本文關(guān)鍵詞：露天礦拉斗鏟倒堆工藝系統(tǒng)優(yōu)化理論及應(yīng)用研究

  更多相關(guān)文章： 露天礦 拉斗鏟 拉斗鏟倒堆工藝 系統(tǒng)優(yōu)化 模擬仿真

【摘要】：拉斗鏟倒堆工藝是國外露天礦的主流開采工藝之一,該工藝系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用的主要原因在于拉斗鏟集采運(yùn)排作業(yè)于一體、系統(tǒng)運(yùn)行可靠性高,拉斗鏟靠電力驅(qū)動不消耗燃油、生產(chǎn)成本低、設(shè)備生產(chǎn)能力大,生產(chǎn)效率高。2007年神華集團(tuán)準(zhǔn)格爾能源公司黑岱溝露天煤礦首次引進(jìn)了斗容90m3的特大型拉斗鏟,經(jīng)過多年的實(shí)際應(yīng)用,取得了顯著的效益,推動了我國露天煤礦開采新工藝設(shè)計理論和生產(chǎn)實(shí)踐的發(fā)展。由于這是國內(nèi)拉斗鏟無運(yùn)輸?shù)苟研鹿に嚨氖状螒?yīng)用,其設(shè)計理論、作業(yè)優(yōu)化方法的研究不多,生產(chǎn)管理和安全管控、作業(yè)規(guī)程也幾乎是空白。為此,本論文基于黑岱溝露天煤礦作業(yè)環(huán)境,對拉斗鏟設(shè)備的作業(yè)特性、作業(yè)方式、拉斗鏟倒堆工藝設(shè)計理論、工作面參數(shù)優(yōu)化、安全作業(yè)規(guī)程與多工藝協(xié)同作業(yè)優(yōu)化等方面進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究,形成如下的研究成果,并且在黑岱溝露天煤礦得到成功的應(yīng)用;同時對我國拉斗鏟工藝設(shè)計理論、開采技術(shù)和生產(chǎn)實(shí)踐有所發(fā)展和創(chuàng)新。論文的主要研究工作及結(jié)論如下:(1)系統(tǒng)收集并研究了黑岱溝露天煤礦目前拉斗鏟拉斗鏟倒堆工藝系統(tǒng)的生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)及基本作業(yè)流程,首先統(tǒng)一規(guī)范了拉斗鏟拉斗鏟倒堆工藝系統(tǒng)中各作業(yè)要素的組成、作業(yè)單元的專業(yè)術(shù)語;進(jìn)而展開論文的理論研究、實(shí)驗(yàn)?zāi)M研究和現(xiàn)場工程研究工作。(2)針對露天礦原煤生產(chǎn)能力由25Mt/a提高至32Mt/a的變化,分析了露天礦剝采關(guān)系以及對倒堆工藝參數(shù)、煤層開采工作面與剝離工作面接續(xù)關(guān)系,進(jìn)而對原煤產(chǎn)量、拉斗鏟系統(tǒng)作業(yè)量、作業(yè)費(fèi)用、拉斗鏟作業(yè)平盤參數(shù)等指標(biāo)進(jìn)行了詳細(xì)的分析計算,初步得到以下結(jié)論:隨著拉斗鏟作業(yè)平盤高度的升高,整體剝離費(fèi)用不斷降低;受限于拉斗鏟生產(chǎn)能力,保持與上下剝離和采煤工藝系統(tǒng)的同步推進(jìn),必須降低拉斗鏟的作業(yè)平盤高度;當(dāng)年產(chǎn)量由25Mt/a提高至32Mt/a時,拉斗鏟系統(tǒng)單位剝離費(fèi)用由14.59元/m3增加至15.19元/m3,單位物料剝離成本提高4.11%,適宜的平盤高度為11m。(3)研究中引入傳感器技術(shù)實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場拉斗鏟作業(yè)關(guān)鍵工況參數(shù)的自動化采集,通過對大量實(shí)際作業(yè)數(shù)據(jù)序列的分析掌握了拉斗鏟作業(yè)耗時分布規(guī)律。結(jié)合現(xiàn)場作業(yè)情況,研究分析得出了各作業(yè)環(huán)節(jié)的效率制約因素,并提出相應(yīng)的措施以提高設(shè)備作業(yè)效率。主要包括:挖掘方式與巖土臺階幾何形狀是影響挖掘效率的主要因素,研究提出組合式挖掘方法、改變巖土局部幾何形狀兩大措施,提高設(shè)備挖掘環(huán)節(jié)作業(yè)效率;設(shè)備轉(zhuǎn)動平均耗時是影響一次作業(yè)循環(huán)效率的主要因素,提高操作人員對設(shè)備加速減速轉(zhuǎn)折點(diǎn)判斷的準(zhǔn)確性可有效提高設(shè)備效率,因此滿載旋轉(zhuǎn)、空載返回環(huán)節(jié)中,應(yīng)保持設(shè)備加速、減速的轉(zhuǎn)動角度比值分別為3/2、4/5;鏟斗提升耗時是制約挖掘煤溝作業(yè)效率的關(guān)鍵因素,研究根據(jù)“提升—旋轉(zhuǎn)”制約關(guān)系制定了拉斗鏟挖掘-排棄位置參考表,可有效提高設(shè)備作業(yè)效率;研究還制定了設(shè)備操作技術(shù)水平的考核辦法,為司機(jī)作業(yè)水平的評定提供依據(jù)。