黑岱沟露天煤矿断陷带区域抛掷爆破-拉斗铲倒堆工艺参数优化.pdf

第4 5 卷第l O 期 2 0 2 0 年1 0 月 煤炭学报 J O U R N A LO FC H I N AC O A LS O C I E T Y V 0 1 ．4 5 O c t ． N o ．1 0 2 0 2 0 移动阅读 赵景昌，孙健东，白润才，等．黑岱沟露天煤矿断陷带区域抛掷爆破一拉斗铲倒堆工艺参数优化[ J ] ．煤炭学报， 2 0 2 0 ，4 5 1 0 3 4 5 3 3 4 6 1 ． Z H A OJ i n g c h a n g ，S U NJ i a n d o n g ，B A IR u n c a i ，e ta 1 ．O p t i m i z a t i o no fo v e r c a s t i n gb l a s t - d r a g l i n ec a s t i n gm i n i n gt e c h n o l o - g Ys y s t e m ’Sp a r a m e t e r si nf a u l ts u b s i d e n c ez o n eo fH e i d a i g o uO p e n p i tC o a lM i n e [ J ] ．J o u r n a lo fC h i n aC o a lS o c i e t y ， 2 0 2 0 ，4 5 1 0 3 4 5 3 3 4 6 1 ． 黑岱沟露天煤矿断陷带区域抛掷爆破一拉斗铲倒 堆工艺参数优化 赵景昌1 ’2 ，孙健东3 ，白润才1 ’2 ，王东1 ’2 ，刘喜顺4 ，徐钟馗4 ，唐晓骞4 1 ．辽宁工程技术大学矿产资源开发利用技术及装备研究院，辽宁阜新1 2 3 0 0 0 ；2 ．辽宁工程技术大学矿业学院，辽宁阜新1 2 3 0 0 0 ；3 ．华北 科技学院，河北三河0 6 5 2 0 1 ；4 ．神华准能黑岱沟露天煤矿，内蒙古鄂尔多斯0 1 0 3 9 9 摘要黑岱沟露天煤矿二采区煤层断陷带的存在使抛掷爆破一拉斗铲倒堆工艺无法按正常区域 设计与施工，影响原煤生产接续。通过分析断陷带断层对抛掷爆破高台阶稳定性、钻机倾斜穿孔有 效深度、抛掷爆破有效抛掷率等方面的影响，确定了断陷带影响范围。按倒堆与采煤工作线推进度 一致原则，建立了抛掷爆破台阶高度、原煤厚度与倒堆系统生产能力之间的函数关系，并结合倒堆 系统作业能力分析、有效抛掷率与抛掷爆破台阶高度之间的关系曲线方程、煤层厚度变化情况等， 初步确定了断陷带影响区域各采掘带抛掷爆破台阶高度，在此基础上，根据穿孔设备纵、横向作业 坡度限制对抛掷爆破台阶顶盘面进行调整，优化确定了断陷带影响区域各采掘带合理的抛掷爆破 台阶高度。根据不同抛掷爆破台阶高度条件下爆堆曲线拟合结果，对拉斗铲站立水平高度与倒堆 系统各环节作业量进行分析，建立了拉斗铲站立水平高度与原煤生产能力、原煤平均厚度之间的函 数关系，并根据各采掘带煤层平均厚度、拉斗铲倒堆作业量等，确定了断陷带影响区域各采掘带拉 斗铲站立水平高度。根据断陷带区域地质条件变化，优化确定的抛掷爆破一拉斗铲倒堆工艺参数， 可指导黑岱沟露天煤矿实现过断陷带期间安全、高效生产，确保原煤生产接续。 关键词断陷带；抛掷爆破；拉斗铲；倒堆工艺；参数优化 中图分类号T D 8 2 4文献标志码A文章编号0 2 5 3 - 9 9 9 3 2 0 2 0 1 0 - 3 4 5 3 - 0 9 O p t i m i z a t i o no fo v e r c a s t i n gb l a s t - d r a g l i n ec a s t i n gm i n i n gt e c h n o l o g ys y s t e m ’S p a r a m e t e r si nf a u l ts u b s i d e n c ez o n eo fH e i d a i g o uO p e n - p i tC o a lM i n e Z H A OJ i n g c h a n 9 1 ”，S U NJ i a n d o n 9 3 ，B A IR u n c a i ’”，W A N GD o n g ’”，L I UX i s h u n 4 ，X UZ h o n g k u i 4 ，T A N GX i a o q i a n 4 1 ．