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单斗一卡单斗一倒堆剥离拉斗铲规格选择 摘要 露天矿倒堆剥离拉斗铲规格选择的核心是确定勺斗容积和线性尺寸. 拉斗铲选择涉及矿床赋存条件、露天矿年产量要求及剥采作业多项因素, 传统方法难以做出优化选择. 提出了拉斗铲选择的基本思路与方法, 在系统分析与初步选型的基础上, 采用计算机模技术, 可对拉斗铲类型、规格、台数等做出选择, 并对拉斗铲作业方式、剥离台阶开采参数等技术要素进行综合优化决策. 关键词 倒堆剥离; 拉斗铲; 规格; 选择 露天矿倒堆剥离用拉斗铲属巨型设备, 它集剥离的采掘、运输和卸载为一体, 年剥离量以107 m计.针对具体矿山的需要, 拉斗铲的选择应回答 1 勺斗容积, 2 作业半径, 3 挖掘深度, 4 卸载高度等主要问题. 其中尤以前2 项, 即拉斗铲勺斗容积及作业半径的选择更为基本[ 1～ 3 ]. 拉斗铲选择所涉及的因素甚广, 主要有 1 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 拉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. 1 拉斗铲选择的基本思路与方法 1. 1 拉斗铲规格选择的步骤 第1 步 根据采煤年产量的要求, 计算工作线年推进速度, 初步确定倒堆剥离台阶高度, 得出拉斗铲应承担的年剥离量. 然后粗算拉斗铲勺斗容积, 进而参照已有拉斗铲系列规格, 由勺斗最大悬吊质量选择拉斗铲臂架长度及倾角. 初选拉斗铲方案可能不止1个. 第2 步 按照上述初步选择的拉斗铲及其作业方式, 建立计算机模型进行模拟开采, 得出剥离工作面的一系列参数, 进而对初选拉斗铲进行验算,或做必要的修改、补充. 如有必要, 上述迭代步骤可继续进行, 直至得出满意的结果. 第3 步 按照已选定的拉斗铲规格及作业方式, 对不同开采参数如剥离台阶高度、采掘带宽度等 进行敏感性分析, 以检验或修改上述参数. 1. 2 拉斗铲勺斗容积的初步选择 露天矿工作线年推进速度 v A p/hcL C, 1 式中 A p 为露天矿毛煤原产量, t/a; hc 为煤层厚度,m; L 为采煤工作线长度, m; C为煤层平均容重, t/m. 年剥离量为 A s H L ′v, 2 式中 H 为剥离段高,m; L ′为剥离工作线长度,m. 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http// 拉斗铲计算斗容 V 0 A s/A0, 3 式中 A 0 为单位斗容的年生产能力国际经验数字A 0 20～ 32 万m/ma , 平均按25～ 26 万m/ma 估算. 考虑抛掷爆破及重复倒堆两项因素后, 拉斗铲斗容 V V 0 1 - L G , 4 式中 L为爆破有效抛掷系数; G为拉斗铲重复倒堆率, 或称再倒堆系数. 1. 3 拉斗铲臂架规格的初步选择 在厂商提供的拉斗铲设备规格表中, 有额定悬挂荷重Rated Suspension Load 一项, 可以按照额定斗容来选择所需的斗臂规格.所需悬挂荷重 W VU , 5 式中U 为单位斗容荷重, 可按2. 97 t/m计算. 此处单位斗容荷重2. 97 t/ m 系由下述两项 组成 1 勺容自重, 介于0. 89～ 1. 25 t/ m 之间, 可 按1. 19 t/ m计; 2 松散物料容重, 参照多种剥离 物料的实体容重及其松胀系数, 按1. 78 t/ m计[ 2 ]. 对于某一型号的拉斗铲, 根据斗容及其相应的悬挂荷重, 即可初选拉斗铲臂架长度及其倾角.如果该型号拉斗铲不能满足所需斗容或臂架规格的要求, 可以选择其他型号. 如果现有系列拉 斗铲皆不能满足要求, 还可提出所需规格向厂家订货. 毕竟大型拉斗铲属于专用设备, 在设备性能上应更强调其专用性, 而不是通用性. 2 模拟开采及综合优化选择 2. 1 对拉斗铲选型多种影响要素的处理如前所述, 影响拉斗铲选择的因素很多, 就开采要素而言, 主要有拉斗铲作业方式、剥离工作面尺寸、抛掷爆破效果等. 现有计算方法多按不同开采方式绘出图形, 用公式计算所需拉斗铲的勺斗容积及线性尺寸. 在此基础上, 厂家也绘出相应的列线图, 供开采尺寸与拉斗铲规格的综合选择[ 4～ 6 ]. 传统计算方法很难充分反映各项开采要素对拉斗铲选型的影响, 也难以一次做出优化选择. 