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.     

魏家峁露天煤矿爆破试验分析及应用

魏家峁露天煤矿地质条件复杂,采区土层厚度大,煤层赋存稳定.窄平台、多设备、长运距均对爆破作业造成影响.根据采区现状,对岩层台阶进行了抛掷爆破试验,得出该方法不适合采区岩层平台.通过多次爆破试验,岩层、煤层、夹矸煤层均适合松动爆破.岩层台阶爆破的重点是降低单耗、控制成本.煤层顶板岩石台阶、夹矸煤层均在孔内安装间隔器,确保生产效率、原煤回采率得到提高.煤层爆破改变传统装药工艺,将5个药卷捆绑,使安全性更加可靠,减少了原煤贫化,采矿综合成本降低.     

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。     

高台阶抛掷爆破作用机理研究及应用

为了提高露天矿抛掷爆破的有效抛掷率,根据影响有效抛掷率的因素,研究了炮孔倾角、台阶高度H与采宽B比值、炸药单耗对有效抛掷率的影响效果.结果表明:抛掷爆破采用倾斜炮孔,倾角要与台阶坡面角相近,台阶高度和采宽比通常为0.4～0.85,高能量炸药单耗为0.36～0.61 kg/m3.最后,通过黑岱沟露天煤矿抛掷爆破试验,验证了3种参数对有效抛掷率的影响情况.     

基于产量目标的露天煤矿倒堆台阶高度优化研究

论文基于抛掷爆破弹道理论,以现场实测数据为基础,分析确定了有效抛掷率与倒堆台阶高度之间的关系。分析了拉斗铲作业参数对露天煤矿生产能力的影响,并结合倒堆台阶高度和有效抛掷率之间的关系,给出了抛掷爆破拉斗铲倒堆工艺条件下露天煤矿生产能力的计算公式。提出黑岱沟露天煤矿在设备作业参数不变的情况下,生产能力与倒堆台阶高度的二次函数有关,如果产量要求在33Mt/a时,需调整倒堆台阶高度至37m以下,方能保证产量要求。     

基于多目标规划的抛掷爆破台阶参数优化

为了优化确定抛掷爆破台阶参数,采用回归分析等方法,构建了抛掷爆破台阶参数与采剥费用之间的关系模型,并从地质资源条件、设备线性尺寸、生产作业条件等方面提出了抛掷爆破台阶参数的约束条件,建立了抛掷爆破台阶参数多目标优化模型,提出了基于带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)的多目标优化模型求解方法。通过工程实例计算,得出以下结论:黑岱沟抛掷爆破台阶最优工作线长度为2 200 m,台阶高度为38 m,采掘带宽度为84 m,台阶坡面角为65°。在不考虑其他因素的影响下,露天矿采剥总费用随着工作线长度的增大先减小后增大,随着台阶高度的增大而减小。采掘带宽度在60~90 m范围内变化时,采剥总费用随着采掘带宽度的增大先降低后增大。露天矿采剥总费用随着台阶坡面角的增大而降低,但台阶坡面角对台阶稳定性影响较大,而台阶高度对采剥总费用的影响较大,相同稳定系数的情况下,取较小的台阶坡面角、较大的台阶高度时采剥总费用较小。     

抛掷爆破技术与间断工艺匹配研究与实践

为研究抛掷爆破技术与间断剥离工艺间的相互匹配关系和作业程序,分析了抛掷爆破爆堆形态对抛掷爆破和间断工艺开采参数的影响,并讨论了抛掷爆破开采参数与设备作业参数间的相互影响关系。通过对抛掷爆破爆堆形态分析,确定了抛掷爆破高台阶爆破后间断工艺的开采程序。     

基于无人机倾斜摄影的抛掷爆破爆堆形态测量方法

露天矿抛掷爆破的爆堆形态对于爆破效果的评价以及后续剥离工艺的设计极为重要。当前现场采用的激光扫描手段存在设备笨重、程序复杂、耗时较长、架设位置受限、作业存在安全风险、存在扫描盲区等诸多问题。针对上述问题,研究经过现场反复试验,提出了基于无人机倾斜摄影的抛掷爆破爆堆形态测量方法。对于外业采集方案进行了详细的设计,并对内业数据处理的关键算法：基于sift算法的图像匹配、光束法区域网空三测量、基于PMVS的影像密集匹配进行了分析。研究结果表明,模型误差完全满足比例尺1∶500测绘成果I级精度要求,且无人机测绘技术与传统技术相比,具有测绘作业效率高、设备系统成本低、安全系数高、作业人员少、测绘结果精准等特点。     