I n s t i t u t eo f M i n e r a lR e s o u r c e sE x p l o i t a t i o na n dU t i l i z a t i o nT e c h n o l o g y E q u i p m e n t ，F u x i n1 2 3 0 0 0 ，C h i n a ；2 ．S c h o o lo f M i n i n g ，L i a o n i n gT e c h n i c a lU n i - v e r s i t y ，F u x i n1 2 3 0 0 0 ，C h ／n a ；3 ．N o r t hC h i n aI n s t i t u t eo f S c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，S a n h e0 6 5 2 0 1 ，C h i n a ；4 ．1 t e i d a i g o uO p e n - p i tC o a lM i n e ，S h e n h u aG r o u p Z h u n g e ’e rE n e r g yC o ．，L t d ．，O r d o s0 1 0 3 9 9 ，C h i n a A b s t r a c t T h ef a u l ts u b s i d e n c ez o n eo ft h ec o a ls e a mi nN o ．2m i n i n gd i s t r i c to fH e i d a i g o uO p e n p i tC o a lM i n em a k e s t h eo v e r c a s t i n gb l a s t - d r a g l i n eo v e r c a s t i n gm i n i n gt e c h n o l o g ys y s t e mu n a b l et ob ed e s i g n e da n dc o n s t r u c t e da st h en o r - m a la r e a ．w h i c ha f f e c t st h ec o n t i n u i t yo fr a wc o a lp r o d u c t i o n ．T h ei n f l u e n c er a n g eo ft h ef a u hs u b s i d e n c ez o n ei Sd e t e r - m i n e db ya n a l y z i n gt h ei n f l u e n c eo ff a u l t so nt h es t a b i l i t yo fh i g hb e n c ho fo v e r c a s t i n gb l a s t ，t h ee f f e c t i v ed e p t ho fi n c l i n e dp e r f o r a t i o no fd r i l l i n gr i ga n dt h ee f f e c t i v et h r o w i n gr a t eo fo v e r c a s t i n gb l a s t ．A c c o r d i n gt ot h ep r i n c i p l eo ft h e 收稿日期2 0 1 9 - 0 7 - 2 9修回日期2 0 1 9 一l O 一1 3责任编辑陶赛D o I 1 0 ．t 3 2 2 5 ／j ．c n k i ．j C C S ．2 0 1 9 ．1 0 5 3 基金项目国家自然科学基金资助项目 5 1 8 7 4 1 6 0 ；辽宁省教育厅高等学校基本科研项目 L J 2 0 1 7 F A L 0 1 5 作者简介赵景昌 1 9 7 4 一 ，男，内蒙古赤峰人，讲师，博士。T e l 0 4 1 8 5 1 1 0 0 4 0 ，E m a i l I n t u z j c 1 2 6 ．c o m 通讯作者孙健东 1 9 8 8 一 ，男，江苏徐州人，讲师，博士。T e l 0 3 1 6 6 1 5 9 1 4 1 7 ，E m a i l s j d _ x x 1 2 6 ．