影响。     

黑岱沟露天煤矿拉斗铲倒堆作业台阶稳定性分析

根据拉斗铲倒堆开采工艺的特点,结合黑岱沟露天煤矿实际,通过分析拉斗铲倒堆作业站立水平距煤层顶板不同高度下的安全系数,确定拉斗铲倒堆作业台阶的安全高度范围,保证煤炭的均衡生产。     

黑岱沟露天煤矿拉斗铲倒堆作业方式比选分析

拉斗铲倒堆作业方式的设计应充分考虑原煤产量、工作线长度等参数,然而近十年来黑岱沟露天煤矿原煤生产目标不断提高,转入二采区后工作线长度也发生了变化,拉斗铲倒堆工艺的效率不断降低、成本不断增加,目前已成为黑岱沟露天煤矿综合开采工艺的瓶颈环节。针对上述问题,研究分析了倒堆工作面参数对系统作业效率的影响,提出了三种拉斗铲倒堆作业方式,计算了各方案的移设周期内可挖掘物料量、可用排弃空间、二次倒堆量等关键指标,得出在当前开采条件下,采用“拉斗铲分别站立于工作面与排土场倒堆”作业方式系统效率最高,经济效益最佳。     

露天矿拉斗铲倒堆剥离工艺系统的优化决策

分析了当代露天采矿工艺的国际技术发展趋势,概述了露天矿拉斗铲倒堆剥离方法在世界的应用情况,指出了拉斗铲倒堆剥离技术近年的新发展。基于倒堆剥离方法在中国露天煤矿的应用前景,从拉斗铲倒堆剥离工艺系统优化决策的角度,提出了当前应着重研究解决的若干优化课题。文中以胜利矿区1号露天矿为例,对拉斗铲规格与开采参数的综合优化选择,以及拉斗铲作业方式及其与抛掷爆破和推土机推土工程的优化配合问题作了实例研究。     

露天煤矿倒堆条件下底部薄煤层柱式回采工艺研究

为了解决抛掷爆破-拉斗铲倒堆工艺条件下底部薄煤层的回采难题,根据倒堆工艺作业特征提出了露天薄煤层柱式回采工艺。推导出了薄煤层开采剥采比的计算公式,确定了适宜回采薄煤层的岩煤高度比,分析了露天薄煤层柱式回采工艺对工作线长度的要求。通过对黑岱沟露天煤矿9#煤回采参数的分析及现场应用,得出:在工作线长度为2 200 m时,每条采掘带可回收煤炭资源37.2万t,获得直接经济效益6 128万元;同时,对露天矿生产能力影响较大,如要兼顾生产能力要求和9#煤的资源回收,需在6#煤采至端帮时适当舍弃部分9#煤。     

露天煤矿拉斗铲作业台阶安全稳定性分析

露天煤矿拉斗铲站立在爆破后经大型设备整平压实的岩石台阶上作业,为保证拉斗铲作业及其台阶的安全,需确定安全稳定的台阶参数。据地基极限承载力理论对拉斗铲作业岩石台阶承载力进行验算,并基于拉斗铲作业岩石台阶处于半连续半松散状态的特性,采用极限平衡法、FLAC3D有限差分法与UDEC离散元方法对其安全稳定性进行了对比分析,确定了拉斗铲作业岩石台阶的安全合理参数为台阶高度22 m、拉斗铲站立中心线距坡顶线最小距离14.65 m、台阶坡面角38°。经黑岱沟露天煤矿的成功应用,证实了所采用的理论方法可行、结果可靠实用。     

拉斗铲倒堆剥离工艺在黑岱沟露天煤矿的应用

详细阐述了拉斗铲工作台阶参数,并对拉斗铲倒堆剥离技术在黑岱沟露天煤矿的应用进行了详细分析,然后对拉斗铲作业方式进行详细研究。     

露天煤矿抛掷爆破有效抛掷率预测模型

根据露天煤矿抛掷爆破中有效抛掷率的定义,基于弹道理论和露天采矿学基本原理,提出了有效抛掷的判断准则,给出了有效抛掷部分断面积计算方法,建立了有效抛掷率离散模型和抛掷速度反演模型,通过扫描爆破前后倒堆台阶,对露天煤矿抛掷爆破有效抛掷率进行了有效预测.结果表明:流场抛掷爆破速度理论得出的坡顶速度与反演速度一致,坡顶速度近似于有效抛掷区域的抛掷速度,预测有效抛掷率的误差在5%以内,验证了模型的有效性.     

轮斗挖掘机作业台阶分层的分析与确定

轮斗挖掘机的作业台阶高度、台阶分层高度、台阶分层系数影响轮斗挖掘机的作业效果及生产能力。通过对布沼坝露天煤矿采用轮斗挖掘机的作业过程的分析,提出了确定轮斗挖掘机作业台阶分层高度、台阶分层系数的原则和过程。     

朝阳露天煤矿抛掷爆破可行性研究

通过对抛掷爆破技术及对朝阳露天矿的开采工艺的分析,结合国内抛掷爆破—吊斗铲倒堆工艺成功应用先例,提出朝阳露天煤矿抛掷爆破—吊斗铲倒堆工艺可行性研究。通过分析确定了朝阳露天矿的抛掷爆破相关参数,包括炸药选择、台阶高度、采宽、孔网参数等。结果表明:朝阳露天煤矿具备应用抛掷爆破的条件,依据影响抛掷爆破效果的各项参数,给出了朝阳露天煤矿最佳爆破参数。