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。     

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。     

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。     

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...     

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。     

黑岱沟露天煤矿抛掷爆破效果综合评价

黑岱沟露天煤矿中部岩石剥离采用拉斗铲倒堆工艺,抛掷爆破效果的优良影响拉斗铲的工作效率。提高抛掷爆破的效果,有益于全矿的整体生产。选取抛掷率、炸药单耗、极限震速、松散系数4个指标作为抛掷效果的评价因子。采用BP神经网络数学原理,其可以避免人为主观因素,可以较为客观的反应评价效果。根据所评价的结论反馈调整爆破设计参数有利于提高生产效率。     

露天煤矿抛掷爆破单斗-卡车工艺应用

为了保证露天煤矿煤层出露速度、提高剥离作业效率,在分析剥离松动爆破单斗-卡车工艺、抛掷爆破单斗-卡车工艺、抛掷爆破拉斗铲倒堆工艺的工艺流程和技术特征基础上,对比了3种剥离工艺的优缺点及适用条件,并以黑岱沟露天煤矿实际工程为案例,研究证明了抛掷爆破单斗-卡车工艺具有提高剥离作业效率、保证煤层出露速度、缩短卡车运距、降低投资等优势,该工艺在条件适宜的露天矿具备推广价值。     

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。     

MG410采煤机滚筒辅助叶片板的增设与应用

针对MG170/410-WD滚筒式采煤机在大倾角、仰角、“三软”煤层使用中遗漏在机道中的浮煤多、装煤效率低等问题,通过添加螺旋板数量对采煤机滚筒进行改造。改造后,在滚筒转速不变的情况下,提高抛煤效率,缩短了工作面割煤和工作面空顶时间,提高了装煤效率,从源头上降低了顶板管理的安全风险。     

广能集团急倾斜煤层综采支架研制与使用

广能集团为解决大倾角综采技术存在的问题,2006年研制出的急倾斜综采支架,获得多项技术专利。与国产采煤机、工作面输送机配套使用,在更大倾角条件下,产量提高81%,安全更可靠。     

利用模糊数学探究煤层大倾角范围

利用模糊数学原理,通过确定大倾角煤层的隶属函数和隶属度,对大倾角煤层的倾角范围进行了数值化处理,提出了煤层大倾角范围的建议,有助于大倾角概念的统一和大倾角煤层理论的专门研究,有利于我国大倾角煤层开采理论与技术的发展和国内外学术交流。     

大倾角厚煤层综放工作面放煤工艺及顶煤运动特征试验

为研究大倾角工作面放煤工艺及顶煤运动特征,采用相似材料模拟,依据放煤步距、放煤顺序、放煤方式、煤层倾角的不同构建了15种放煤模型,对比分析了不同放煤条件下对回采率、顶煤与矸石运动规律的影响。结果表明:工作面倾向采用由下向上单轮顺序放煤、回采方向采用一采一放的组合方式放煤,工作面回采率最高;随着煤层倾角增大,回采率逐渐降低。受煤层倾角影响,放煤漏斗呈非对称圆锥形,由上向下放煤漏斗为倒圆锥,由下向上放煤漏斗为正圆锥;而放煤漏斗轮廓受煤层倾角影响不大。由上向下放煤顶煤有滞留现象,而由下向上放煤则无顶煤滞留现象,下端头可尽可能多放煤,上端头要控制放煤。     

开滦赵各庄矿大倾角综放工作面矿压显现规律分析

结合开滦赵各庄矿千米深部大倾角综采放顶煤的开采,通过现场矿压观测,较全面地分析研究了大倾角工作面的矿压显现规律,提出了影响大倾角煤层开采矿压的因素及大倾角工作面综放开采矿压显现的新特征。     

高陡倾斜煤层沿煤层钻井研究——以准南昌吉地区为例

针对准噶尔盆地南缘煤层倾角大、地应力复杂的煤层气井钻探难题,基于弱面理论研究了煤层倾角、地应力、造(降)斜对井壁安全的影响,建立起多目标约束的沿煤层钻井轨迹优化模型。研究表明:(1)昌吉地区煤层倾角为10°~25°,局部达到25°~40°,属于高陡倾斜煤层,具有渗透率各向异性强、地应力各向异性强、岩体力学性质各向异性强的特点。(2)钻水平井时,根据倾角对井壁稳定影响分为作用区、过渡区和反转区,倾角在5°~25°时为作用区,沿倾向钻井最安全,沿走向钻井最危险;倾角大于65°后进入反转区,沿倾向、走向都成为安全钻井方位。地应力各向异性越大,坍塌压力越高、安全钻井方位的范围越小。(3)沿煤层倾向钻井时,倾角小于35°时建议沿煤层上倾方向钻井;倾角大于65°时建议沿煤层下倾方向钻井;倾角在35°~65°范围内井壁安全性最低,建议沿煤层走向钻井;井斜角在45°~65°时是最危险造(降)斜段,应尽量避免在此井斜范围对煤层造(降)斜。(4)为降低煤层着陆点到首靶点的坍塌压力,提出S型、J型两种沿煤层钻井轨迹类型,从对比结果看出本文方法比常规方法设计的井眼进尺更短、摩阻扭矩更小。