露天矿索斗铲倒堆工艺开采方法研究.pdf

辽宁工程技术大学 硕士学位论文 露天矿索斗铲倒堆工艺开采方法研究 姓名孔祥颖 申请学位级别硕士 专业采矿工程 指导教师白润才 20060122 辽宁T 程技术大学硕士学位论文 摘要 大型索斗铲倒堆工艺代表目前国际先进水平，它集采掘、运输与排卸3 项作 业于～体，生产成本低 以电能作为设备驱动力 、工作效率高，尤其索斗铲具 有较大的线性尺寸以及对剥离岩性、气候、工作环境适应性强的特点，因此，露 天矿采用大型索斗铲倒堆具有广阔的应用前景和现实意义。 首先，介绍了索斗铲倒堆剥离的概念、特点、及倒堆工艺在国外的发展情况、 索斗铲的初始拉沟作业方法等。 其次。针对我国露天煤田的独特赋存特征进行了分析，以及如何在我国露天 煤用应用这种先进的倒堆剥离工艺；并推导了索斗铲以不同的作业方式倒堆剥离 时的工作参数、倒排程序，以及索斗铲如何在水平、近水平复合煤层 两层 、 水平 近水平 复合煤层、厚夹层露天煤田的简单倒排程序、再倒排程序。第六 章对索斗铲在缓倾斜煤层工作参数 卸载半径、倒排高度 进行了推导，并如何 进行倒排剥离做了实例分析。 最后，本文提出的索斗铲倒堆丌采设计理论、方法以及推导出的相应工作参 数，将对今后在我国采用倒堆工艺不仅从理论上产生积极影响，而且有很大实用 价值。 关键词索斗铲；倒堆工艺露天矿；工作参数 坚 三塑垫查查堂堕．生兰垡堡奎 A b s t r a c t T h el a r g e - s c a l er o p ef i g h t st h es h o v e lt op i l et h ec r a f tt o r e p r e s e n tt h ep r e s e n ti n t e r n a t i o n a l a d v a n c e dl e v e lb u ta c t u a l l y , i t sc o l l e c t i o ne x c a v a t i o n ．t h et r a n s p o r t a t i o na n dt h ep l a t o o nu n l o a d3 w o r k sl o w l yi nab o d y , t h ep r o d u c t i o nc o s t b ye l e c t r i c a le n e r g yt o o ke q u i p m e n td r i v i n gi n f l u e n c e ， t h ew o r k i n ge f f i c i e n c yi sh i g h ，t h er o p ef i g h t st h es h o v e lt oh a v et h eg r e a tl i n e a rd i m e n s i o na sw e l l a st os t r i p sI o t h o l o g i c a l ，t h ec l i m a t e ，t h ew o r k i n gc o n d i t i o n sc o m p a t i b i l i t ys t r o n gc h a r a c t e r i s t i c e s p e c i a l l y , t h e r e f o r e ，t h es t r i pm i n eu s e st h el a r g e - s c a l er o p et of i g h tt h es h o v e lt op i l eb u ta c t u a l l y h a st h eb r o a da p p l i c a t i o np r o s p e c ta n dt h ep r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e ． F i r s t ，i n t r o d u c e dt h er o p ef l g h t st h ec o n c e p t ，t h ec h a r a c t e r i s t i cw h i