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。     

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.     

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。     

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。     

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。     

露天煤矿应用抛掷爆破技术研究

露天矿采用抛掷爆破技术,可将大量剥离物抛入采空区,使拉斗铲剥离量大为减少,剥离成本大幅度降低。详细研究分析了确定抛掷爆破参数的方法、预裂爆破及倾斜钻孔的应用、取得最佳预裂效果的炸药类型和装药结构、以及台阶参数与抛掷爆破效果的内在联系。为更好地应用拉铲倒堆剥离工艺和抛掷爆破技术提供参考。     

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。     

露天煤矿抛掷爆破参数分析

露天矿采用抛掷爆破技术,可将大量剥离物抛入采空区,使拉斗铲剥离量大为减少,剥离成本大幅度降低．抛掷爆破参数直接影响抛掷爆破效果．对露天矿抛掷爆破技术的发展、倒堆剥离台阶开采参数与抛掷爆破效果的内在联系、预裂爆破及倾斜钻孔的应用、排间延时及孔间延时的作用进行了分析与论述,详细介绍了采用理论结合经验公式的常规计算方法与D’Appolonia“图解法”模型确定抛掷爆破参数的过程及优化方法．结果表明,合理确定炮孔排间及孔间的起爆延时时间,可以大大降低爆破震动;采用超低密度炸药或不耦合装药可以取得较好的预裂爆破效果．     

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。     

基于倒堆工艺的复合煤层回采对矿山生产能力影响

针对黑岱沟露天煤矿抛掷爆破—拉斗铲剥离工艺及生产能力高位运行的现状,为了解决现条件下9号煤无法采出的问题,提出了单铲逐层倒堆和追踪式变采宽开采两种可行方案,并分析了两种开采方案对生产能力的影响。结果表明:单铲逐层倒堆使设备效率降低,生产能力最高能达到24.46Mt/a;追踪式变采宽方案能达到的生产能力为28Mt/a左右,且当6号煤端帮到界后在端帮处舍弃长度为160m的9号煤时生产能力可达到30Mt/a的生产要求。     

黑岱沟露天矿抛掷爆破效果的模糊综合评价

在露天矿抛掷爆破中,爆破效果的优劣影响到拉斗铲作业效率及露天矿生产成本。优化爆破参数,提高爆破效果具有重要的意义。以模糊数学原理为基础,通过分析选取有效抛掷率、松散系数、降震效果和炸药单耗作为评价指标,建立了黑岱沟露天煤矿抛掷爆破效果的综合评价模型,并通过对实测数据进行分析,确定了其效果等级为很好。该评价模型的建立,为露天矿抛掷爆破效果评价提供了一种有效的方法。     

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.     

露天矿拉斗铲作业台阶和土场稳定性评价

主要对某露天矿拉斗铲倒堆作业台阶和排土场稳定性进行数据模拟分析,得出不同段高的稳定性系数,系统分析了抛掷爆破距离对边坡稳定性的影响,揭示了两者的稳定系数与爆破中心距离的变化规律,为边坡治理提供了理论支持。     

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．     

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。     

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.     

露天矿抛掷爆破工艺爆堆形态的数据融合估值算法

针对露天矿抛掷爆破工艺中的爆堆形态估算问题,提出了一种便捷的爆堆形态估值算法,仅利用采集到的同类多源数据即可得到精确的预测结果。提出了爆堆形态估值算法的计算步骤为“数据采样—融合精度判别—数据融合最优权值计算—获得数据融合结果”,并制定了数据采样规则、推导了精度判别方法与最优权值确定方法。以黑岱沟露天矿某次抛掷爆破工程为研究案例,分别利用爆堆形态数据融合估值算法与Weibull分布预测方法,在拉斗铲作业平盘高度为11~13m的情况下,对拉斗铲倒堆系统各工艺作业量进行了计算,结果显示：采用数据融合算法的误差可控制在5%以内,更优于Weibull分布预测方法,可以满足满足现场算量精度要求。