(4)拉斗鏟作為拉斗鏟倒堆工藝的關(guān)鍵設(shè)備,因其線性尺寸大、移動緩慢,不宜在采場頻繁走行、作業(yè)半徑隨運(yùn)行狀態(tài)動態(tài)變化,掌握不同作業(yè)條件的設(shè)備作業(yè)基本參數(shù)對工藝的設(shè)計優(yōu)化至關(guān)重要。主要研究結(jié)論:不同作業(yè)條件下,拉斗鏟的作業(yè)半徑不盡相同:平均刷幫作業(yè)半徑約為94m,初始平挖狀態(tài)下最小挖掘半徑為28.4m、挖掘臺階時最大合理挖掘半徑約為80m,挖掘煤溝時最大合理挖掘半徑約為70m;這是礦山技術(shù)決策、生產(chǎn)計劃和管理的關(guān)鍵性數(shù)據(jù)依據(jù)。(5)現(xiàn)場生產(chǎn)中,拉斗鏟作業(yè)平盤高度、挖掘作業(yè)時移設(shè)距離、移設(shè)步數(shù)等參數(shù)是動態(tài)變化的,因此研究根據(jù)8750-65型拉斗鏟的設(shè)備參數(shù)與現(xiàn)場具體作業(yè)條件,對不同作業(yè)條件下拉斗鏟初始狀態(tài)、反向移設(shè)、單向推進(jìn)、往返推進(jìn)等各類作業(yè)方式進(jìn)行了推演,得出了上述參數(shù)之間的關(guān)系;并根據(jù)拉斗鏟移設(shè)的方式將其推進(jìn)方式劃分為“單向推進(jìn)式”和“往返推進(jìn)式”,結(jié)合8750-65型拉斗鏟的設(shè)備參數(shù)與臺階高度、推進(jìn)度關(guān)系,推薦黑岱溝露天礦采用“往返推進(jìn)式”作業(yè)。(6)研究針對不同工藝布置方式下最大排土空間、新增物料量、二次倒堆量等參數(shù)進(jìn)行了定量計算與對比分析,確定了拋擲爆破-無運(yùn)輸?shù)苟崖?lián)合開采工藝中拉斗鏟作業(yè)中心線的位置第一條作業(yè)中心線距離實(shí)體高臺階坡底線97m~98m,第二條作業(yè)中心線距離拉斗鏟站立臺階坡頂線15.6m;綜合考慮移設(shè)時間、設(shè)備作業(yè)特性、巖土臺階性質(zhì)等,為拉斗鏟挖掘不同區(qū)域的作業(yè)設(shè)計了4個作業(yè)機(jī)位,同時提出了相應(yīng)的“繞圈式”周期移設(shè)路線;綜合考慮煤層賦存條件的變化,研究對拉斗鏟升降段作業(yè)、出入溝作業(yè)等進(jìn)行了分析,設(shè)計了合理的作業(yè)方案。(7)以物料流量流向優(yōu)化理論與工藝系統(tǒng)模擬為基礎(chǔ),研究提出重心圓投影模型優(yōu)化方法,并對拉斗鏟倒堆工藝的流量流向優(yōu)化模型進(jìn)行了理論推導(dǎo)。結(jié)果顯示:拉斗鏟倒堆工藝中,當(dāng)工作面物料賦存與排土場空間的尺寸、位置關(guān)系確定后,物料的總轉(zhuǎn)距為定值,與物料遷移次序、路徑無關(guān);根據(jù)設(shè)備運(yùn)輸環(huán)節(jié)耗時與轉(zhuǎn)距的關(guān)系可將耗時函數(shù)劃分為凸函數(shù)與凹函數(shù)兩類。研究以總耗時最低為優(yōu)化目標(biāo)對物料遷移次序、路徑進(jìn)行了模擬計算,計算結(jié)果顯示:拉斗鏟轉(zhuǎn)距與耗時符合凹函數(shù)非線性關(guān)系,應(yīng)采用“差距排棄”作業(yè)方式。(8)基于重心圓投影優(yōu)化模型,開展了拉斗鏟倒堆工藝仿真優(yōu)化研究。根據(jù)現(xiàn)場工藝情況建立了作業(yè)基本單元體三維模型、確定了重心圓投影模型圓心,通過長期統(tǒng)計與檢驗(yàn)得到了拉斗鏟作業(yè)耗時所服從的概率分布規(guī)律,為不同工作面參數(shù)條件下作業(yè)效率的模擬計算提供依據(jù)。模擬計算結(jié)果顯示,拉斗鏟作業(yè)平盤高度約為13m時,拉斗鏟作業(yè)效率最高;在此平盤高度條件下,拉斗鏟額外自行拓展平盤反而降低作業(yè)效率,因此不建議拉斗鏟再自行拓展平盤,模擬結(jié)論與現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)結(jié)論一致,驗(yàn)證了模擬模型的可靠性。(9)對優(yōu)化仿真結(jié)果的現(xiàn)場應(yīng)用進(jìn)行了研究,結(jié)論顯示:由于拉斗鏟生產(chǎn)能力是系統(tǒng)剝離能力的制約因素,研究提出了拉斗鏟變速開采方案,通過改變拉斗鏟系統(tǒng)內(nèi)不同區(qū)域物料量的任務(wù)指派,動態(tài)調(diào)節(jié)拉斗鏟設(shè)備作業(yè)工作線的推進(jìn)速度,實(shí)現(xiàn)拉斗鏟作業(yè)效率的提高與剝離成本的降低。
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TD824