c ht h es h o v e lp i l e sb u t a c t u a l l ys t r i p s ，a n dp i l e st h ec r a f tb u ta c t u a l l yi nt h eo v e r s e a sd e v e l o p m e n ts i t u a t i o n ，t h er o p e i n i t i a lf i g h t st h es h o v e lt op u l lt h et r e n c hc u l t u r ei n d u s t r ym e t h o da n ds oo n ． N e x t ，s a v e dt h ec h a r a c t e r i s t i ci nv i e wo ft h eo u rc o u n t r yo p e n - a i rc o a lf i e l du n i q u et a xt o c a r r yo nt h ea n a l y s i s ，a sw e l la sh o wa d v a n c e da p p l i e dt h i sk i n di nt h eo u rc o u n t r yo p e n a i rc o a l f i e l dt op i l eb u ta c t u a l l ys t r i p st h ec r a f t ；A n di n f e r r e dt h er o p et of i g h tt h es h o v e lp i l e db u ta c t u a l l y b yt h ed i f f e r e n tw o r kw a ys t r i p sw h e nt h eo p e r a t i o n a lp a r a m e t e r , a r r a n g e si ni n v e r t e do r d e rt h e p r o c e d u r e ，a sw e l la sh o wd i dt h er o p ef i g h tt h es h o v e lh o r i z o n t a li n ，t h en e a rl e v e lc o m p o u n dc o a l b e d t w o ，t h el e v e l n e a rl e v e l t h ec o m p o u n dc o a lb e d ，t h et h i c kb a n do p e n - a i rc o a lf i e l ds i m p l y a r r a n g e si ni n v e r t e do r d e rt h ep r o c e d u r e ，a r r a n g e si ni n v e r t e do r d e rt h ep r o c e d u r ea g a i nS i x t h c h a p t e rf o u g h tt h es h o v e lt o t h er o p ei nt h ee a s yg r a d i e n tc o a lb e do p e r a t i o n a lp a r a m e t e r u n l o a d i n gr a d i u s ，a r r a n g e si ni n v e r t e do r d e rh a sc a r r i e do nt h ei n f e r e n t i a lr e a s o n i n gh i g h l y ，a n d h o wc a r r i e do na r r a n g e si ni n v e r t e do r d e rs t r i p sh a sm a d et h ee x a m p l ea n a l y s i s F i n a l l y , t h i sa r t i c l ep r o p o s e