吊斗铲倒堆作业过程探讨

专题讲演 吊斗铲倒堆作业过程探讨吊斗铲倒堆作业过程探讨 教学单位 矿业学院 专 业 采矿工程 班 级 采矿 11 7 学生姓名 学 号 指导教师 综合成绩 2015 年 1 月 摘摘 要要 大型吊斗铲倒堆工艺代表目前国际先进水平 它集采掘 运输与排卸三项作业于一 体 生产成本低 以电能作为设备驱动力 工作效率高 尤其吊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 露天矿采用大型吊斗铲倒 堆具有广阔的应用前景和现实意义 首先 介绍了吊斗铲倒堆剥离的概念 特点 及倒堆工艺在国外的发展情况等 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 最后 本文提出的吊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 关键词 露天矿 吊斗铲 爆破 倒堆作业 目目 录录 1 引言 1 2 吊斗铲特点及其应用状况 2 2 1 吊斗铲特点 2 2 2 吊斗铲在露天煤矿中的应用 2 2 2 3 我国露大煤矿采用吊斗铲倒堆剥离的前景 2 3 吊斗铲基本作业方式 4 3 1 吊斗铲倒堆方案及优选 4 3 3 我国适宜吊斗铲倒堆工艺露天矿的开采条件 3 4 4 吊斗铲作业方式实例 黑岱沟露天煤矿 分析 5 4 1 黑岱沟露天煤矿概况 5 4 2 吊斗铲的主要技术参数 5 4 3 吊斗铲的作业要求 5 4 4 黑岱沟露天煤矿吊斗铲作业方式分析 6 5 总结 13 参考文献 14 吴孟杰 吊斗铲倒堆作业过程探讨 0 1 引言 吊斗铲倒堆剥离工艺是一种先进的露天开采工艺 它集采掘 运输与排土三项作 业于一体 将剥离物直接倒堆排弃于露天内排土场 具有设备数量少 单位斗容效率高 剥离成本低 生产能力大 生产可靠性高等显著特点 把抛掷爆破技术应用于吊斗铲倒 堆剥离工艺 可将 20 50 的剥离物直接抛入采空区 其中不需倒堆剥离的部分可达 30 60 从而进一步提高剥离效率 大幅度降低剥离成本 美国 澳大利亚等国家的 经验表明 采用抛掷爆破吊斗铲倒堆剥离工艺 剥离成本仅为单斗 卡车工艺时的 2 3 露天煤矿采用吊斗铲进行倒堆剥离的国家有美国 澳大利亚 俄罗斯 南非 加拿大 印度 巴西 哥伦比亚 墨西哥 土耳其 英国 赞比亚等 美国已有多台大型吊斗铲 在露天煤矿中使用 其完成的煤产量占全美煤炭总产量的 1 3 俄罗斯露天矿有 1 3 以 上的剥离量采用吊斗铲倒堆工艺 因其煤田的矿床地质条件比较有利 经济指标比其他 的工艺优越 所使用的设备也在不断的增大 五十年代只有勺容为 4m3和 14m3的吊斗 铲 后来生产的有勺容 15m3的 15 90 型 勺容 25m3的 25 100 型和勺容 100m3的 100 100 型 美国露天开采所用的吊斗铲也日益增多 巨型的吊斗铲如 4250 W 型 勺容 168m3 臂长 94m 重 12247t 能力为 5000 万 m3 t 专题演讲 1 2 吊斗铲特点及其应用状况 2 1 吊斗铲特点 1 吊斗铲倒堆剥离与单斗电铲一卡车工艺之比较 其优点是 1 吊斗铲生产能力巨大 2 吊斗铲剥离成本最低 3 简化了生产管理环节 便于集中管理 其缺点是 l 吊斗铲初始投资高 2 吊斗铲剥离作业灵活性差 近二十年来 抛掷爆破技术用于倒堆剥离工艺 将剥离岩层相当大的部分抛入采空 区 其中不需倒堆剥离的部分可达 30 一 60 进一步提高了剥离工作效率 大幅度降低 剥离成本 使倒堆剥离工艺如虎添翼 美澳经验表明 采用抛掷爆破 倒堆剥离工艺 剥 离成本仅为单斗一卡车工艺时的 l 3 一 2 3 2 2 吊斗铲在露天煤矿中的应用 2 目前世界上使用的吊斗铲主要是美国生产的 共有 243 台 其中在美国使用的有 101 台 其它国家如澳大利亚 南非 加拿大 印度等国有 142 台 前苏联也生产一部分但 没有进行统计 美国的吊斗铲生产厂有两大家 一个是 BE 公司 另一个 PH 公司 