c o r n 万方数据 煤炭学报 2 0 2 0 年第4 5 卷 c o a lm i n i n ga n dc a s t i n gw o r k i n gb e n c h e sa d v a n c i n gr a t ee q u a l i t y ，t h ef u n c t i o n a lr e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h eh e i g h t so f o v e r c a s t i n gb l a s tb e n c h ，t h et h i c k n e s so fr a wc o a la n dt h ep r o d u c t i o nc a p a c i t yo fc a s t i n gm i n i n gt e c h n o l o g ys y s t e mi s e s t a b l i s h e d ，c o m b i n i n gw i t ht h ea n a l y s i so ft h ep r o d u c t i o nc a p a c i t yo ft h ed r a g l i n ec a s t i n gs y s t e m ，t h ec u r v ee q u a t i o no f t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ee f f e c t i v eo v e r c a s t i n gr a t ea n dt h eo v e r c a s t i n gb l a s tb e n c hh e i g h t ，a n dt h ev a r i a t i o no ft h e c o a ls e a mt h i c k n e s s ，t h eo v e r c a s t i n gb l a s tb e n c hh e i g h ti nt h em i n i n gp a n e la f f e c t e db yt h ef a u l td e p r e s s i o nz o n ei sp r e - l i m i n a r i l yd e t e r m i n e d ．O nt h i sb a s i s ，t h et o ps u r f a c eo ft h eo v e r c a s t i n gb l a s tb e n c hi sa d j u s t e da c c o r d i n gt ot h el i m i t a - t i o no ft h el o n g i t u d i n a la n dt r a n s v e r s eg r a d i e n t so ft h ed r i l l i n gr i gp e r f o r a t i o n ，t h eo v e r c a s t i n gb l a s tb e n c hh e i g h to f e a c hm i n i n gp a n e li nt h ea f f e c t e da r e ao ff a u l ts u b s i d e n c ez o n ei sd e t e r m i n e d ．A c c o r d i n gt ot h ef i t t i n gr e s u l t so fd i f f e r - e n to v e r c a s t i n gb l a s tb e n c hb l a s t i n gh e a pc u r v e s ，a n a l y z i n gt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h eh e i g h to ft h ed r a g l i n es t a n d i n g b e n c ha n dt h ep r o d u c t i o nq u a n t i t yo fe a c hp a r to ft