dt h er o p ef i g h t st h es h o v e lt op i l et h ec o r r e s p o n d i n go p e r a t i o n a l p a r a m e t e rb u ta c t u a l l yw h i c ht h em i n i n gd e s i g nt h e o r y , t h em e t h o da sw e l la si n f e r s ，t of r o mn o w o nw i l lu s ei no u rc o u n t r yp i l e st h ec r a f tn o to n l yt h e o r e t i c a l l yt oh a v et h ep o s i t i v ei n f l u e n c eb u t a c t u a l l y , m o r e o v e rw i l lh a v et h ev e r yg r e a t l yp r a c t i c a lv a l u e ． K e yw o r d s D r a g l i n gS t r i p p i n gT e c h n o l o g y Op e n c o s t O p e r a t i o n a lp a r a m e t e r 辽宁工程技术大学硕L 学位论文第1 更 1 绪论 1 ．1 露天矿无运输倒堆开采法概述 1 ．1 ．1 倒堆的概念及其特点 倒堆是指将矿物上部覆盖层或岩土剥挖后，经短距离移运，直接排放到采空 区的剥离矿岩方法。而无运输倒堆是指采掘、运输与排卸3 项作业由同一设备完 成。因其生产工艺系统是隐形的、最简单的，故称为无运输倒堆开采。目前，常 用的倒堆工艺程序可分为直接倒堆和再倒堆两大类。直接倒堆是指采用大型机械 铲或吊斗铲将剥离物由工作面挖掘下来，转动机体将其倒排于采空区的工艺工 程，而再倒堆是指采用机械铲或吊斗铲，先将剥离物出工作面挖掘下来并排至采 空区或工作平盘的一部分 部分剥离物 ，然后用同一机械或另外的机械再将其 排至采空区的最终位置，再倒堆工艺程序类型较多，应视矿山具体条件而定。与 其它露天开采工艺相比较，无运输倒堆工艺缩短了剥离矿岩时间，以最小投入即 可暴露矿物，快速获取矿物及岩土排置和覆网简便迅速等优点，同时该工艺设备 索斗铲 还具有使用寿命长、运行／维修费用低，不需要车间维修设施及在台 阶上作业；不会造成坑内堵塞；不受矿坑水害影响；不损坏矿层表面；不直接受 排土场滑坡影响；不受起伏不平矿层影响，在恶劣气候条件下工作性能良好的特 点。 1 ．1 ．2 倒堆开采法在国外发展情况 在国外，露天煤矿采用大型索斗铲倒堆开采已有多年历史，由于索斗铲具有 较大的线性尺寸及对剥离岩性、气候、工作环境等适应性强的特点。因此，在露 天矿丌采设计时，只要条件允许，首先考虑采用无运输倒堆开采法，倒堆程序由 直接倒堆发展到两次乃至两次以上的复杂再倒堆 图l 一1 为索斗铲二次回倒作业 图 ，开采煤层数也由单一煤层发展到多煤层 图1 ．2 所示 ，在所采煤岩赋存特征 方面，已由开采水平、近水平煤层发展到开采倾斜乃至急倾斜煤层f 如图1 3 、图 1 ．4 所示 ，目前，在俄、美、加、澳，英等国倒堆开采法均得到了广泛应用 在 美国已有1 0 0 台以上大型吊斗铲在露天煤矿中使用，其完成的煤产量占全美总产 量的1 ／3 澳大利亚拥有6 0 台以上大型吊斗铲，其勺斗容积范围在2 3 ～9 0 立方 米，开采深度达6 0 m ，卸载半径达l O O m ，剥离采宽为4 0 ～9 0 m ，并取得了成功 经验，实践表明，其生产效率是其它工艺的4 0 ％一6 0 ％。 辽宁丁程技术人学硕士学位论义 第2 页 图1 ．1 a 中，索斗铲首先以下挖的作业方式将爆破剥离物排置采空区，但掩 埋一顶高度煤梓，须用同一台或另外一台索斗铲将一次倒堆中覆盖煤柱的物料再 次倒排至采空区 如图1 ．1 b 所示 。 图1 1 a 索斗铲一次倒排作业图 图1 ．1 b 索斗铲二次回倒作业顺序图 图1 ．