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主办单位:煤炭科学研究总院出版传媒集团、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

“露天煤矿绿色智能开采技术研究进展”专题

来源:煤炭科学技术

2003年以来,在确保煤矿安全高效开采和环境效应并重大背景下,露天煤矿的建设进入了快速发展期。露天煤矿开采顺应趋势,推动物联网、云计算、大数据、人工智能、自动控制、移动互联网、机器人化装备等与现代露天采矿技术深度融合,促进全面感知、实时互联、分析决策、自主学习、动态预测、协同控制的智能化矿山建设,进一步有效改善现场作业安全条件,实现无人则安、少人则安,促进露天煤矿增效、降费、减人、节能、减排,消除煤炭开采对环境产生的负效应,实现露天煤矿安全高效绿色开采。为了交流和展示近年来我国在露天开采理论、技术、工艺装备、绿色矿山建设等方面取得的新成果,探讨未来露天煤矿绿色智能化开采发展趋势。组织策划“露天煤矿绿色智能开采技术研究进展”专题,限于篇幅,刊登学术论文11篇,以期促进露天煤矿绿色智能矿山的建设与发展。

行业视野

智能化

类别

39个

关键词

54位

专家

10篇

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  • 作者(Author): 丁小华, 原文杰, 解祯, 李爱和, 祁茂富, 刘晓明, 肖双双

    摘要:露天矿爆破施工要求破碎块度均匀,大块率低,高效发挥铲装、运输设备效率,而矿山岩体可爆性评价是爆破参数优化、质量提高、成本控制的重要依据。为了对岩体可爆性进行科学分级,选择岩石普氏系数、抗拉强度、岩石密度、岩石纵波速度、岩体纵波速度5个指标建立了岩体可爆分级指标体系,确定了岩体可爆性分级标准,计算出了岩体可爆性分级指标的云数字特征,生成了各指标隶属各岩体可爆性等级的云模型,提出了基于综合赋权云模型的岩体可爆性分级方法。将分级模型应用于平朔东露天煤矿,结果表明:东露天煤矿泥岩、砂质泥岩、粉砂岩的可爆性等级均为A,确定度分别为0.5855、0.5844、0.3497;细粒砂岩的可爆性等级为C,确定度为0.1494;中粒砂岩、粗粒砂岩、泥灰岩的可爆性等级均为B,确定度分别为0.2532、0.2129、0.3288。确定度能够精确反映各岩体与各可爆性等级间的隶属程度,有利于更准确地计算炸药单耗,结论的可信度及实用性更高。
  • 作者(Author): 赵红泽, 郭心灵, 郭帅, 李志伟, 王宇新, 孙健东, 李淋, 白玉奇

    摘要:近年来,随着露天采矿工艺设备的发展和采矿技术的进步,生产规模的大型化成为全球露天煤矿的主要发展方向,而生产规模的扩大带来了矿山生产设计与现场生产组织管理的复杂化,因此合理的生产规模对于露天矿生产非常重要。针对目前黑岱沟露天矿高产能高推进强度下进入二采区后,由于地质条件变化在该矿的北部采用松动爆破-单斗卡车作业,而在该矿南部抛掷爆破-拉斗铲倒堆作业,这种南北分区开采方案后合理生产能力的确定问题,提出一种通过时空推演模拟来确定露天矿合理产能的方法。通过分析影响开采程序的现场因素,设定相应的约束条件,建立生产过程各工序之间的约束方程以及目标函数,利用时空推演的方法,对露天矿各生产环节进行了290 、300 、310 、320 m/a不同生产强度下各工序接续环节的时空推演,找出生产过程中的瓶颈环节并对其进行不断的优化升级,保证不同工艺各工序之间的正常高效接续。研究结果表明:黑岱沟露天矿进入二采区以后,在现有设备设备能力条件下,通过对各工序的推演模拟,得出分区开采的采场最佳的推进强度为310 m/a;依据相应的矿山设备组合能力和费用效率,确定分区开采的合理生产规模为3200万t/a。结果可为该矿原煤生产的顺利接续和矿山产能的稳定发展提供了技术依据与理论支撑。
  • 作者(Author): 曹兰柱, 黄浩轩, 王东, 王珍