h ec a s t i n gs y s t e m ，t h ef u n c t i o n a lr e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h es t a n d i n g b e n c hh e i g h to fd r a g l i n ea n dt h ep r o d u c t i o nc a p a c i t yo fr a wc o a la n dt h ea v e r a g et h i c k n e s so fr a wc o a li se s t a b l i s h e d ． B a s e do nt h a t ，a c c o r d i n gt ot h ea v e r a g et h i c k n e s so fc o a ls e a n li ne a c hm i n i n gp a n e la n dt h ec a s t i n ga m o u n to fd r a g - l i n e ，t h es t a n d i n gb e n c hh e i g h to fd r a g l i n ei ne a c hm i n i n gp a n e li nt h ea f f e c t e da r e ao ff a u l ts u b s i d e n c ez o n ei sd e t e r - m i n e d ．A c c o r d i n gt ot h ev a r i a t i o no fr e g i o n a lg e o l o g i c a lc o n d i t i o n si nt h ef a u l t - s u b s i d e n c ez o n e ，t h eo p t i m i z e dp a r a m e - t e r so fo v e r c a s t i n gb l a s t i n g d r a g l i n ec a s t i n gm i n i n gt e c h n o l o g yc a ng u i d eH e i d a i g o uO p e n p i tC o a lM i n et or e a l i z es a f e a n de f f i c i e n tp r o d u c t i o nd u r i n gt h ep e r i o do fo v e r f a u l t - s u b s i d e n c ez o n ea n de n s u r et h ec o n t i n u i t yo fr a wc o a lp r o d u c t i o n ． K e yw o r d s f a u l ts u b s i d e n c ez o n e ；o v e r c a s t i n gb l a s t ；d r a g l i n e ；c a s t i n gm i n i n gt e c h n o l o g y ；p a r a m e t e r so p t i m i z a t i o n 黑岱沟露天煤矿是我国自行设计、白行施工的特 大型露天煤矿，原设计原煤生产能力1 2 ．0M t ／a 。 2 0 0 3 年黑岱沟露天煤矿进行拉斗铲倒堆工艺技术改 造，原煤生产能力提高至2 0 ．0M t ／a ，并从此形成了独 具特色的多种工艺联合的综合开采工艺上部黄土采 用轮斗一胶带连续开采工艺 受地形条件及开采强 度影响，目前已停用 ，中部部分岩石采用单斗一卡车 工艺，煤层顶板以上约4 5m 厚岩石 具体厚度视煤 层厚度、开采强度等条件确定 采用抛掷爆破一拉斗 铲倒堆工艺，煤层采用单斗一卡车一地表半固定破碎 站半连续开采工艺⋯。2 0 11 年，黑岱沟露天煤矿再 次进行扩能技术改造，生产规模由2 0 ．0M t ／a 扩大至 2 9 ．0M t ／a 。目前该矿的核定生产能力为3 4 ．0M t ／a 。 为了提高黑岱沟露天煤矿二采区勘探程度，2 0 1 0 年1 0 月，神华地质勘查有限责任公司对该区进行了 补充勘探。通过此次补勘，在二采区西部0 ．