我国露天煤矿拉斗铲倒堆工艺应用综述

阐述了拉斗铲倒堆工艺在我国露天矿山的应用及推广情况,针对准能黑岱沟露天煤矿拉斗铲应用中存在的问题进行了探讨,搜集整理了大量国外实践数据,客观的量化分析了黑岱沟露天矿拉斗铲倒堆工艺在作业成本、效率、能力等方面与国外存在的差距,提出当前存在问题的根源在于:倒堆开采工艺设计不合理、设备维护检修及生产组织管理水平与国外相比较为落后。根据国内外开采条件的对比分析,提出采用分区开采设计方案替代现行的全工作线开采方案,并提出未来拉斗铲倒堆工艺的重点研究方向应为:采场分区开采设计方法、拉斗铲倒堆作业方式及程序优化设计方法、设计施工管理与设备维护检修的信息化技术。     

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。     

综合开采工艺下运煤通道的设置

黑岱沟露天煤矿采用综合开采工艺,在煤层顶板上部岩石(40 m)采用拉斗铲倒堆开采工艺,煤层采用单斗—卡车—半固定破碎站—带式输送半连续开采工艺,上部拉斗铲倒堆开采工艺对下部运煤通道布置相互制约。根据黑岱沟露天煤矿的具体条件,提出了8种可行的运煤通道设置方式,分别对其进行了优缺点分析,给出了黑岱沟露天煤矿中部沟运煤方案、端帮单沟运煤方案、端帮双沟运煤方案,并对其优选。     

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...     

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。     

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。     

黑岱沟露天煤矿拉斗铲倒堆工艺与单斗—卡车间断工艺的经济性比较

在介绍黑岱沟露天煤矿的基本情况以及拉斗铲倒堆工艺的引进及运行情况的基础上,重点分析黑岱沟露天矿拉斗铲倒堆工艺和单斗—卡车工艺两种生产系统的组成,并对各环节进行的运行成本进行比较,找出拉斗铲倒堆工艺具有的经济性优势,凸显出其在我国广阔的应用前景。     

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。     

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。     

Methodological basis for calculating parameters of direct dumping flowsheets in open pit mining of gently dipping coal beds

Under discussion are the direct dumping flowsheets applied to remove lower overburden layers at coal series deposits in Kuzbass. The authors present the calculation procedure for the parameters of overburden excavation and re-excavation flowsheets using draglines. It is found how the re-excavation coefficient depends on the place and level of the dragline site. The recommendations on selecting the dragline route in internal dumping are made. The main trends toward expanding the area of application of the direct dumping technology are identified.     

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。     

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。     

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.     

高瓦斯低透气性煤层深钻孔高压水力割缝增透技术

为提高新田煤矿M9煤层瓦斯抽采效果，解决低透气性突出煤层抽采效率低及应力主导型煤层卸压效果差的难题，以新田煤矿1901工作面为研究背景，分析了深钻孔超高压水力割缝卸压增透机理，采用深钻孔与高压水力割缝相结合增透技术，加快了1901掘进工作面抽采效率，减少了抽采达标时间，实现了1901掘进工作面 “安全、科学、精准、经济、高效”的瓦斯灾害防治，有利于煤矿安全高效生产和可持续健康发展。     

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。     

拉铲倒堆工艺采掘带宽度优化研究

拉铲倒堆工艺是一种先进的露天开采工艺,它集采掘、运输与排土3项作业于一体,如果地质和生产条件允许使用拉铲,则拉铲倒堆工艺优于其他挖掘和运输系统。针对拉铲倒堆剥离工艺,以拉铲作业工作量最大化为原则,进行采掘带宽度优化。采掘带宽度主要与拉铲的回转角度有关,以此来建立采掘带宽度与工作总时间的函数关系。通过对该函数的分析,确定合理的采掘带宽度为40～60 m。同时,为了达到较好的抛掷爆破效果,并参考国内外的经验,最终选取采掘带宽度为40 m。     

含顺倾弱层软岩边坡三维稳定性影响因素分析

为定量揭示露天矿开挖过程中各人为因素对含顺倾弱层软岩边坡三维稳定性的影响及其程度,以扎哈淖尔露天矿南帮边坡为工程背景,基于强度折减法,应用FLAC~(3D)数值模拟软件,探讨了开挖位置、开挖坡角和内排追踪距离不同时南帮边坡的变形破坏机制和边坡稳定性的影响规律。结果表明:无论开挖位置、开挖坡角与追踪距离如何变化,横采南帮的滑坡模式均为以IVC煤底板弱层为底界面的切层-顺层滑动;在横采条件下,边坡三维稳定性主要受内排追踪距离影响,随追踪距离的增大呈负指数规律减小,且随开挖位置的向南偏移或开挖坡角的减小近线性减小;在横采条件下,内排土场与工作帮间的追踪距离控制在一定范围内时,可以充分利用边坡稳定性的三维效应回收煤炭资源。