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.     

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。     

含软弱夹层露天矿高边坡台阶宽度及台阶坡面角协同优化研究

采用工程类比法建立露天矿开采中台阶宽度及台阶坡面角协同优化循环流程图,采用强度折减法,以含软弱夹层的四川黄山石灰石露天矿山高边坡为例,计算不同台阶宽度及台阶坡面角方案下边坡稳定性系数,探讨软弱夹层对边坡稳定性的影响,最终确定合理的台阶宽度及台阶坡面角取值。结果表明,循环流程图更为清晰直观地展示了台阶宽度及台阶坡面角协同优化的整个过程,可直接获得台阶宽度及台阶坡面角组合大小; 软弱夹层大大降低了边坡稳定性,且易成为潜在滑动面; 该矿山边坡3-3'剖面的最优安全平台宽度、清扫平台宽度及台阶坡面角分别为4 m、8 m和64°。研究成果可为矿山实现安全经济生产提供新思路和指导作用。     

大峰露天矿边坡稳定性分析与治理措施研究

边坡失稳破坏是露天矿山开采重大灾害之一。以大峰露天矿为背景,对终了边坡的稳定性进行研究,根据层理的分布特征,将边坡的潜在破形态分为2类:非工作帮为例的顺层滑坡与端面为例的圆弧形滑坡。采用理论分析方法,分析了影响2类边坡稳定性的主要因素有台阶高度、台阶坡面角、平台宽度,通过数值模拟对边坡潜在的破坏形态进行了验证。同时,采用正交试验分析了3种影响因素的主次顺序,确定了最优终了边坡结构参数:非工作帮终了边坡为台阶高度10 m,台阶坡面角70°,台阶平盘宽度5 m;端帮边坡为台阶高度15 m,台阶坡面角70°,台阶平盘宽度3 m。大峰露天矿最终无边坡失稳现象发生,为此类边坡稳定性维护提供一定参考价值。     

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。     

露天矿宽采场中抛掷爆破的效率

露天矿宽采场中抛掷爆破的效率Ｒ·Ｌ·马丁等位于桑德盆地黑桑德煤矿的全部４个采场的爆破工作的焦点都集中在抛掷效率上。其４个采场的宽度为１９０～２６５英尺，台阶高度为９０～１７５英尺，抛掷效率随着其几何尺寸的不同而不同。例如，２００英尺宽的采场最终抛掷率...     

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。     

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...     

平朔东露天煤矿工作面台阶高度的优化

台阶高度是采场要素中的一个重要参数,台阶高度确定的合理与否,影响矿山建设的工程量、沟道工程量、钻孔爆破、矿石贫化、修养路及装载运输工作。随着矿山规模的增大,采掘设备向更大型发展,高台阶开采工艺将成为深露天矿发展的必然趋势。平朔公司采用外包剥离黄土,给增高岩石剥离台阶高度创造了有利环境。根据GB501972005煤炭工业露天矿设计规范3.2.2条规定,需要爆破的岩层,不应超过单斗挖掘机最大挖掘机高度的1.2倍。P&H4100XPB最大挖掘高度为18.06 m,台阶高度不应超过21.6 m,现对工作面台阶高度对露天矿的经济效益进行分析研究,得出东露天煤矿P&H4100XPB电铲工作面的台阶高度可由现在的15m增至18m。     

伊敏露天矿半连续工艺开采参数优化研究

伊敏露天矿由于2020年的产能核增以及2021年煤炭保供,导致半连续系统和露天矿整体的推进出现不匹配的现象,主要表现为半连续系统的推进度低,导致内排土场空间释放受限,影响生产接续。为了将半连续系统的推进度与露天矿整体相互匹配,保证生产接续,对半连续系统的采矿参数包括台阶高度、工作线长度和采掘带宽度,进行优化研究。结果表明：当组合台阶高度为22 m,工作线长度在750～800 m时,半连续系统的推进度与露天矿整体能够相互匹配。     

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。     

铜山5~#矿体残矿开采工艺设计

以铜山5#矿体开采工艺设计为工程实例,采用价格法计算了经济合理剥采比,分析了露天采场边帮构成要素,其中台阶高度和最终边坡角是露天采场边坡构成要素最主要的参数,并进行了开采工艺设计,为类似露天采场开采提供参考。     

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．     

陡帮开采组合阶段工作平台宽度的研究

为提高矿山开采的经济效益，研究了露天矿陡帮开采组合阶段工作平台宽与工作帮坡角之间的关系，以及工作平台度对赋采效益的影响，提出了工作叶宽度的确定方法     

基于贫化率控制的乌龙泉矿生产台阶矿石起采厚度研究

推导计算了3种爆破条件下矿石贫化率与台阶矿石起采厚度的关系式, 根据矿石贫化率控制要求反算出最小台阶起采厚度, 以台阶起采厚度作为爆破方案选择的依据, 确保爆破后矿石贫化率达到要求。分析表明:控制贫化率一定时, 最小台阶起采厚度随矿体倾角、采掘带宽度和剥离表土厚度增大而减小, 随废石混入厚度增大而增大。当前乌龙泉矿生产中最小台阶起采厚度变化范围为4.91~10.13 m, 根据台阶起采厚度选择最优的爆破方案可有效地控制贫化率, 保证作业效率。     

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。     

基于SURPAC-FLAC~(3D)露天矿边坡设计及稳定性分析

以金鑫铜钼矿为工程背景,利用SURPAC和FLAC3D软件建立矿山实体计算模型,同时获得矿山剥采比和采出矿石量等经济数据。在不降低边坡安全系数的前提下,通过适当提高单台阶角度、高度和减小清扫平台宽度3种途径来增加露天矿最终边坡角度,使得最终边坡角提高2°,剥采比从3.66降低到3.52,减少岩石剥离量约1350万t,有效增加矿山企业经济效益。并在此基础上,通过FLAC3D对加陡后的露天矿山边坡进行稳定性分析,分析加陡之后的各边坡水平位移、塑性区破坏分布情况,并对加陡后较为危险的北边帮进行跟踪点监测。分析结果表明,各边坡除小范围局部不稳定外,整体处于稳定状态,可以通过局部加固来达到矿山安全开采的要求。