9k m 2 范 围内发现9 条断层，其中D F 5 与D F 6 两条正断层形 成煤层断陷带，最大落差达1 8m 。 2 0 1 7 年末，黑岱沟露天煤矿完成由首采区向二 采区转向，转向后二采区工作线南北方向布置，向东 推进。 根据黑岱沟露天煤矿目前产量规模与开采技术 条件推算，二采区采煤工作面于2 0 1 9 年末推进至煤 层断陷带。由于断陷带断层的存在，导致煤层局部陷 落或隆起，拉斗铲倒堆实体台阶高度也随之发生剧烈 变化，使抛掷爆破一拉斗铲倒堆工艺实施难度较大， 相关参数不能按正常开采区设计，须做重大调整，否 则难以保证原煤生产接续。 笔者在对断陷带区域地质条件、抛掷爆破台阶高 度与有效抛掷率、抛掷爆破一拉斗铲倒堆工艺生产能 力、拉斗铲倒堆作业条件等进行深入分析的基础上， 对过断陷带期间抛掷爆破台阶高度、拉斗铲站立水平 高度等参数进行了优化设计，以确保在断陷带地质条 件剧烈变化的情况下，抛掷爆破一拉斗铲倒堆工艺能 够正常施工、原煤生产顺利接续。 1 断陷带影响区域分析 为了分析并确定断陷带对抛掷爆破一拉斗铲倒 堆工艺的影响范围，沿垂直于采场抛掷爆破台阶工作 线方向切割1 8 组横剖面 剖面位置如图l 所示，篇幅 所限，剖面图未一一列出 ，并从抛掷爆破高台阶稳 定性、D M - H 2 钻机倾斜穿孔有效深度、抛掷爆破有效 抛掷率等方面对拉斗铲倒堆各采掘带进行逐剖面分 析，在此基础上，确定断陷带影响范围。 1 ．1 断层对抛掷爆破高台阶稳定性的影响区域 黑岱沟露天煤矿抛掷爆破台阶平均高度约 4 5m ，当断层倾向与台阶坡面顺倾且断层面在台阶坡 面出露时，在爆破震动及其他环境因素的影响下，极 易导致抛掷爆破高台阶沿断层破碎带发生局部片帮， 影响拉斗铲倒堆及下部采煤台阶作业安全。 通过对1 8 组剖面进行逐采掘带分析可知，断陷 带区域内，影响抛掷爆破高台阶稳定性的断层主要为 万方数据 第1 0 期赵景昌等熙岱沟露天煤矿断陷带区域抛掷爆破一拉斗铲倒堆工艺参数优化 罐一 ∥ ，∥ 歹縻 多夕髟 彩髟多 彦钐 y 若＼／7 7∥．汐二／_ ∥f f J f ／X ／／／,物 ∥[ l 江，／∥∥’形聊 协钐“ ／／／缴 絮，；；∥多’，．∥唬缆X ／／A Y ／／／／M彩钐W ／l , ≥谚雪2 三嘭萨弘 穷殄／／／J ／燃．4 钐珍 彰矽“ ／／／ ；纥么勿Y ／／Y ／／；矽X ％∥名；彩／／ ／≯ 爹骺 励钐旌髟名嘭；Y ／／, ／／／／／X 钐“ ／／／／钐么物 Y ／l ,么臻绷 彤X ／／X ／／／,防杉 形钐“ ／／／7 ／／／, 1 0 “ ／／／分配∥爿殇彩∥形；≠殄≯勿彩钐“ ／／／ 9 殇Y ／ZY ／l ,殇彩钐7 ／％髟；∥夕么矽；殇 殇杉∥X ／／毖盔沥X ／M彩∥Y ／l ,∥幺殇 8 ∥幺；Z杉彩绷髟彰／／／2勿杉彭∥Y ／l ,缴 钐黝≯杉殇‘／I ／／,Y ／l ,；／／Z“ ／／／≯“ ／／／／Y ／l , 6 x ／／X ／2 臻彪钐眵彭彩；／／／∥幺／／／A勿殄x ／／ 钐黝锄／／／梦,∥功形彩Y ／／ Y ／l ,∥黝 4 “ ／／／5殇} ／／；／／／乡∥黝 殇殇獭勿杉殇Y ／W ／zY ／／／／／A Y ／／X ／ ／A励杉钐X ／／X ／／／,；殄么殄x ／ ／4 ／／／, l ．1 采掘带I采掘带7采栅带1 3 图1剖面位嚣与断陷，f f j 影响区域 F i g ．I S e c t i o l lp o s i t i o na n di n f l u e n c ea l ‘P ao ff a t , h s u l s i t ] e n c ez f n t - D F 8 逆断层与D F 6 正断层。其中D F 8 逆断层主要影 响第1 ～4 采掘带，D F 6 正断层影响第6 ，7 采掘带。 1 ．2 断层对抛掷爆破高台阶D M - H 2 钻机倾斜穿子L 有效深度的影响区域 在黑岱沟露天煤矿二采区西部煤层断陷带区域 的所有断层中，D F 5 与D F 6 是两条落差最大的正断 层 D F 5 断层落差0 ～1 81 1 1 ，D F 6 断层落差0 ～1 51 1 3 ， 在这两条正断层影响下，6 煤顶、底板整体下陷，形成 r 一种典型的地堑构造。 抛掷爆破高台阶穿孔钻机为美国阿特拉斯公司 生产的D M H 2 型牙轮钻机，钻进角度从蛏直状态以 5 。为一个进量最大倾斜到3 0 。