硕士论文：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 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 业于一体，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 煤田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开采设计理论、 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 辽宁工程技术大学硕I- 学位论文 Ab s t r a c t T h e l a r g e - s c a l e r o p e f i g h t s t h e s h o v e l t o p i l e t h e c r a ft t o r e p r e s e n t t h e p r e s e n t i n t e rn a t i o n a l a d v a n c e d l e v e l b u t a c t u a l l y , i t s c o l l e c t i o n e x c a v a t i o n , t h e t r a n s p o rt a t i o n a n d t h e p l a t o o n u n l o a d 3 w o r k s l o w l y i n a b o d y , t h e p r o d u c t i o n c o s t b y e l e c t r i c a l e n e r g y t o o k e q u i p m e n t d r i v i n g i n fl u e n c e , t h e w o r k i n g e ff i c i e n c y i s h i g h , t h e r o p e f i g h t s t h e s h o v e l t o h a v e t h e g r e a t l i n e a r d i m e n s i o n as w e l l as t o s t r i p s l o t h o l o g i c a l , t h e c l i m a t e , t h e w o r k i n g c o n d i t i o n s c o m p a t i b i l i t y s t r o n g c 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 re , t h e s t r i p m i n e u s e s t h e l a r g e - s c a l e r o p e t o fl g h t t h e s h o v e l t o p i l e b u t a c t u a l l y h as t h e b r o a d a p p l i c a t i o n p r o s p e c t a n d t h e p r a c t i c a l s 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 d t h e ro p e f i g h t s t h e c o n c e p t , t h e c h a r a c t e r i s t i c w h i c h t h e s h o v e l p i le s b u t a c t u a l l y s t r i p s , a n d p i l e s t h e c r a ft b u t a c t u a l l y i n t h e o v e r s e as d e v e l o p m e n t s i t u a t i o n , t h e r o p e i n i t i a l f i g h t s t h e s h o v e l t o p u l l t h e t r e n c h c u l t u r e i n d u s t ry m e t h o d a n d s o o n . N e x t , s a v e d t h e c h a r a c t e r i s t i c i n v i e w o f t h e o u r c o u n t r y o p e n - a i r c o a l f i e l d u n i q u e t a x t o c a r r y o n t h e a n a ly s i s , as w e l l a s h o w a d v a n c e d a p p l ie d t h i s k i n d i n t h e o u r c o u n t ry o p e n - a i r c o a l f i e l d t o p i l e b u t a c t u a l l y s t r i p s t h e c r a ft ; A n d i n f e r re d t h e r o p e t o f i g h t t h e s h o v e l p i l e d b u t a c t u a l l y b y t h e d i ff e r e n t w o r k w a y s t r i p s w h e n t h e o p e r a t i o n a l p a r a m e t e r , a r r a n g e s i n i n v e rt e d o r d e r t h e p r o c e d u re , a s w e l l as h o w d i d t h e r o p e f i g h t t h e s h o v e l h o r i z o n t a l i n , t h e n e a r l e v e l c o m p o u n d c o a l b e d t w o , t h e l e v e l n e a r l e v e l t h e c o m p o u n d c o a l