2 为5 层煤开采作业顺序图，图a 、图b 中，索斗铲位于剥离台阶上， 以下挖的作业方式将剥离物排至采空区，而图c ～图e 中，索斗铲移至排土台阶 上，同样以下挖的作业方式排至剥离物，图e 中，由于剥离物覆盖一定高度煤柱， 因此，若将此部分煤柱采出，须进行二次倒堆。 坚主三矍丝查查兰堡主兰堡堡苎 笙 墨 辽宁工程技术大学硕士学位论义 第4 页 次倒堆物皋| 最终中间覆盖层排置 图1 25 层煤开采作业顺序图 图1 3 为倾斜煤层变异作业程序图，图a 中，首先将索斗铲设置于由排土机 和前装机／卡车混合作业准备出的台阶上，然后以下挖的作业方式将剥离物排至 采空区，而图b 中，廉斗铲则移至排土堆上，以上挖的作业方式挖掘并排弃剥离 物。 辽宁工程技术大学硕十学位论文 第5 页 图1 ．3 倾斜煤层变异作业 图1 ．4 为索斗铲／电铲一卡车联合对急倾斜煤层开采作业示意图，图1 4 a 中， 先由索斗铲将剥离物排至工作平盘一侧，然后再由单斗／卡车将此排置物运至指 定排土场，而暴露的煤办由索斗铲采出，然后再由单斗／卡车转运到煤场。 图1 4 a 索斗铲／电铲一卡车联合对急倾斜煤层开采俯视图 图1 - 4 b 斗铲／电铲一卡车联合对急倾斜煤层开采横向剖面图 辽宁工程技术大学硕士学位论文第6 贞 1 ．1 ．3 倒堆设备 索斗铲 的制造及使用情况 相对其它倒堆设备而言，索斗铲具有独特的自身优势 如本章第二节所述 ， 因此，在露天矿倒堆剥离中获得了日益广泛的应用 如表1 - 1 、表1 - 2 所示 ，目 前，除原苏联以外，索斗铲制造商主要是美国的B I B u c y r u sI n t e r n a t i o n a l 、即 原B E 公司 公司和P ＆H 公司，其所制造的索斗铲规格及型号如表1 ．3 所示。 表1 ．1美国索斗铲应用概况 勺斗容积级别使用台数勺斗总容积勺斗总容积所占 m3 m3 茸分比 ％ 丽一1 9 一一‘一 5 8 11 0 ．0 3 8 72 6 84 ．6 5 01 78 4 51 4 ．5 6 l3 01 8 3 53 1 ．5 8 02 62 0 8 73 5 ．8 1 0 7 22 1 43 , 6 总计 1 0 15 8 3 01 0 0 ．0 表1 - 2世界其它国家索斗铲应用概况 表1 - 3索斗铲型号 辽宁工程技术大学硕士学位论文 第7 页 11 ，4 索斗铲的作业术语 如图1 - 5 所不 暴露煤层 新台阶坡面 底盘位踅卜 g 台阶坡面二 剥离方向一 0E ／ 一一一 ，，／／ 闰1 ．5 a 索斗铲倒堆作业俯视图 立么≤≯。乡 图1 ．5 b 索斗铲倒堆剥离横向剖面图 图1 ．5 c 典型索斗铲作业术语 圈1 ．5 c 典型索斗铲作业术语 辽宁工程技术大学颅十学位论文第8 页 术语解释 图l 一5 a 中，底盘位置底盘为圆形构造，承受通过滚道传递的来自回转平台 的全部载荷，底盘位置即索斗铲站立时的位置 图1 5 b 中，切口索斗铲初始挖掘时，形成的v 型坑； 图1 5 c 中，挖掘半径索斗铲回转中心线至铲斗斗齿齿缘间的是水平距离； 卸载高度卸载时铲斗齿缘至索斗铲站立水平的垂直距离。 1 ．1 ．5 索斗铲初始拉沟的作业方法 1 箱形端面挖掘 作业顺序如图1 - 6 所示，索斗铲位于沟的端面，挖掘物料后回转一定角度 ≤ 6 0 。 将其排至沟的侧面。由于索斗铲作业回转角小，因此工作效率相对较高。 j 弱◇ 图1 6 a 索斗铲作业俯视图 、遂∑ 二贮竺 图1 ．6 b 箱形端面挖掘示意图 辽宁工程技术大学硕上学位论文第9 页 2 箱形侧向挖掘 索斗铲作业顺序如图1 7 所示，索斗铲位于沟的侧面，挖掘物料后需回转较 大的角度才能将其排至排土场，由于索斗铲回转角较大 最大回转角可达1 8 0 。 ， 因此，但效率较低，不需要二次倒堆。 暴露煤屠一。 { ＼ ＼ 、 ＼ ＼刁 f 阶坡面 一 i ／飞 惫旁L ／2 多一立 么 K 吏顶线广 一坡底线 一 j 潞广一j ～ 睁麓锄 p ⋯一向9 黝 一乡7 排斟 图1 7 a 索斗铲侧向倒堆俯视图 图l 一7 b 箱形侧向挖掘示意图 3 箱形端而挖掘二次倒堆 索斗铲箱形端面挖掘二次倒堆作业方式如图I - 8 所示，索斗铲位于沟的端面， 先将一部分剥离物排置沟的一侧，另一部分剥离物排置沟的另一侧，当剥离工作 面横向推进时，需将原来的排置物再次倒堆，虽然需要二次倒堆，但索斗铲下挖 深度较其他方法深。 