，最大穿孔深度 7 4 ．7m 单根钻杆标准孔深1 3 ．7 4n ，，换杆器可储钻 杆数量为4 根，单根钻杆长度1 5 ．2 4n ， ，但现场实际 应用过程中发现，当按6 5 。倾角倾斜穿孔深度超过 6 01 1 3 时，孑L 底岩粉吹出困难、穿孑L 效率较低，因此， D M - H 2 型牙轮钻机实际合理的最大垂直穿孔深度 5 41 1 1 倾角6 5 。时的最大穿孔深度6 0I n 。 由于D F 5 与D F 6 之间的地堑区煤层整体下降， 导致了拉斗铲倒堆实体台阶高度增加，使第3 ～7 采 掘带部分区域抛掷爆破台阶高度超出了D M H 2 钻 机倾斜穿孔有效深度 6 01 1 1 。 1 ．3 断层对抛掷爆破有效抛掷率的影响区域 断层导致的煤层局部隆起或下陷，对抛掷爆破有 效抛掷率也产生了一定影响。基于现场收集的抛掷 爆破爆堆形态曲线剖面，采用虚拟采样一回归分析方 法预测断陷带区域抛掷爆破爆堆形态【} “，在此基础 上，计算抛掷爆破有效抛掷率，确定断层对抛掷爆破 有效抛掷率的影响区域为第5 ～1 0 采掘带。 综合上述分析，确定断陷带影响区域为第l ～1 0 采掘带 图l 中斜线填充部分 。 本文主要针对上述区域，对抛掷爆破一拉斗铲倒 堆工艺抛掷爆破台阶高度、拉斗铲站立水平高度等参 数进行优化研究。 2 断陷带影响区域抛掷爆破台阶高度优化 2 ．1 抛掷爆破作业量的理论分析 为保证完成原煤计划产量，黑岱沟露天煤矿采煤 工作线年推进度需满足 M 丁2 赢 ‘1 f 。H 。y 、7 式中，7 1 为采煤工作线年推进度，i n ；M 。为年度原煤 计划产量，t ；f 。为原煤工作线长度，m ；H 。为煤层平均 厚度，I l l ；Y 为原煤密度，取1 ．4 7t ／m 1 。 综合开采工艺中剥离工艺的工作线推进度至少 应与采煤工作线推进度保持一致，则各剥离工艺年作 业量分别为 ‰掣华 2 M 。， 寻等 2 ￡⋯，l m y M ．．型 坐 3 ．1 J _ 2 ⋯1 f 。H 。y 、’ 式中，肘m l 为剥离黄土及上部岩石的单斗一专车工艺 年作、J 止量，n i l ；H m ．为单斗一卡车工艺剥离台阶高 度，Ⅱ；f 小，为单斗一譬车工艺剥离台阶工作线长 度，I l l ；M 。。为抛掷爆破后下部岩石的松方量，n ，3 ；H 。． 为抛掷爆破台阶高度，m ；f 。为抛掷爆破台阶工作线 长度，I n ；A 为抛掷爆破松散系数。 由于物料爆破后膨胀，且拉斗铲倒堆作业存在二 次倒堆量，因此抛掷爆破一拉斗铲倒堆工艺实际作业 量比爆破后的岩石松方量大㈤l ，年有效抛掷量及倒 堆系统作业量 松方 分别为 M 型 丛型坠 4 ” f 。H 。y 、7 帆 坐止糍半 5 式中，M ．．为抛掷爆破年有效抛掷量 进入排土场物料 量，n ，3 ；M 。为拉斗铲倒堆系统年作业量，m 3 ；／ H 。 为抛掷爆破有效抛掷率；7 “ ／为拉斗铲二次倒堆量占 比。 2 ．2 抛掷爆破台阶高度设计 2 ．2 ．1 抛掷爆破台阶高度初步设计 1 拉斗铲倒堆系统作业能力分析。黑岱沟露 天煤矿完成由首采区向二采Ⅸ转向后，拉斗铲实际倒 堆工作线已缩短至l5 5 0I l l ，与首采Ⅸ相比，拉斗铲作 万方数据 3 4 5 6 煤炭学报 2 0 2 0 年第4 5 卷 业走行频繁，导致设备作业效率明显下降，且现场实 际生产过程中有效抛掷效率难以保持稳定，因此拉斗 铲倒堆系统实际生产能力将会比理论值低”7J 。 根据矿方统计数据，拉斗铲进入二采区后平均倒 堆作业能力17 8 0 万i T l 3 ／a 。倒堆系统内投入1 台W K 一5 5 斗容5 8I T l 3 、4 辆9 3 0 E 型卡车 额定载重 2 9 0t 参与爆堆上分层剥离与拉斗铲站立平盘拓展 作业。W K - 5 5 生产能力10 0 0 万m 3 ／a ，考虑到进入 断陷带区域后，拉斗铲作业效率下降1 0 ％，因此倒堆 系统生产能力按26 0 0 万m ’／a 计算。 2 抛掷爆破环节作业量。黑岱沟露天煤矿抛 掷爆破典型爆堆横剖面如图2 所示。 图2 不同台阶高度条件的抛掷爆破爆堆剖面 F i g ．2 P r o f i l eo fo v e r c a s t i n gb l a s th e a pw i t hd i f f e r e n tb e n c hh e i g h t s 基于抛掷爆破典型爆堆剖面数据，拟合有效抛掷率基本以0 ．