b e d , t h e t h i c k b a n d o p e n - a i r c o a l f i e l d s i m p l y a r r a n g e s i n i n v e rt e d o r d e r t h e p r o c e d u r e , a r r a n g e s i n i n v e rt e d o r d e r t h e p r o c e d u r e a g a i n . S i x t h c h a p t e r f o u g h t t h e s h o v e l t o t h e r o p e i n t h e e a s y g r a d i e n t c o a l b e d o p e r a t i o n a l p a r a m e t e r u n l o a d i n g r a d i u s , a r r a n g e s in i n v e rt e d o r d e r h a s c a r r i e d o n t h e i n f e r e n t i a l r e as o n i n g h i g h l y , a n d h o w c a r r i e d o n a r r a n g e s i n i n v e rt e d o r d e r s t r i p s h a s m a d e t h e e x a m p l e a n a l y s i s . F i n a l l y , t h i s a r t i c l e p r o p o s e d t h e r o p e fi g h t s t h e s h o v e l t o p i l e t h e c o r r e s p o n d i n g o p e r a t i o n a l p a r a m e t e r b u t a c t u a l l y w h i c h t h e m i n i n g d e s i g n t h e o ry , t h e m e t h o d a s w e l l as i n f e r s , t o fr o m n o w o n w i l l u s e i n o u r c o u n t r y p i l e s t h e c r a ft n o t o n ly t h e o re t i c a l l y t o h a v e t h e p o s i t i v e i n fl u e n c e b u t a c t u a l l y , m o r e o v e r w i l l h a v e t h e v e ry g r e a t l y p r a c t i c a l v a l u e . K e y w o r d s D r a g l i n g S t r i p p i n g T e c h n o l o g y 0 p e n c o s t O p e r a t i o n a l p a r a m e t e r 辽宁工程技术大学硕 七 学位论文 第 1 页 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， 先将剥离物由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田简便迅速等优点， 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己 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 天矿开采设计时， 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 1 - 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， 己由 开 采水平、 近水 平煤 层发 展到开 采倾斜乃至 急 倾斜煤 层 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 . 辽宁工程技术人学硕士学位论文 第 z 页 图 1 - l 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 埋一顶高度煤柱， 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 - l b 所示 。 图1 - l a 索斗铲一次倒排作业图 8 钊 4 8 二次回倒 一次回倒基民煤层 1 二一/ \ // /{ / 粗益层 二 / 附癖整 形 ， 介缈 /// 图1 - l 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 一图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。 辽宁工程技术大学硕士学位论文 第 3页 b.剥 禽第巾间段盖层 一 第 一 中间祖 盖层排黄 \簇航 J 瓜厂二 节 了 o d 〔、剥离第二中间覆盖层 第_中间扭 盖层排置 一一 二式 凡 0 二次侧堆物料甲性后形山工作平白 辽宁工程技术大学硕士学位论文 第4页 d、剥离第三中间粗盖层 第二中间攫盖层 e、剥离第四中间段盖层 先剥 离物料排 置 _ 二次倒堆物料最终中间扭盖层排置 图1 - 2 5 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， 索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。 原始地表 ︸ 角小十1 0 Q、索 斗铲亦段盖台阶工作 辽宁工程技术大学硕士学位论文 第 5 页 b.索斗铲在排土堆台阶上工作 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，而暴露的煤亦由索斗铲采出，然后再由单斗/ 卡车转运到煤场。 