BE 公司于 1888 年建厂 兼并了生产吊斗铲的 Marion 公司 在世界的市场占有率达到 92 不包括苏联 PH 公司于 1884 年建厂占有率为 8 生产的吊斗铲从 30 170m3 不等 可根 据现场需要的规格参数设计生产 这两个厂生产制造技术手段完备 具有严格的生产组 织程序 2 3 我国露大煤矿采用吊斗铲倒堆剥离的前景 我国已经或将要开发的 10 多个适宜露天开采的大型 特人型煤田及矿区 大部分 具有采用吊斗铲剥离的有利条件 从数据分析可以看出 吴孟杰 吊斗铲倒堆作业过程探讨 2 1 煤层埋藏倾角多数在 100 以下 属近水平或缓倾斜煤层 这是采用吊斗铲倒堆剥 离最必要的也是最重要的赋存条件 2 煤层数目不多 主采煤层多为 1 一 3 层 煤层结构不复杂 煤层厚度不过大 不 致成为限制采用吊斗铲倒堆剥离工艺的因素 3 剥离物岩性多在中硬度以下 岩层厚度各煤田大小不一 各自具备全部或部分剥 离物采用吊斗铲倒堆剥离的条件 4 多数煤田面积广大 储量丰富 可有足够空间安排必要的工作线长度并充分发挥 吊斗铲生产能力 综合看来 我国有相当多的大型煤田具备采用吊斗铲倒堆剥离工艺的基本条件 有望建设一批采用这种先进剥离方法的高产高效露天矿 从而为加快露天采煤的发展 大幅度提高矿山经济效益 川创一条露天采煤新的技术道路 专题演讲 3 3 吊斗铲基本作业方式 吊斗铲作业方式有以下四种基本方案 直接倒堆方式 超前台阶方式 扩展平台倒堆方式 内排土场再倒堆方式 3 1 吊斗铲倒堆方案及优选 国外一台吊斗铲倒堆开采工艺条件下 倒堆台阶高度一般为 40m 一 60m 而不同的 台阶高度所需设备规格 机重 倒堆成本等主要技术经济指标均有所差异 为优化倒堆 台阶高度 对 60m 55m 50m 45m 四个倒堆台阶高度进行方案比选 根据倒堆工艺开采参数 吊斗铲斗容和悬吊载荷计算吊斗铲倒堆工作线年完成工程 量 爆破有效抛掷量 需吊斗铲年完成的工程量等参数进行优化处理 3 3 我国适宜吊斗铲倒堆工艺露天矿的开采条件 3 形成吊斗铲倒堆条件下开采程序具有如下特点 由于上覆岩层比较薄 矿建工程量较少 倒堆工作线可以长达 3 5km 个别矿 山长达 10km 在工作线长度达 3 5km 时 采场内煤炭的运输通路有双出口 三出口乃至多出口 由于上覆岩层比较薄 运输通道占用内部排土场容积较少 又兼煤层厚度较薄 因此 运煤通路多设于内排土场 运煤卡车通路与倒堆吊斗铲交叉干扰较少 由于倒堆开采的煤层少 一般只有 1 2 层 所以相应的采 倒关系比较简单 吴孟杰 吊斗铲倒堆作业过程探讨 4 4 吊斗铲作业方式实例 黑岱沟露天煤矿 分析 4 1 黑岱沟露天煤矿概况 4 黑岱沟露天煤矿隶属于神华集团准格尔能源有限责任公司 该矿位于内蒙古自治区 鄂尔多斯市准 格尔旗境内 是我国自行设计自行施工的特大型露天煤矿 原初步设计年 生产原煤 1200 万 t 为了降低成本 提高经济效益 于 2003 年开始对原生产工艺进行吊 斗铲扩能技术改造 采区工作线长度由 1200m 增加 到 2000m 改造后设计生产能力为 2000 万 t a 2007 年 11 月 吊斗铲投人生产后 开采工艺为 上部黄土采用轮斗连续 工艺 下部黄土及部分岩石采用单斗一卡车工艺 煤层顶板以上 36 m 岩石采用抛掷爆破 一吊斗铲倒堆工艺 采煤为单斗一卡车工艺 黑岱沟露天煤矿矿区内构造较简单 主要有 3 组近于平行的背向斜 其中西黄家梁 背斜与其东南 部的焦家圪 卜向斜占据着勘探 区的中西部地区 控制着近 2 3 面积的 地层产状 地层走向一般与褶曲 轴和断裂方向一致 呈北东 45 度 倾向多北西 南 东向 倾角除西黄家梁背斜西北翼外 一般小于 10 度断裂不甚发育 断距不大 断层多 呈北东方向 另外区内还有少量柱状陷落 黑岱沟露天煤矿在生产过程中已遇到的构造 为 西黄家梁背斜 西黄家梁背斜位于勘探区西北部 轴向 N50 度 E N 30 度 E 是本 区西北部的主要构造 背斜两翼不对称 东南翼地层倾角一般小于 10 度 