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前9條

1 馬力;李克民;彭洪閣;丁小華;肖雙雙;;露天煤礦倒堆條件下底部薄煤層柱式回采工藝研究[J];采礦與安全工程學(xué)報;2015年01期

2 張峰瑋;甄選;陳傳璽;;世界露天煤礦發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢[J];中國煤炭;2014年11期

3 劉干;李克民;肖雙雙;馬力;;露天煤礦拋擲爆破有效拋擲率預(yù)測[J];金屬礦山;2014年04期

4 馬力;李克民;丁小華;李濤;常治國;;黑岱溝露天礦拋擲爆破效果的模糊綜合評價[J];金屬礦山;2011年09期

5 潘泉;孟晉麗;張磊;程詠梅;張洪才;;小波濾波方法及應(yīng)用[J];電子與信息學(xué)報;2007年01期

6 劉志成;陳祥光;李宇峰;李兵;;傳感器輸出時間序列的實(shí)時小波濾波方法[J];北京化工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2007年01期

7 馬軍;才慶祥;周偉;陳樹召;;露天煤礦拉斗鏟作業(yè)對煤層厚度變化影響[J];遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報;2006年05期

8 尹增謙,管景峰,張曉宏,曹春梅;蒙特卡羅方法及應(yīng)用[J];物理與工程;2002年03期

9 張幼蒂，才慶祥，李克民，周昌壽;世界露天開采技術(shù)發(fā)展特點(diǎn)及我國露天采煤科研規(guī)劃建議[J];中國煤炭;1996年10期

，

本文編號：1301441