    摘要:针对含有断层、软弱夹层的露天矿边帮压煤问题,从控制边坡稳定性的角度出发,结合胜利东二露天矿南帮边坡工程实际情况,运用极限平衡法、数值模拟等方法和手段,研究了不同煤柱留设长度边坡稳定性变化规律,确定了横采内排跟踪距离及横采工作帮坡角对南帮边坡稳定性的影响。研究结果表明、胜利东二露天矿南帮的滑坡模式为剪切圆弧-顺层滑移;当滑坡区F8断层上盘留有煤柱时边坡稳定性系数均小于1.0,且留设煤柱越长边坡稳定性越小;当清理F68断层上盘滑坡体小于100 m时南帮边坡稳定性有所提高,但变化较小;考虑到实际剥采工程发展过程中采运设备布置空间需要及安全问题,最终确定横采内排跟踪距离为10 m、横采工作帮留1个工作平盘。
  • 作者(Author): 王东, 郭富宁, 曹兰柱, 李广贺

    摘要:为解决复合煤层露天矿软岩边坡形态参数优化这一难题,从对影响边坡稳定性关键因素的分析出发,采用刚体极限平衡理论和FLAC3D数值模拟软件相结合的方法,结合露天矿采场自上而下逐水平形成的特点,提出了一种顺倾层状边坡参数逐阶段优化方法,将该方法应用于白音华一号露天矿北帮边坡,分4个阶段优化设计了该矿北帮复合煤层软岩露天矿边坡空间形态。研究结果表明:白音华一号露天矿北帮边坡滑坡模式以剪切圆弧为侧界面,以煤层顶、底板弱层为底界面的切层-顺层滑动;经逐阶段优化后,1煤的底板弱层以上台阶边坡角为12°,边坡平台宽为25 m;2煤的顶板弱层以上台阶边坡角为22°,边坡平盘宽为30 m;3-1煤的底板弱层以上台阶边坡角为15°,边坡平盘宽为54 m;3-2煤的底板弱层以上台阶边坡角为14°,边坡平盘宽为25 m;北帮最终设计边坡角由原设计13°提高至15°,多采煤量为443万t,多剥离岩量167万m3;经优化设计确定的复合煤层软岩露天矿边坡形态参数,可弥补采用传统方法设计造成的边坡角偏小的不足,实现经济效益最大化。
  • 作者(Author): 赵洪宝, 魏子强, 罗科, 苏泊伊, 任朝朋, 伍国明

    摘要:为了研究河曲旧县露天煤矿内排土场边坡在降雨饱水工况下的稳定性状态以保证边坡体西侧选煤厂等建筑物的安全,首先,利用FLAC3D软件采用强度折减法确定了其潜在滑移面,并通过FISH语言建立了潜在滑移面的拟合模型,利用极限平衡计算软件Geo-slope分析计算了现状边坡与终了排弃边坡在自然工况和暴雨工况下的整体稳定性,其次,对边坡体采用不同压脚参数的各个工况条件进行模拟计算,得到不同条件下的安全系数与滑体剪出口位置。研究结果表明:在自然工况下,现状边坡与终了排弃边坡都能达到稳定或基本稳定状态;而在暴雨工况下,边坡体基底出现弱层,同时坡体力学参数严重弱化,安全系数骤降,滑面与滑体范围扩大,滑体由从坡脚剪出扩大为从基底弱层剪出,各个典型剖面的安全系数与自然工况下相比降低20%~30%,失稳概率极大,根据排土场的具体情况确定采用压坡脚工艺提高排土场稳定性并优化了压脚高度与宽度工艺参数,采取宽度40 m、高度20 m的压脚方式确保边坡的稳定性。
  • 作者(Author): 宋子岭, 赵东洋, 张宇航, 贾正昭, 范军富, 王荣海