4 ％／m 递增，但超过4 4I l l 后其增速逐渐 率与抛掷爆破台阶高度之间的关系曲线方程 图3 降至0 ．2 ％／m 甚至0 ．1 ％／m ，即抛掷台阶高度与有 f H 。 一0 ．0 0 01 H i 0 ．0 1 19 日。 0 ．0 4 57 效抛掷率呈非线性关系。在黑岱沟露天煤矿的特定 图3抛掷爆破台阶高度与有效抛掷率关系 F i g ．3R e l a t i o n s h i pb e t w e e nb e n c hh e i g h ta n de f f e c t i v e t h r o w i n gr a t eo fo v e r c a s t i n gb l a s t 由图3 可知，台阶高度在3 6 ～4 4I T I 内有效抛掷 岩性、炸药性质以及采用扩展平盘的作业方式下，最 大有效抛掷率约为0 ．3 9 ，考虑到断陷带区域采场推 进方向煤层存在倾角，且受北端帮破碎站布置水平影 响，拉斗铲需要进行升降段作业以克服其站立水平高 度变化，因此取修正系数0 ．9 进行保守设计。 抛掷爆破作为拉斗铲倒堆系统的前置环节，受倒 堆系统作业能力的制约，因此存在合理的抛掷爆破台 阶高度既保证综合开采工艺系统的接续稳定，又尽可 能不降低抛掷爆破有效抛掷率旧o 。根据拉斗铲推进度 确定最大可行的抛掷爆破台阶高度，进而确定有效抛 掷量‘9o ，根据式 4 ， 5 ，可得抛掷爆破台阶高度、原 煤厚度、倒堆系统生产能力之问关系曲面 图4 。 万方数据 第1 0 期赵景昌等黑岱沟露天煤矿断陷带区域抛掷爆破一拉斗铲倒堆工艺参数优化 ， 商 鲁 ≤ R 温 札 州 避 ＼ 蛙 丽 图4 抛掷爆破台阶高度与倒堆系统生产能力、原煤平均 厚度的关系曲面 F i g ．4R e l a l i o n s h i pa m o n gt h eb e n c hh e i g h to fO V P l l c a s t i n g b l a s t ，O V e l ’c a s t i n gs y s l e mp r o c l u c t i o nc a p a c i t ya l l dt h e a v e r a g et h i c k n e s so fr a wc o a l 在倒堆系统不额外增加剥离设备的条件下，倒堆 系统整体生产能力约为26 0 0 万m 3 ／a ，因此根据图4 可以得到原煤厚度与抛掷爆破台阶高度关系，见表 l 。 表1 原煤厚度与抛掷爆破台阶高度关系参考 T a b l e1R e f e r e n c et a b l eo fr e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h er a w c o a lt h i c k n e s sa n db e n c hh e i g h to fo v e r c a s t i n gb l a s t 抛掷爆破台煤层厚抛掷爆破台煤层厚 阶高度／m度／m阶高度／m度／m 3 82 7 ．7 4 5 3 1 ．8 3 92 8 ．24 63 2 ．4 4 02 8 ．7 4 73 2 ．9 4 l2 9 ．24 83 3 ．9 4 22 9 ．7 4 9 3 4 ．9 4 33 0 ．25 03 5 ．9 4 43 085 l3 6 ．9 3 抛掷爆破台阶高度。根据式 5 计算可得断 陷带影响区域各采掘带抛掷爆破台阶高度设计结果， 见表2 。从表2 可以看出，随着煤层厚度的增加，抛 掷爆破台阶高度不断增加，但考虑到现场作业时，抛 掷爆破台阶高度变化不宜频繁，且相邻两幅变化不宜 过大，因此在保证1a 周期单位内 约推进4 幅 不影 响露煤量的前提下，对抛掷爆破台阶高度进行线性均 衡调整 图5 。 均衡后断陷带影响区域各采掘带的抛掷爆破台 阶高度，见表3 。 2 ．2 ．2 基于钻机作业坡度限制的抛掷爆破台阶高度 调整 根据抛掷爆破高台阶钻机作业要求，一般钻机作 表2 抛掷爆破台阶高度设计值 T a b l e2 D e s i g nv a l u e so fo v e r c a s t i n gb l a s tb e n c hh e i g h t I l l 采掘带序号煤层平均厚度抛爆台阶高度 3 0 9 6 3 3 0 5 3 2 ．