例如, 式4 中爆破有效抛掷系数L及拉斗铲重复倒堆率G, 初选拉斗铲时只能估计, 待进一步准确确定L及G值后, 再返回检查初选结果是否可行, 并进行必要的修正. 为此, 我们采用计算机模拟开采技术, 有利于综合考虑多项因素, 通过必要的反复迭代运算, 得出综合优化结果. 2. 2 拉斗铲模拟开采数学模型的建立① 模拟开采数学模型流程图见图1. 其若干要点如下 图1 拉斗铲模拟开采数学模型流程图 F ig. 1 F low chart of the mathematical model for dragline simulation m ining 1 输入备选系列中各型号拉斗铲的主要规格,如斗容、作业半径、底盘直径等; 2 按照不同的开采方式, 分别进行模拟开采及计算, 对备选系列中不同型号拉斗铲分别进行试算, 选择适用型号及相应技术指标; 3 系列中所有拉斗铲型号均不能满足要求时,可采取技术措施, 例如留三角煤柱, 选择系列外斗容或作业半径等, 再做迭代计算寻优; 4 对于不同的开采参数, 如台阶高度、开采宽度等, 可输入不同参数方案, 得出不同结果, 以便进行敏感度分析, 并对比寻优. 3 研究实例 某露天煤矿设计原煤生产能力12M t/a, 拟扩建至16M t/a, 采用拉斗铲倒堆剥离深部岩层. 煤层平均可采厚度24 m , 埋藏倾角不超过3～ 5. 现将对该矿所做单铲倒堆方案扼要介绍如下. 应用模拟开采数学模型对拉斗铲扩展平台倒堆方式8 个方案的计算结果如表1 所示; 方案开采断面如图2. 表1 单铲作业方案群计算结果 Table 1 Resul ts of a l terna tives for single dragl ine opera tion 注 b 为三角煤柱底宽, h 为高度; V 为所选拉斗铲斗容; R 为所选拉斗铲作用半径. 图2 段高采宽 5055 方案 拉铲斗容85. 5 m, 作用半径121. 9 m F ig. 2 The alternative for bench heigh t cut w idth 50 m50 m for V 85. 5 m 3 and R 121. 9 m 分析表1 可知 1 采用单铲倒堆时, 需要选择的拉斗铲类型相当于B- E 公司系列中的2570W S 型拉斗铲, 即现有拉斗铲中最大规格的档次. 2 单铲扩展平台倒堆可以满足剥离段高度为50 m , 采宽为50 m 的剥离能力. 当开采参数超过此限时, 需要留不同尺寸的煤柱, 从而引起煤炭损失量的增加和生产剥采比的提高. 3 对于单铲倒堆方式, 可以认为合理开采参数为 剥离段高50 m , 采宽50 m. 其完成的年剥离量约为26Mma, 大致与扩产4M ta 煤产量相应的年剥离量相等. 三角煤柱尺寸如图3 所示. 图3 煤柱尺寸 F ig. 3 The size of coal p illar 参考文献 [1 ] Kennedy B A. Surface m ining 2nd edition [M ]. L ittleton SMM E Inc, 1990. 6362655. [2 ] Bucyrus2Erie Company. W alk ing draglinesTerm in2 ology app lication selection[Z]. 2001. 1224. [3 ] The M arion D ivision of INDRESCO Inc. The fundamentals of the dragline 6th edition [ Z ]. 1993. 1228. [4 ] M ichaud L H, Calder P N. The development of a computerized dragline m ine p lanning package utilizing interactive computer graph ics [ J ]. C IM Bulletin, 1993, 86 973 37242. [5 ] Sm ith B, W atts R. Selecting a new dragline [ J ]. World Coal, 2001, 10 3 11216. [6 ] Carter B A. B lack Thunder boosts p roduction w ith M ineStar[J ]. CoalA ge, 2001, 12 35237.__