    摘要:我国煤炭露天开采由于比井工开采具有明显的优越性而得到了快速发展,然而由于大部分露天煤矿区位于内蒙古、新疆等生态脆弱地区,露天开采对当地的生态环境造成了极大的影响与破坏。以神华北电胜利一号露天煤矿为例,为一大型露天煤矿,位于草原生态环境地区,其开发对草原生态环境影响较大,为评价露天开采对矿区生态环境影响程度,提出了露天煤矿绿色度评价评价方法,建立矿区生态环境评价指标体系和评价模型、评价标准,并对胜利一号露天煤矿评价指标进行量化,进行了露天煤矿综合绿色度指标评价。研究结果表明:胜利一号露天煤矿综合绿色度指标为0.707,达到了“良”的标准,为我国现有的大型露天煤矿中得分是相对较高的;胜利一号露天煤矿的一级指标中“固体环境”、“生态环境”得分较低,是露天煤矿生态环境的薄弱环节;二级指标中“土地占用”指标、“矿区地形条件”指标,“污染控制与废物利用”指标、“重建生态资源保护利用”指标等得分较低,并提出了改善其得分的技术与管理措施;通过对“水环境”、“大气环境”中三级指标分析,得出了15个得分较低的三级指标,并对其中10个指标提出了改善措施,其他5个指标是客观因素造成的。
  • 作者(Author): 刘威, 郭直清, 黄敏, 白润才, 徐煦, 王东, 刘光伟, 赵景昌

    摘要:大型设备是露天矿开采工艺系统的重要组成部分,设备的有效利用直接决定着露天矿的生产效率。为解决露天矿典型设备的故障预测问题,降低设备的故障率和维修成本,提出了一种基于马尔科夫蒙特卡罗方法的露天矿典型设备故障发生时间预测算法,该算法利用马尔科夫蒙特卡罗方法(MCMC)对设备故障数据进行抽样估计,获得设备故障发生次数所对应的齐次泊松过程的参数λ,然后根据浴盆曲线性质,不断对λ进行修正和拟合,确定设备当前状态下故障发生次数的泊松分布参数的值λc,再利用齐次泊松过程中随机点的点间间距是相互独立的指数分布随机变量序列的性质,将λc的倒数作为指数分布参数的估计值,确定设备故障发生时间间隔所服从的指数分布,进而利用指数分布预测设备故障发生时间。研究结果表明:设备故障发生次数所服从的泊松分布参数随时间动态变化;设备故障维修时长随设备使用年限的增长而逐渐变长(设备发生中型及以上故障次数增多);所提出的算法经修正尺度简缩因子验证,具有合理性和有效性,能够用于对露天矿典型设备的故障预测。数值模拟结果显示:在外部环境不发生明显变化时,该算法能够精确、有效的预测露天矿典型设备的故障发生时间和故障类别,不仅能为企业科学制定设备预防性维修计划提供依据,而且能为智慧露天矿建设提供有效的基础决策数据。
  • 作者(Author): 刘光伟, 于秋宇, 李浩然, 李继, 张波, 魏亚龙

    摘要:如今矿山测绘采用最多的是全站仪以及GPS-RTK动态测量技术,对于矿区中一些比较陡峭大坡度区域,以及深沟区域,测绘人员往往无法到达,在高陡边坡采集数据时也会存在测量安全隐患。此外,大型露天矿区开采范围大,开采水平多,单点测量需要大量的人力物力,不仅增大了劳动强度,还降低了工作效率。因此在伊敏露天矿测量验收中,采用的传统数据采集方式亟待改进,对于其测量验收方式的也需改变。为了满足高寒地区露天矿测量验收的实际需求,提出采用飞马D200作为飞行平台,利用D-OP200倾斜模块,飞马D200为飞行控制与管理系统的无人机整体解决方案,对无人机能否在高寒地区正常完成测量工作进行了现场飞行试验。在低温、大风、雨雪等特殊环境下的无人机进行了飞行试验并对无人机移动测量数据进行采集与处理。结果表明:在伊敏矿区受各种恶劣天气交叉影响的条件下,全年仍有80%的工作日无人机可正常飞行作业;飞行测试中的单点误差均小于0.05 m,实景建模算量与实测采剥量的误差在5%范围内,满足矿方测量验收的算量精度。

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