2 0 3 0 ．8 8 3 l9 2 3 3 ．9 0 3 4 ．5 5 3 4 ．7 8 3 6 ．0 2 3 6 ．0 7 罔5 抛掷爆破台阶高度线性均衡 F i g ．5E q u i l i h l ’i u m f v P I ．c a s t i n gb l a s tb e n c hh e i g h t 表3 均衡后的抛掷爆破台阶高度 T a b l e3 E q u i l i b r a t e do v e r c a s t i n gb l a s tb e n c hh e i g h t 1 1 1 业平盘横向坡度≤3 ％，纵向坡度≤5 ％。考虑到煤层 存在起伏，抛掷爆破台阶高度也是一个理沦值，在表 3 均衡后的抛掷爆破高度基础上，按横、纵向坡度限 制调整抛掷爆破台阶顶面时，尽量使大部分区域台阶 高度接近均衡后的台阶高度。 抛掷爆破台阶顶面坡度调整，分横向与纵向坡度 调整2 阶段完成。 1 基于横向坡度限制的台阶高度调整。抛掷 ∞卯∞躬∞铝∞∞如∞ ●2 3 4 5 6 7 8 9 K 万方数据 煤炭 学报 2 0 2 0 年第4 5 卷 爆破台阶顶面横向坡度调整的原则①在表3 抛掷 爆破台阶高度均衡结果的基础上进行调整，横向坡度 限制≤3 ％；②为保证现场施工作业相对简单，控制 点要相对合理，最终使得抛掷爆破台阶顶面坡度平 缓，尽可能减少坡度调整次数；③抛掷爆破台阶高度 要尽可能控制在所设计的抛掷爆破台阶高度理论值 附近，同时，受北端帮破碎站布置水平限制，抛掷爆破 台阶北区端部应与北端帮路搭接，因此，调整后的抛 掷爆破台阶高度3 5 ≤日。，≤5 5n 1 。 基于上述原则，按横向坡度限制调整后的抛掷爆 破台阶顶面如图6 所示。 一 _ ●●- o 口I1 2 0 ～11 4 0 m ll O O ～112 0m 口l0 8 0 ～l1 0 0 m 口l0 6 0 ～10 8 0 ⋯ l0 4 0 ～10 6 0n 1 l0 2 0 ～10 4 0m 口l0 0 0 ～10 2 0n 1 1 彩黟豸钍。谭 调整后的抛掷爆破台阶顶面横向坡度，见表4 。 表4 抛掷爆破台阶顶面横向坡度 T a b l e4T r a n s v e r s eg r a d i e n to fo v e r c a s t i n gb l a s tb e n c h ％ 采掘带序号横向坡度采掘带序q 横向坡度 1 ．3 ～2 ．460 一1 ．4 21 ．1 ～2 ．071 ．4 ～23 31 ．1 ～2 ．981 ．4 2 ．6 41 ．5 ～2I91 ．3 ～2 ．I 5】．7 ～2 ．8l 1 ．4 ～3 ．0 2 基于纵向坡度限制的台阶高度调整。根据 钻机现场实际作业纵向坡度≤5 ％，在横向坡度调整 的基础上，按纵向坡度限制进一步调整后的抛掷爆破 台阶顶面如图7 所示。 按钻机作业坡度限制调整后断陷带影响区域各 采掘带抛掷爆破台阶平均高度见表5 。 3断陷带影响区域拉斗铲站立水平高度优化 3 ．1 抛掷爆破一拉斗铲倒堆工艺系统作业量理论分 析 由于拉斗铲倒堆与采煤工作面采用追踪式开采 一 蠕壤键、酾 1 2 0 ～ 1 1 0 ～ 1 0 0 ～ 0 9 0 0 8 0 ～ 0 7 0 ～ 0 6 0 ～ 0 5 0 ～ 0 4 0 0 3 0 ～ 0 2 0 ～ 1 3 0m 1 2 0m 1 I Om l O Om 0 9 0m 0 8 0m 0 7 0m 0 6 0m 0 5 0m 0 4 0m 0 3 0m 【矧7 纵横阳坡度调褴后的抛掷爆破台阶顶面 l _ 1 i 晷7 、7 e r c a s t i n gI | a s tb e n hh pS i l l ’f a c eS t e pa f l e ’ l o n g i t u d i n a la l l it r a n s v e r s eg l ’a d i e n ta d j u s t e d 表5 按坡度限制调整后的抛掷爆破台阶平均高度 T a b l e5 A d j u s t e da v e r a g eh e i g h t so fo v e r c a s t i n gb l a s t b e n c h1 1 1 采掘带抛掷爆破台阶采掘带抛掷爆破台阶 序号平均高度序号平均高度 14