煤用单斗/卡车装运 煤层 采 出 转璐煤 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 1Z , T t y x } k达t m 1 * 4 ilt }z 一一一一一一_第 6 } i 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 -1 B u c y r u s I n t e rn a t i o n a l 、 即 原B -E公司 公司和P 图1 - 5 b 中， 切口 索斗铲 初始挖掘时， 形成的V型坑; 图1 - 5 。 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 毛 6 0 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。 图 1 - 6 a 索斗铲作业俯视图 新 邹 州 皮 而 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 0 , 因此，但效率较低， 不需要二次倒堆。 台阶坡面 坡顶线 } 排置物坡底线 图1 - 7 a 索斗铲侧向倒堆俯视图 织 九 ， 沈剥 离 物 堆 带 尸 勺 叮 叮 甲 早 守 7 V 口 廿、 口口 7甲口甲 甲甲口甘 窄 新 合阶坡 而 少 诊 丫 飞 万 咨 飞 军梦几V夕 几V岁 告 丫言 煤层 图1 - 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1 - 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。 辽宁丁程技术人学硕十学位论文 第 1 0 页 了级汾、滋戴热认 新 台阶 坡 面 层 层 内 图1 - 8 箱形端面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 以备复田，因此需要二次倒堆。 取 土 坑 排 置 物 料 图1 - 9 a 取土坑挖掘示意图 取 士 垅 扮 1 物 料 新 台 阶 坡 南 淇 层 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士学位论文第 11 页 1 . 2 无运输倒堆开采法的研究 工 . 21 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H b 、 采掘 带 宽 度A 、 台 阶 坡 面 角a 、 工 作 线 长L 、 排 土 台 阶 场 高 度H p 、 排 土 台 阶 坡 面 角刀 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上学位论文 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 开采以及索斗铲如何在缓倾斜煤层倒堆开采进行初步研究。 三班M DM 达鲤吐丝1 i} 红_第 1 3 页 Z 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 抹改 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 煤层数 我国几个主要露天煤田的煤岩赋存特征 煤层厚度 m 煤层倾角 o 层间K m 3 1 . 5 1 - 1 3 3 0 刀 3 . 8 3 - 8 8 3 -6 3 - 6 5 1 0 3 - 5 0 - 5 2 0 - 2 6 6 - 1 6 1 1 - 1 7 1 -1 2 1 0 20 3 - 6 2 0 - 3 0 北 1 - 2 0 - 1 0 5 - 1 0 8 20 2 4 0 8 - 1 36 2 . 7 5 - 5 0 2- 35 0 6 0 1 0 . 4 - 2 7 3447 露天煤田 黑 岱 沟 安 太 堡 霍 林 河 伊敏二区 神木 河保偏区 元 宝 山 日 召通 哈密 伊兰 黑 宝 山 伊敏一区 胜利 东胜 平朔 准 格 尔 小 龙 潭 1 - 6 3 0 4 0 1 3 - 2 5 5- 5 02 7 . 2 4 ‘U八乙 24 1 1 个组1 - 2 1 7 . 5 1 0 27 3 3 . 6 5 1 85 5 辽宁工程技术人学硕士学位论义 第 1 4页 二影响索斗铲开采的矿山 地质特征 1 .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 概括如下 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 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; b }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田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， 也不宜采用美、 加等 国常用的大斗容短臂吊斗铲， 应该结合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、厚夹层和缓倾斜煤层倒堆开采法及其倒堆程序进行论述。 U t T f Mt t * K ] t 4i ie x一一一一一一_第 ’ 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 H b 、 采 掘 带 宽 度A 、 台 阶 坡 面 角 。 、 工 作 线 长 度 L 、 排 土 台 阶 高 度 H p , 排土台 阶破面 稳定角10 等， 此外， 与 之有重 要关系的 是 索斗铲的 卸载半 径R x 〔 与 挖 掘半 径基本一 致 、 卸载高 度H , 、 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. L 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。 气 V b K , m 3 - 1 式中V b 采掘带中的 剥离量，m a ; K , 岩石在 排土场的 松散系 数 见表3 - 1 ; 气 采 空 区 所 能 提 供的 排 土 体 积， M I . 表3 - 1 土岩松散系数 种 类砂砂质砧十砧十带夹石的 茹十岩 块度不人 的岩石 人块岩石 岩土类别 初 始 松 散 系 数 终 止 松 散 系 数 1 . 1 - 1 . 2 1 . 