辽宁T 程技术人学葫十学位论义 图1 ．8 箱形端顶挖掘二次倒堆示意图 4 箱形取土坑挖掘 索斗铲箱形取土坑挖掘作业方式如图1 ．9 所示，将剥离的表土存储于取土坑 内，以备复田，因此需要二次倒堆。 、、、 ，／ 、 ／ _ _ ●■●- _ - ▲竺竺 图l 一9 a 取土坑挖掘示意图 图1 9 b 索斗铲箱形端面挖掘示意图 辽宁工程技术大学硕上学位论文第1 1 页 1 ．2 无运输倒堆开采法的研究 1 ．2 ．i 本文研究观点 由于无运输倒堆工艺集采掘、运输与排卸3 项作业于一体 即由同一设备完 成 ，因此，协调好采掘与排卸之间空间关系 即倒排作业程序 及其相应工作 参数，便成了本文将要研究解决的问题。无运输倒堆开采的作业程序取决于煤岩 层的厚度、倾角、台阶划分，挖掘设备类型和技术规格等因素，本文将以实例对 水平、近水平复合煤层 两层 ；水平、近水平复合厚煤层、厚夹层和缓倾斜煤 层倒堆开采法及其倒堆程序进行详细论述。对于相应的剥离台阶高度Ⅳ。、采掘 带宽度A 、台阶坡面角口、工作线长三、排土台阶 场 高度日。、排土台阶坡 面角口等倒排工作参数，以及卸载半径R 、卸载高度、下挖深度及铲斗容积E 等。 本文也将以具体实例进行论述。 1 ．2 ．2 研究意义 我国是世界上煤炭资源最丰富的国家之一，据不完全统计，我国煤炭保有储 量1 万亿吨以上，可采储量为1 1 4 5 亿吨，占世界相应总量的1 1 ．1 ％，位于原苏 联、美国之后，居世界第三位，含煤面积5 5 万多平方千米，而且煤种齐全，我 国一次性能量消费结构中，煤炭占7 5 ％以上，从煤中可以提取二百多种产品，因 此，煤炭工业发展的快慢，将直接关系到国计民生和我国的社会主义经济建设。 而吊斗铲 索斗铲、拉铲 倒堆开采法是世界上迄今为止生产成本低、还贷 能力强、经济效益较好的露天开采工艺。尤其我国目前建设的露天矿大多数为近 水平或缓倾斜煤层赋存，因此，具备吊斗铲倒堆开采条件，但多数露天煤田宜采 用包括无运输倒堆工艺在内的综合工艺，本文提出的索斗铲倒堆工艺应用模式， 以及有关倒堆工艺开采设计理论和方法，将对今后在我国采用倒堆工艺不仅从理 论上产生积极影响，而且有很大实用价值。 1 ．2 ．3 本文研究内容 本文首先在前言中介绍无运输倒堆开采法的概念、特点，倒堆工艺在国外的 发展情况、倒堆设备 索斗铲 的制造及使用情况和倒堆设备 索斗铲 初始拉 沟的作业方法。然后提出本文的研究观点和意义，再根据我国露天煤田总的赋存 特征分析其应用索斗铲倒堆的可行性，以及如何应用索斗铲倒堆。第三章将分析 索斗铲倒排工作参数 包括参数确定原理及确定方法等 第四章、第五章、第六 辽宁工程技术大学硕J 二学位论文 第1 2 页 章将以具体实例分析一台索斗铲如何在水平、近水平复合煤层 两层 、水平 近 水平 复合煤层、厚夹层露天煤田进行简单倒堆开采和两台索斗铲的复杂再倒堆 丌采以及索斗铲如何在缓倾斜煤层倒堆开采进行初步研究。 辽宁工程技术大学硕士学位论文 第1 3 页 2 无运输倒堆开采法在我国露天煤田的应用研究 目前，我国5 大露天煤矿之一的黑岱沟露天矿正在进行总投资1 0 亿元，扩 产8 0 0 万吨索斗铲技改项目施工。工程完工后，该矿年产量扩大到2 0 0 0 万吨， 将成为我国产量最大、设备最先进、效益最高的现代化特大型露天矿。 虽然索斗铲采掘工艺代表目前国际先进水平，但是，由于我国刚刚引进，研 究领域内成果亦不多见，加上露天煤田地质的特殊性，因此，下面就索斗铲倒堆 工艺在我国露天煤田的具体应用加以分析。 一 我国露天煤田的赋存特征 我国煤炭资源丰富，目前已查明的适于露天开采的大型煤田有1 0 多处，如 山西的平朔、内蒙古的准格尔、伊敏、神木、东胜、胜利、宝日希勒、元宝山、 霍林河，以及云南的昭通等矿区。这些煤田多为复合煤层，不但层厚，而且层间 距较大，适于单台阶或多台阶剥离。其煤层倾角小，多为近水平或缓倾斜赋存， “表2 - 1 ”为我国几个主要露天煤田的煤岩赋存特征。 表2 ．