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。     

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。     

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.     

复合煤层条件下拉斗铲作业方式优化研究

对复合煤层条件下的拉斗铲作业方式进行了总结与评述,依据拉斗铲数量和夹矸层剥离方式不同分为单铲逐层倒堆剥离、夹矸层辅助设备剥离、双铲联合倒堆剥离3类．研究分析了各种作业方式的适用条件,提出评价拉斗铲倒堆剥离作业方式的4项优选指标：辅助设备年总工程量及平均移运距离、拉斗铲年有效工程量、拉斗铲再倒堆工程量和选用的拉斗铲规格,通过优选指标计算和方案对比可确定具体埋藏条件下的拉斗铲最佳作业方式．以某个露天煤矿的具体煤层赋存条件为例,对复合煤层条件下的拉斗铲作业方式进行了研究,通过优选指标评价和经济效益分析,认为采用单铲逐层倒堆剥离方案最优．     

拉斗铲一次作业循环效率提升研究

为提高拉斗铲作业效率,针对黑岱沟露天矿8750型拉斗铲的作业循环耗时进行了统计研究。结果表明:挖掘方式、岩土台阶几何形状是影响挖掘效率的主要因素,提出组合式挖掘、改变岩土局部几何形状提高设备挖掘环节效率;设备转动耗时是影响一次作业循环效率的主要因素,提出满载旋转、空载返回环节中,应保持设备加速、减速过程中转动角度的比值分别为3/2,4/5;铲斗提升耗时是制约挖掘煤沟作业效率的关键因素,根据"提升-旋转"制约关系制定了拉斗铲挖掘-排弃位置参考表。     

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。     

露天煤矿拉斗铲作业效率研究

为了探讨露天煤矿拉斗铲的作业效率,采用黑岱沟露天矿拉斗铲现场作业的统计数据,研究了拉斗铲的作业周期及分布规律和拉斗铲作业的满斗系数.得出了拉斗铲作业周期的计算公式,作业周期服从正态分布规律,分析了影响作业周期及满斗率的主要因素.结果表明:回转时间是影响拉斗铲作业周期的最主要因素;根据拉斗铲作业周期服从的分布规律可以得出拉斗铲的倒堆能力,为露天矿生产计划的制定提供依据;通过提高拉斗铲司机技术水平及加强露天矿各种工艺阃的配合和现场管理,可以进一步提高拉斗铲的满斗系数;减小拉斗铲作业回转角和加大拉斗铲斗容的满斗系数是提高拉斗铲作业效率的有效途径,为国内外拉斗铲的研究提供了具体的分析方法和理论依据.     

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。     

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。     

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。     

单斗挖掘机窄采掘带倒堆工艺研究

针对拉斗铲倒堆工艺存在的投资大、适应性差等问题,提出了一种适用于最下部薄及中厚矿层开采的倒堆剥离工艺。单斗挖掘机站立于煤层顶板将剥离物倒堆排弃至内排土场揭露煤层顶板,同时布置一台液压反铲站立于内排土场平台上进行二次倒堆揭露煤层台阶坡面,完成倒堆剥离作业。与单斗—卡车间断工艺相比,该工艺不仅可避免费用高昂的卡车运输,同时有利于缩短整个露天矿的剥离物内排运距,即使重复倒堆率达100%时采用该工艺在经济上仍是合理的。实例研究表明,安家岭露天煤矿11#煤层采用单斗挖掘机倒堆开采可节约剥离费用约1 400万元/a。     

露天矿应用拉斗铲倒堆工艺影响因素分析

论文从技术、经济、社会、环境等方面综合分析了影响拉斗铲无运输倒堆工艺在我国应用的各种因素,通过综合分析认为,我国已经具备了应用拉斗铲倒堆工艺建设大型高产高效露天煤矿的条件,其主要限制因素为资源条件的复杂性和操作管理经验的缺乏。该项研究将对拉斗铲无运输倒堆工艺在我国露天煤矿的应用起到促进作用。     

露天矿矿岩流向与流量优化研究

介绍了露天矿运输系统网络模型及矿岩流向与流量优化模型的建立方法,建立了露天矿运输系统网络模型,在对运输系统网络模型求解的基础上,建立了矿岩流向与流量优化线性规划模型,并以某露天矿为例进行了实例研究,优化结果对露天矿的矿岩运输工作具有重要指导意义。     

高台阶抛掷爆破数值模拟研究（增刊）

露天煤矿高台阶抛掷爆破效果直接影响着吊斗铲倒堆剥离工效和成本。以黑岱沟露天煤矿现场为原型,通过数值模拟的方法,利用ANSYS/LS-DYNA程序建立了有限元分析单元模型,模拟计算了高台阶抛掷爆破过程。通过对高台阶对称坡面和不同高度位置处抛掷速度进行监测,系统研究分析了爆破过程中速度场随时间衰减变化规律及分布特征。分析表明,数值模拟计算与实验观测结果吻合性较好;岩体在爆炸作用下,高台阶坡面速度随时间呈现加速、准匀速和衰减3个不同的发展阶段;受端头效益影响,对称面上的单元速度随装药位置呈现D形分布,速度峰值 沿X轴台阶走向符合Sigmoidal曲线衰减规律。     

厚覆盖层下拉斗铲剥离与半连续采煤系统的可靠性

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,根据露天煤矿的采煤强度要求,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.通过对神华准格尔能源有限公司黑岱沟露天煤矿的实例研究表明：坑底存煤量取决于拉斗铲的平均维修时间,坑底存煤对于保证拉斗铲倒堆剥离工艺下采煤作业稳定具有重要的意义.同时,提高拉斗铲的维修率是提高系统可靠性最重要的途径.     

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。     

露天开采工艺及其风险状况的模拟

露天开采电铲卡车工艺、大型轮斗工艺和拉铲工艺都具有大型设备众多、组织管理复杂、安全隐患大等特点，并且后两者还是国内较新的工艺，这就使得高效直观的生产工艺展示以及安全培训技术手段和作业风险性研究，成为上述工艺能否成功应用的制约因素。本文研究了基于虚拟现实技术，应用Pro-E和3DMAX软件，对露天开采工艺及其风险状况进行模拟的技术途径，建立了大型露天矿人-机-矿山虚拟环境，直观形象的模拟了轮斗、单斗卡车和拉铲三种工艺流程，同时可以进行重点风险部位的动态识别。系统为职工生产与安全培训提供了一个良好的平台。