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。     

基于GA-SVM的露天矿抛掷爆破抛掷率预测

分析了高台阶抛掷爆破的机理过程,并从自然地质、爆破设计和人为操作3个角度出发,结合某矿区的实际开采情况,提取其中10个参数作为影响该矿区抛掷爆破效果的主要因素,以爆破领域中广泛接受的抛掷率作为抛掷爆破效果的评价因子,采用此矿区爆破生产中的实际数据建立了基于遗传算法优化的支持向量机模型GA-SVM。基于建立的GA-SVM模型,采用平均影响值（Mean Impact Value,MIV）作为评价标准,对各因素的影响程度进行了评定。结果表明：① GA- SVM模型能够比较快速、准确地根据此矿区的爆破设计参数预测出抛掷爆破的抛掷率,平均预测精度稳定在83.75%,与其他智能算法如BP,RBF,GRNN相比,GA-SVM具有更好的鲁棒性和更佳的预测精度。由于计算流程的统一性和预测方法的普适性,GA-SVM模型对于其他抛掷爆破参数（如最远抛距、松散系数等）也具有良好的外推性;② 对于此露天矿区而言,在其自然因素（如岩性等）和爆破设计因素（如炸药类型、起爆顺序、装药结构等）已确定的情况下,台阶高度、炸药单耗与抛掷率正相关,且台阶高度比炸药单耗对抛掷率的影响更大;而最小抵抗线、坡面角和剖面宽对于抛掷率呈现负相关,其他影响因素对于此露天矿抛掷率的影响较弱。     

露-井联采下煤层倾角对边坡稳定性影响规律研究

随着我国煤矿井下支护技术和设备的快速发展,利用井工开采露天煤矿端帮呆滞煤技术也日渐完善,为了研究不同煤层倾角条件下,露-井联采叠加扰动对露天煤矿端帮边坡稳定性的变化规律,依据煤层赋存条件及开采方式将端帮边坡下煤层倾角分为水平、水平、顺倾、逆倾3种类型,采用理论推导分析井工开采对端帮边坡的破坏原理,根据安家岭露天煤矿的岩体力学参数建立数值模型,通过数值模拟方法从端帮边坡的高应力区分布、变形破坏程度和破坏范围3个方面进行研究,得出露天煤矿端帮相同开采工艺、不同煤层倾角条件下边坡稳定性变化规律。结果表明:煤层倾角越大,工作面两侧高应力区影响范围越大,合理控制开切眼位置与边坡面的距离,可避免井采高应力区对边坡稳定性的影响;端帮下煤层倾角越大,井工开采后边坡的破坏范围越大;煤层为顺倾赋存状态时的对边坡的破坏程度大于水平赋存状态,而逆倾赋存状态破坏程度小于水平赋存状态;端帮下煤层顺倾状态不利于边坡稳定,煤层逆倾状态有利于边坡稳定。     

基于靠帮开采的局部陡帮开采方式研究

基于靠帮开采下部境界外扩法和上部境界收缩法2种开采方式,结合露天边坡地层层序律和时效性特点,提出了下部边坡外扩陡帮和边坡内缩陡帮2种局部陡帮开采方法,并分别推导出剥采比计算公式。采用控制变量法研究了煤层厚度、岩层厚度、局部陡帮高度对剥采比的影响,得出上部境界收缩法与边坡内缩陡帮法对煤层厚度、岩层厚度的变化较为敏感的规律。以霍林河露天矿南区西帮为例进行分析,边坡内缩陡帮法为霍林河露天煤矿最佳陡帮开采方案,可减少5 605.95万元的生产投资。     

煤层厚度与层间岩性对上保护层开采效果的影响研究

采用数值分析的方法,建立了保护煤层开采厚度、被保护煤层赋存厚度及层间岩性对上保护层开采保护效果影响的计算模型。结果表明,当上保护煤层开采厚度增加但小于下部被保护煤层赋存厚度,或者上保护煤层开采厚度不变而被保护煤层赋存厚度增加时,保护效果逐渐增加;但当上保护煤层开采厚度大于被保护煤层赋存厚度时,保护效果基本一致。同时,当上保护煤层与下部被保护煤层间的岩层岩性越硬时,被保护煤层煤体单元的塑性变形量和应力减小量越小,保护效果越差。在实体煤岩内,岩性差异大的区域内水平应力降也较大。采空区下方不均衡分布的垂直应力的垂向挤压与水平应力的横向剪切作用,是底板煤岩体单元发生偏心失稳进而产生塑性变形和破坏的重要原因。     

浅埋煤层大采高工作面矿压规律及顶板结构研究

基于对榆神府矿区的大量实测分析,得出大采高工作面支架阻力随采高的增大呈现非线性增大,在采高增大到6 m后支架载荷迅速增大。支架动载系数随采高的变化不大,一般为1.4左右。工作面顶板来压步距随采高变化不大,初次来压步距35~70 m,周期来压步距9~20 m。顶板垮落带高度为采高的2~4倍,随采高的增大线性增大。工作面超前支承压力峰值随采高的增大略有降低,峰值位置与煤壁距离约为采高的2倍。根据现场实测和物理模拟分析,大采高工作面顶板形成"厚等效直接顶",使基本顶关键层铰接结构层位上移。根据直接顶充填条件,可分为充分充填型和一般充填型两类。针对常见的一般充填条件,提出了大采高工作面顶板的直接顶"短悬臂梁"结构和基本顶关键层"高位斜台阶岩梁"结构模型,给出了工作面额定支护阻力的计算公式,揭示了大采高工作面来压机理。最后,对理论计算公式进行了实例验证。     