西北翼地层倾 角一般 25 度 局部达 35 度轴部向西南倾伏 倾角小于 4 4 2 吊斗铲的主要技术参数 黑岱沟露天矿采用美国 BUCYRUS 公司制造的 8750 65 吊斗铲 总装机容量 25 000 kw 斗容 90 m 3 挖掘深度 71 m 排放高度 45 1 m 作业半径 100 m 基座外径 21 3 m 额定悬吊负载 267 6 t 空铲斗重量 109 736t 铲斗满斗系数 100 回转平台 回转速度最高 1 34rpm 平均一个工作循环时间 47 s 行走允许坡度纵向 10 横向 5 专题演讲 5 4 3 吊斗铲的作业要求 露天开采工艺中 吊斗铲倒堆工艺是技术成熟 设备可靠 经济性最好的开采工艺 之一 但是 它的 适用条件比较苛刻 一般要求煤层覆盖物薄 倾角 小 岩性在中 等硬度以下等等 黑岱沟露天煤矿 煤岩倾角一般 5 度 岩性属中等硬度 虽然覆盖层 较厚 但用此工艺开采 6 号煤层顶板以上一定厚度的岩层还是可行的 也是比较经济的 该矿引入的吊斗铲是中国第一台 虽然抛掷爆破一吊斗铲倒堆工艺在美国 加拿大 澳大利亚等国应用比较普遍 技术成熟 但国外使用吊斗铲的矿山地质条件都比较简单 煤层水平 剥离物较薄 使用此工艺能充分显示其设备的优越性 吊斗铲作业对工作 平盘要求很高 行走允许坡度纵向不大于 10 横向不大 5 吊斗铲作业时工作平盘 的起伏度不大于 1 吊斗铲行走路面及作业平盘的物料要求破碎 路面不能出现块状 物体 黑岱沟露天煤矿使用 4 台 D475 推土机配合吊斗铲作业 4 4 黑岱沟露天煤矿吊斗铲作业方式分析 黑岱沟露天煤矿吊斗铲的作业方式为 吊斗铲站立在抛掷爆破后由推土机推土降段 和吊斗铲扩展作业联合形成的平台上将剥离物倒堆排入内排土场 吊斗铲作业循环 黑 岱沟露天煤矿吊斗铲工作线分为东 西两个半区 吊斗铲在东部区作业时从采场中间向 东推进 到达东端帮后 经内排土场返程至西部区作业 从采场中问向西推进 到达 西端帮后 再经内排土场返程到东部区作业 现黑岱沟露天煤矿采场的推进方向为由东 北向西南推进 与褶曲轴向和断层走向基本一致 而吊斗铲作业线方向与推进方向垂直 因此 在生产过程中 由于地质构造的存在 采场煤层局部区域倾角过大 如果吊斗铲 作业平盘随煤层顶板起伏则势必导致吊斗铲作业平盘局部倾角过大 不能满足吊斗铲正 常作业要求 如果按吊斗铲作业要求形成作业平盘 则势必导致煤层顶板以上由吊斗铲 倒堆剥离的岩石厚度局部过厚或局部很薄 影响吊斗铲的 并且局部可能破坏煤层顶板 由于吊斗铲作业到端帮时不存在上述问题 我们重点讨论吊斗铲在正常工作线作业时 遇到局部区域倾角过大的问题 黑岱沟露天煤矿煤层起伏较大 东西煤顶板高差达 40 多 m 根据吊斗铲的作业要求 煤层厚度 产量要求和吊斗铲作业效率要求 吊斗铲系 统剥离倒堆作业平盘顶面标高只能随煤顶板起伏而相应调整 在西区作业时由东向西需 吴孟杰 吊斗铲倒堆作业过程探讨 6 升段作业 在东区由西向东作业时需降段作业 吊斗铲作业平盘宽度约为 120 m 作业时站立 在作业平盘外侧 靠 内排土场一侧 将物料倒堆 至 内排土场 受吊斗铲技术参数限制 作业平盘最小宽 度 40 m 由于吊斗 铲作业半径 100 m 吊斗铲每次最多可上升或下降 10 m 吊斗铲由低向高升段作业时 可先将内测物料倒堆至外侧 按 10 坡度形成 斜坡道 斜坡道顶部形成吊斗铲作业平 盘 吊斗铲通过斜坡道行走到此作业平盘上作业 正常作业将物料倒堆至内排土场 4 54 5 黑岱沟露天煤矿吊斗铲倒堆剥离工艺技术黑岱沟露天煤矿吊斗铲倒堆剥离工艺技术 吊斗铲站在推土机降段和单斗 卡车扩展作业建立的联合扩展平台上 将剥 离物倒入内排土场 1 吊斗铲倒堆剥离工艺优化组合 按原设计吊斗铲扩展平台需由推土机完成 黑岱沟露天煤矿考虑到推土机运距 长 成本明显高于单斗 卡车成本 因此采用单斗 卡车做扩展平台 2 吊斗铲倒堆剥离工艺作业方式 吊斗铲工艺系统中 当吊斗铲在左侧倒堆剥离区作业时 采煤在右侧采煤区 进行 运煤自卸卡车由中间沟进入右侧采煤作业区装煤 