1我国几个主要露天煤田的煤岩赋存特征 望 堡垫查点竺堡主兰些堡兰 兰 墨 二 影响索斗铲开采的矿山地质特征 l 、覆盖层厚度及倾角 2 、煤层厚度、倾角及层数； 3 、排置物料安息角，台阶破面角； 4 、覆盖层物料的物理力学性质； 三 我国露天煤田的地质特征分析 由表2 - 1 可见，我国大部分煤田具有采用索斗铲倒堆剥离的有利条件，具体 概括如下 a 煤层埋藏倾角多数在1 0 。以下，属近水平或缓倾斜煤层，具备索斗铲倒 堆剥离的必要条件； ∞煤层数目不多，主采煤层多为1 ～3 层，煤层结构不复杂且煤层厚度适中 c 多数煤田面积大，储量丰富，有足够空间安排必要的工作线长度使索斗 铲充分发挥其能力。 由此可见，我国有相当多的大型煤罔具备采用索斗铲倒堆剥离工艺的基本条 件，如若采用这种先进的剥离方法，可实现高产高效，从而可为加快露天采煤业 的发展，大幅度提高矿山经济效益开创一条新的技术途径。 四如何在我国应用索斗铲倒堆工艺． 在我国新建和拟建的大多数露天煤田为近水平或缓倾斜赋存，虽具有采用倒 堆工艺的条件，但多为复合煤层、夹层，厚度大小不一，覆盖厚、煤层厚度变化 较大。因此．既不能采用原苏联的小斗容吊斗铲或机械铲，也不宣采用美、加等 国常用的大斗容短臂吊斗铲，应该结台我国煤岩的独特赋存特征，对现有的露天 倒堆工艺理论进一步完善，本文将对倒堆工艺合理倒排程序，倒排厚度、工作参 数和设备选型等方面的技术问题进行研究，并提出吊斗铲倒堆工艺开采设计的理 论和方法，确定倒堆工艺在我国的应用模式。无运输倒堆丌采的作业程序取决于 煤岩层的厚度、倾角、台阶划分，挖掘设备类型和技术规格等因素，本文将根据 我国煤田的赋存特征，以实例对水平、近水平复合煤层 两层 ；水平、近水平 复合厚煤层、厚央层和缓倾斜煤层倒堆开采法及其倒堆程序进行论述。 辽宁_ [ 程技术大学硕十学位论文 第1 5 页 3 倒排工作参数确定及设备选型 倒排工作参数确定的合理与否不仅是挖掘机械选型的主要依据，而且是倒排 工艺方式确定的依据，因此，倒排工作参数的合理确定，将会大幅提高矿山经济 效益，从而达到高产高效的露天矿。 无运输倒堆开采所涉及的工作参数与其他露天开采法基本相同。主要包括台 阶高度巩、采掘带宽度4 、台阶坡面角a 、工作线长度￡、排土台阶高度日。、 排土台阶破面稳定角∥等，此外，与之有重要关系的是索斗铲的卸载半径R ， 与 挖掘半径基本一致 、卸载高度日，、下挖深度及铲斗容积E 等。 一 工作参数确定原理 倒堆开采中，剥离[ 作面参数与排土堆参数是相互制约的，一般情况下，在 保证安全生产和充分发挥设备、人员效率的前提下，排土带的容积必须等于或者 大于相应采掘带土岩松散状态的体积，否则，将会导致排土工艺程序复杂化，影 响生产效率，减少经济效益，令剥排工作线等长，则剥离量与排弃量关系如式 3 - 1 所示。 圪≥圪K 。脚’ 3 - - 1 式中K 采掘带中的剥离量，m3 ； K 。岩石在排土场的松散系数 见表3 - 1 ； y 。采空医所能提供的排土体积，m 3 。 表3 - 1 土岩松散系数 种类砂砂质黏十黏十带夹石的块度不人人块岩石 黏十岩的岩石 二工作参数确定方法 不同类型的采掘设备和倒堆技术，各参数间的关系表达方式不同，下面以索 斗铲倒堆剥离为例，分析不同挖掘方式下索斗铲工作参数如何确定。 塑望墼塑坠型堕～一 业墨 1 索斗铲下挖直接倒堆 图3 - 1 为单煤层且覆盖物可直接剥挖的矿山。 ①由图解法可知 剥离台阶的横断面积 蛾‘彳 3 2 排土带的横断面积 S p 2 H ，．A - i 。h A H P 一一∑2A ≮A t g p 若排土工作线与剥离工作线等长，由公式 3 ～1 H p ．爿一j 1 彳专爿，卵H ；慨．爿 即H ，≥0 ．2 5 A t g f l 世，H 6 式中h 排土堆上部小三角形之高m 索斗铲的卸载半径 R ， R O ．7 5 E 式中E 索斗铲底盘直径，m R 作业可及距离，m 。 ②由解析法可得 R 日6 m c t g c t 日。c t g f l H P a 2 5 A t g ／3 K ，日b 3 3 ％≥％疋可得排土堆高度阿。 图3 - 1 索斗铲下挖直接倒堆 2 索斗铲在上、下台阶联合作业时的参数确定 3 5 3 6 3 7 曼 三矍塾燮曼圭堂焦堡奎 兰堡蔓 n 凸A 图3 ．