2 1 . 3 1 . 2 4 1 . 3 1 . 3 51 . 4 5 1 . 41 . 6 1 . 4 5 1 . 8 1 . 0 1 - 1 . 0 3 1 . 0 3 - 1 . 0 4 1 . 0 4 - 1 . 0 7 1 . 1 - 1 . 2 1 . 2 - 1 . 3 1 . 2 5 - 1 . 3 5 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。 辽宁工程技术大学硕上学位论文第 1 6页 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 S n H6 A 排土带的横断面积 5 _ 一 H ., - A 一 1 h 2 A H 二 A 一 1 A 2 3 - 一 2 3 - 3 若 排 土 工 作 线 与 剥 离 工 作 线 等 长， 由 公 式 3 -1 珠_ 气 K ， 可 得 排 土 堆 高 度H p H - ， A 一 生 A 2合 “ }t9 Q ‘ ，H 6 ’“ 即 H 0 .2 5 A tg 6 K , - H 6 式中h 一一排土堆上部小三角形之高 m 索斗铲的卸载半径 R s R 0 .7 5 E 式中 E 一 一 - 索斗铲底盘直径， m ; R 作业可及距离，m 。 ② R 由解析法可得 H 6 m c t g a H , c t g g H P 0 .2 5 A tg j3 K , , H b 3 -4 3 -5 3 -6 3 - 7 R . K / \ } h 日 } \s4 A A 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 辽宁工程技术大学硕士学位论文 第 价 页 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 b A H , Hz A ， H 排土带横断面积 3 - 8 S ” 一 A - H 。 一 工 A h 一 H ..A 一 0 .2 5 A - tQ l 2 r一 ‘ 3 -9 由式 3 -1 , 3 -8 和 3 -9 可得排土堆高度 H , K , - H十 0 .2 5 矛t9/3 3 - 1 0 ② R 由解析法可得 H z m c tg a H p tg 6 3 - 1 1 RR十 H, c t g a R , 尺 ’ 0 .7 5 E 3 - 1 2 3 - 1 3 式中 H H z 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。 辽宁工程技术大学硕上学位论文 第 i s 页 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 , m ; L - - 为计算而设的中间距离， m; R’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; S 再倒堆面积， m2; 中 再倒堆系数，; 其他符号同前。 由解析法可得 R H m c t g a K ., H c t g 刀 3 - 1 4 L H m 一 H , - c tg a c t g R “ R 一 H ,c tg “ 一 R “ 一 1 L H m 一 H , 一 1 L4一 R “tg 6 3 - 1 5 3 - 1 6 3 - 1 7 功 S 2 L H m H , 一 L 一 R “ tg / 3 3 - 1 8 K s K H - AK - H - A K S 三设备选型 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。 竺二竺垫些逊竺竺竺址一一一一一一第 ’ 9 页 一般1 5 m’ 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 ES H 2 0 . 1 0 0 ES H 2 5 . 1 2 0 ES H 3 0 . 1 1 0 ES H 4 0 . 1 3 0 ES H 6 5 . 1 0 0 ES H 1 0 0. 1 2 5 斗 容 悬臂长 阴m 3 5 3 0 0 6 0 3220560 咒12562 329564 329066 346362 动臂倾角 “ 顶端负荷 最大 t f 作业循环时间 一级土壤s e c 最人卸载高m 最大挖掘深度m 最大卸载半径m 平台后部离地间距m 支座直径m 接地比压MP a 脚座尺寸 长宽 m 工作重量t 提升机构功率k w 回转机构功率k w 牵引机构功率k w 行走机构功率k w 电网电动机功率k w 电网供电电压 k v 驱动类型 4 5 4 6 9 1 1 . 6 1 5 . 3 0 . 1 0 3 0 . 1 8 7 1 4/ 2 . 9 1 9 0 0 21 1 2 0 4 2 5 0 2 1 1 2 0 2 6 3 0 2 5 0 0 6 带可控硅 的发电一 电动机组 5 2 . 4 5 7 1 1 7 . 7 2 . 4 4 1 8 0 . 1 3 7 / 0 . 2 1 7 . 2/ 3 . 9 6 3 4 0 0 3 1 1 2 0 4 6 0 0 3 1 1 2 0 2 6 3 0 2 2 2 5 0 1 0 带可控硅 的发电一 电动机组 4 6 . 2 5 3 1 0 3 . 2 . 4 4 1 8 0 . 1 3 7 / 0 . 2 1 7 . 2/ 3 . 9 6 3 4 2 0 31 1 2 0 4 6 0 0 3 1 1 2 0 2 6 3 0 2 2 2 5 0 1 0 带可控硅 的发电一 电动机组 5 6 6 0 1 2 3 2 . 8 4 2 3 . 5 1 2 5 / 0 . 2 1 8/ 3 . 9 5 4 6 0 6 1 1 2 0 6 6 0 0 4 1 1 2 0 4 6 3 0 4 2 2 5 0 1 0 带可控硅 的发电一 电动机组 3 8 . 5 4 6 9 7 . 6 2 . 8 4 2 3 . 5 0 . 1 2 5 / 0 . 2 1 8 . 3/ 9 5 4 6 0 8 1 1 2 0 6 6 0 0 61 1 2 0 4 6 3 0 4 2 2 5 0 1 0 带可控硅 的发电一 电动机组 5 6 5 2 1 1 8 2 . 7 5 2 7 0 . 1 8 / 0 . 2 6 5 2 2 . 5/ 4 . 7 4 1 0 0 0 0 4 2 5 0 0 8 1 0