“双大”放顶煤开采的实践

目前国内对大倾角特厚易燃煤层群进行走向长壁倾斜分层开采尚无定型综采设备和方法,煤层厚度、结构又达不到水平或斜切综采的要求,只能进行走向长壁倾斜分层炮工开采。经东峡煤矿多年开采实践证实,只有进行大采高、大进度“双大”放顶煤开采,才能实现高产、高效。     

近距离煤层同采覆岩破坏规律研究

刘东煤层西三采区的37102与37202工作面为近距离煤层同采工作面,针对此地质赋存条件,采用岩层钻孔探测仪,实测了近距离煤层同采过程中,不同开采阶段时,覆岩的破坏分布规律,得出首先第一阶段开采上层71煤层时,上覆岩层形成的跨落带高度为5.5m,裂隙带高度为23.8 m;第二阶段71、72煤层全部开采时,上覆岩层形成的...     

鲁西煤矿一采区煤层对比分析研究

通过对鲁西煤矿一采区不同勘探阶段钻孔资料的分析,并结合矿井现场揭露的3上煤层、3下煤层夹层厚度变化、顶板岩性变化资料进行煤层层间对比,得出一采区在精查阶段出现煤层误判结论,摸清了3上煤层、3下煤层在一采区的赋存规律,解决现场与初步设计、精查地质报告资料不符问题,既保护了煤炭资源,又对采区设计、安全生产提供了科学依据。     

煤炭开采对相邻区域生态潜水流场扰动特征

陕北煤炭能源基地高强度开采易影响生态潜水的自然径流条件,针对自然保护区周边煤炭资源开采对地下水流场的扰动问题,以榆神矿区某井田为例,通过构建研究区煤-水空间结构水文地质模型,系统分析研究区生态潜水的赋存特征及其规律;采用物理模拟、数值模拟、现场实测等手段,综合分析煤层覆岩岩性组合结构、煤层与关键层间距、煤层厚度、煤层埋深、工作面长度等因素,利用相关分析方法提出了适合于研究区导水裂隙带高度计算的裂采比公式;根据水文地质条件和煤层采动方式,采用地下水数值分析方法,模拟了煤炭开采后萨拉乌苏组生态潜水流场变化,分析了煤层采动后生态潜水受扰动的特征。研究结果表明:区内萨拉乌苏组生态潜水含水层全区发育,其赋存受基岩面形态控制,生态潜水水位受地形、含水层厚度、地下水分水岭和地表水等影响;下伏关键隔水层(保德组红土)受沉积影响在研究区东南局部缺失,形成"天窗"导水通道;区内覆岩结构以硬-软-硬、硬-硬-软2种组合类型为主,覆岩结构类型对导水裂隙带发育高度及形态有重要作用;统计分析多个导水裂隙带发育高度结果,提出榆神矿区导水裂隙带最大裂采比为28.1倍,该数值对榆神矿区保水采煤及水害防治具有重要指导意义;通过计算发现,煤层开采后,在研究区东南部保德组红土缺失区将造成生态潜水漏失与水位下降,最大降深可达10 m。为保护生态潜水资源,建议开采研究区东南部"天窗"部位的煤层时,必须采取相应的保水采煤技术。     

瓦斯突出工作面极薄煤层开采爆破技术优化研究与应用

金岭煤矿17133采煤工作面开采一₇煤层,为瓦斯突出工作面,工作面高度仅0.8 m,煤层厚度0.3~0.8 m,为极薄煤层,设计采用爆破方式开采。原有爆破设计施工效果不理想,工作面月推进度不足35 m。通过实地调研,结合煤岩体爆破理论及爆破影响因素分析研究,对工作面炮孔起爆顺序、炮孔布置结构和炮孔装药结构进行了技术优化。优化后爆破煤壁整齐,无明显的凹凸现象,爆破效果良好;工作面单进循环提高0.3~0.5 m,月进度提高15~22 m,工作面推进速度明显提高,降低了工人劳动强度,具有良好的经济效益。     

桑树坪煤矿3号煤层煤与瓦斯动力灾害治理实践

桑树坪煤矿面临2号煤层局部薄化不可采、11号煤层含硫高且底板奥灰水害威胁情况,严重突出厚煤层3号煤层无保护层开采。针对矿井煤层赋存及瓦斯灾害特点,在进行矿井概况分析和煤层开采程序论证后,提出采用底板岩巷穿层钻孔水力扩孔强化卸压预抽煤巷条带煤层瓦斯,结合密集顺层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯进行区域防突;针对应力主导型动力灾害,在工作面回采前采用顶板预裂爆破卸压降冲等技术防治。实践表明,结合上述措施,同时采用顶板控制预裂爆破弱化降冲工艺技术,是治理桑树坪煤矿3号煤层地应力主导灾害的可行方法。通过矿井南一采区、北一采区和北二采区采掘部署调整和优化,为矿井区域防突措施执行及瓦斯抽采提供了时间和空间。