2 索斗铲在上、下台阶联合作业时的参数示意图 ①由图解法可得 剥离台阶横断面积 S 6 A H j H A H 排土带横断面积 s ， 爿．H p 一妻一 H p 爿一o ．2 5 爿．t g 由式 3 1 、 3 8 和 3 9 可得排土堆高度 H 。≥K ，‘胃 0 ．2 5 A t g ②由解析法可得 R 日2 m c t g a H 。t g R R H j c t g c t R ， R 0 ．7 5 E 式中Ⅳ，，日分别为上、下台阶高度，m 3 一台索斗铲再倒堆作业参数的确定 现以扩展平台再倒堆为例进行分析。 3 8 3 1 0 3 1 1 3 一1 2 3 1 3 辽宁工程技术大学硕上学位论文 第1 8 页 H H R R L S AA 图3 3 扩展台阶二次倒堆解析图 图3 ．3 为扩展台阶二次倒堆解析图，图中符号意义如下 R 上分台阶坡顶线至排土带坡顶的距离 索斗铲作业时铲臂外伸距离 ，r f l I 一为计算而设的中间距离，m ； R 7 一索斗铲再倒堆作业时铲臂外伸距离，m ； R ”一下分台阶坡顶线至再倒堆部分台阶坡顶线距离，m l S 再倒堆面积，1 1 12 ； 中再倒堆系数，％； 其他符号同前。 由解析法可得 R Ⅳ m 啦a E H c t g f l 去爿 L H 坍一H 1 c t g a c t g p R ” R H l c t g a R ’ s 三三旧；m 一剐一 L - R “ 邪 3 1 5 3 1 6 西L 2 L H m H 1 - L - R “ t g f l 3 1 8 K ；1 H 1 AK s l H 。A - - 、设备选型 露天矿倒堆所用的机械设备可分为机械铲与索斗铲两类，由于索斗铲具有 较大的线性尺寸，对剥离岩性适应性强，设备质量 相对其生产能力 较轻等特 点，获得了日益广泛的应用，索斗铲按行走方式分为迈步式和履带式两种类型．。 兰 堡茎查盔堂堡兰焦造茎 篁 蔓 一般1 5 m3 以上的索斗铲基本为迈步式，迈步式机器规格能力大，大都以电为动 力，其主要技术指标如表3 2 所示。 表3 2 迈步式索斗铲的主要技术性能参数 2 0 ．1 0 02 5 ．1 2 03 0 ．1 1 04 0 ．1 3 0 6 5 ．1 0 01 0 0 1 2 5 1 设备 索斗铲 选择的制约因素 ①矿床赋存条件，如煤层倾角、煤层厚度、剥离物厚度等； ②露天矿年产量要求； ③剥离物为坚硬物料时的爆破效果 ④索斗铲台数及作业方式 如单铲或双铲作业，是否采用扩展平台作业 查点 至墅墅墨 型主兰焦堡苎 篁 墨 方式，是否采用上挖式超前工作面方式，是否采用排土场再倒堆方式等 ⑤剥离工作面尺寸 如剥离台阶高度、采掘带宽度等 ⑥设备来源 涉及不同厂商制造的设备系列，采用或改造旧有设备的可 能性等 。 2 索斗铲选型的计算 ①索斗铲作业参数的确定 详见本章第二节 。 ②索斗铲勺斗容积的研究。 索斗铲的铲斗容积可根据剥离生产能力的要求初步确定。 E j 3 6 0 0 挚L K 羔3 6 0 0 等等K m ， 3 1 9 “ ‘0 ’。L 。 m 3 一 f 印 式中Q 。索斗铲月生产能力，m3 ／B ； f 。索斗铲挖排循环时间，秒； K 。土岩松散系数； 丁。月作业小时数，h ； K 。满斗系数。 四 合理倒排厚度的确定 根据我国露天煤田的赋存特征，除少部分露天煤田可只用倒堆开采法外， 绝大多数露天煤田应采用与其他开采法相配合的联合工艺。如图3 - 4 所示，设覆 盖层厚度为M ，索斗铲可直接倒排C ，于曰。，乃至直接倒排C 1 、C 于B 。、曰， 因此，C ，部分的剥离物可用再倒堆或复杂再倒堆将其排于采空区，C ，以上的剥 离物可能有一部分或全部用复杂再倒堆，因此，在倒堆技术可行的前提下，经济 上是否合理，应该计算，进而确定倒排高度。其原理是倒堆开采的设备投资加生 产费用之和等于或小于其它开采工艺设备投资加生产费用之和，即可用无运输倒 堆开采，否则，应采用其它开采方法。确定经济上合理的倒排高度公式为 M d H B L 1 丑 ’％≤M 6 M ， M ， H - B _ L K 巧 ■ 吼Hs 『兰型尘丝牟 3 - - 2 0 畋 ■ K 一 1 A ‘％J ‘B L 辽宁工程技术入学硕士学位论义 第2 l 页 式中 M d 一倒堆设备投资费用，万元 M 。一其它丁艺运输设备投资．7 Y i ％一倒堆工艺生产成本，万元／i T I 3 n 一其’言T 艺运输成本，7 Y i ／m 3 H 一待定倒堆剥离层高度，m ； L 一待定倒堆剥离层长度，m l M 。一其它工艺采掘设备投资费用，万元 M 。一其它J 艺排土设备投资费用，万元 ％一其它丁艺采掘成本，万元／1 1 3 3 ■一其它丁艺排土成本。7 Y i ／m 。 B 一待定倒堆剥离层宽度，I n ； 一再倒堆系数。 图3 - 4 合理确定索斗铲倒排厚度示意图 f 五 采煤工作及运输系统 无运输倒堆开采中。煤的开采因受设备线性尺寸的限制，应按煤层全厚为一 个台阶进行回采。采煤设备主要用机械铲或液压铲、前装机等常规设备，运输设 备多为汽车，铁道或胶带输送机。 运煤系统的设置关键在于如何将采出的煤，通过索斗铲工作区域运出，即如 何建立从采掘工作面至索斗铲工作区域外的运输通道。运输线路可设于煤层顶板 或底板，一般设于底板。运输出口可设于端帮或工作线中部，这要视矿山具体条 件而定，特别是在采用联合开采工艺时，要统一规划。 若索斗铲工作线较长，且工作台阶高度不大时，一般在采场两端帮处各设一 个出口，也可在工作线中部再留一个出口工作线特长时可设三个出口；若索斗 铲的工作线较短，且剥离台阶较高时，则不宜采用排土场内留沟道 此时留沟将 占用大量内排空间，以至影响索斗铲的正常作业 ，可采用两堑沟方案 如图3 5 所示，在内排土场排土边坡上设置2 条运输方向相反的运煤通道，负责运出东西 2 个分区采出的原煤，2 运煤通道的起点均设在采场中部，运输设备采用卡车 。 三生翌量墅堑堡茎堂堡堂堡苎 丝丝墨 运煤出口和通道一般是敞露的沟道，当使用胶带输送机时也可设于内排土场底部 平峒内，随煤层底板的出露用预制混凝土构件随工作线推进而延伸，随后被土岩 掩埋。 ∑|／l f 『 文 l S 广_ i ≤≤√ 。 一／ ≤ 7 翊l Rji 币 ’l ’‘ j 苓■ _ 三 A 1 } ．f ．1 ．、， |。■_ ＼ 刽＼／ 案3 萨r ] 锄妊靓 U √U 图3 - 5 两堑沟运煤方案系统布置示意图 六 工作线布置 无运输倒堆开采时，各设备之间应保持一定间距，太小了会使各设备彼此相 互影响，工作效率下降，但在有限的工作空间内，也不宜太大。此外，为保证采 煤机械连续作业，应留有一定备用露煤量。如果采剥设备的最小间距为，。，实 际间距为f ，则备用露煤量为 P ，一，“。 Ⅲ- A y r ／ t 3 _ 2 1 式中Ⅲ一煤层厚度，t n A 一采掘带宽度，m ； y 一煤的容重，f ／m 3 ； 玎一煤炭回收率。 若煤炭日产量为A t ／d ，则煤量保有期为 p T j ，d 3 2 2 以 无运输倒堆开采时，工作线布置方式主要有三种 1 采剥设备同向采掘，采完一个采宽后，返回采剥起点，开切下一采剥 辽宁工程技术大学硕士学位论文第2 3 页 带 如图3 - 6 a 其优点是，设备在两采掘带间停歇时间短，缺点是索斗铲从上一 剥离带终点返回时，其下部平盘要留其返回宽度，从而加大了剥、排中一t S , 距离， 不能充分利用其线性参数。 2 1 采剥设备同向采掘，索斗铲到达终点后要等采煤设备采至终点后，再 开切新的采掘带做返回剥离。优点是采剥设备有一段相互停歇时间 如图3 - 6 b 。 3 1 工作线分为两翼，剥、采设备交替由工作线中部向两端推进。其优点 是，两设备有较大的独立性，；两翼都有煤的储量 如图3 - 6 e 。 由此可见，无运输倒堆工作线越短，其端部的工作量所占比重越大，设备停 歇时间越长，因此应按索斗铲规格大小来确定工作线长度和出口间距。 己 2 图3 - 6 倒堆剥离和采矿工作线布置图 辽宁工程技术大学硕上学位论文 第“页 七 索斗铲作业长期规划配置剥排形态图 图3 7 中C 实线表示未剥离前的地貌和规划的挖掘条带 s 虚线表示剥离岩土排置形态 R 。一不同采掘带与对应排土带的卸载半径，n l 。 长期规划配置图的目的 1 、标明不同的采掘带，剥离时可采用的作业方式和卸载半径 2 、标明不同的采掘带所要求的排土空间不同 3 、标明了剥离物的最终排置形态； 4 、配合煤岩等厚线图