然后将煤运出 随着采剥 工程的发展 左采区倒堆剥离完成 逐渐露出煤量 右采区采煤作业完成 采煤挖 掘机移至左采区进行采煤作业 煤炭从中间沟运出 在采煤作业完成的右采区进行 抛掷爆破 此时 右采区有岩石抛掷爆破后 吊斗铲从左采区绕非工作帮倒堆台阶 跨中间沟运煤通道进入右采区进行倒堆剥离作业 这样 右采区变为倒堆剥离区 左采区变为采煤作业区 进行下一个循环的作业 如图 1 2 吊斗铲在东区作 业 图 3 4 吊斗铲在西区作业 3 吊斗铲倒堆剥离工作面技术参数确定 按照剖面图 图5 可以看出 吊斗铲80 米采宽情况下 根据排土空间 容量可以计算出实体台阶最大高度 然后通过煤层顶板标高确定吊斗铲实体台阶顶 面标高 黑岱沟露天煤矿煤层起伏较大 东西煤顶板标高差40 多米 因此吊斗铲系 统剥离高台阶顶面也不能水平 只能随煤顶板起伏而相应调整 考虑到钻机作业要 求 顶面坡度应不超过5 根据吊斗铲倒堆内排空间容量 实体台阶高度不应 超过 45 米 据此可设计出实体台阶顶面标高如图6 专题演讲 7 吊斗铲走行坡度可控制在10 作业坡度必须为水平 因此爆破后 为了满 足吊斗铲作业 必须对爆堆进行平整 平整后如图7 4 吊斗铲倒堆剥离开采程序 推土机做完扩展平台后 吊斗铲先将靠近高台阶下部量倒入排土场 然后吊斗 铲走铲至下一个位置 把下部量倒入内排土场 过程如图8 所示 通过图 7 可看出吊斗铲作业顶面不是水平的 存在很大的水平过渡 水平过渡 程序如下 吊斗铲在东区作业 由于存在降段过渡区 举例从1155 水平降至 1145 水 平作业方式为 吊斗铲倒 按顺序依次作业 然后吊斗铲走行至1145 水平 下挖 12 14 块位置至 1145 水平 后吊斗铲走行至 12 处 依次按 顺序挖 10 16 到此完成一个降段过程 吊斗铲在西区作业 由于存在升段过渡区 举例从1155 水平升至 1165 水 平作业方式为 吊斗铲倒 按顺序依次作业 然后吊斗铲走行至1165 水平 下挖 9 11 处量填方至 8 10 处 填到 1165 水平 后吊斗铲走 行至 8 处 依次按顺序挖 6 16 到此完成一个升段过程如图9 吊斗铲在东区作业完成走行至西区和西区作业完成走行至东区 走行路线如图 10 运煤通道移设一次比较困难 计划按照每4 幅移设一次 当吊斗铲倒堆 7 幅时 形成新中部沟 但旧中部沟不能废弃 待第7 幅煤全部采完 采8 幅 时 废弃旧中部沟 利用新中部沟运煤 此时完成中部沟移设 如图11 所示 吴孟杰 吊斗铲倒堆作业过程探讨 8 1200 1200 穿 孔 区 1155 1215 1190 1185 1185 1219 1145 1113 435 7 5 533 7 5 400 8 1155 1125 375 8 1185 1170 187 5 8 1145 1215 1215 1185 下一个中间沟位置 1219 1240 262 5 8 1215 1190 8 312 5 1215 375 8 125 8 推土机工作面整平 1155 187 5 8 187 5 1200 1185 1170 1185 1170 1185 1200 187 5 8 1170 1185 187 5 81200 1215 1200 1212 1200 1185 穿 孔 区 图1 吊斗铲在东区开始作业 1200 1200 穿 孔 区 1155 1215 1190 1185 1185 1219 1145 1113 435 7 5 533 7 5 400 8 1155 1125 375 8 1185 1170 187 5 8 1145 1215 1215 1185 下一个中间沟位置 1219 1240 262 5 8 1215 1190 8 312 5 1215 375 8 125 8 1155 187 5 8 187 5 1200 1185 1170 1185 1170 1185 1200 187 5 8 1170 1185 187 5 81200 1215 1200 1212 1200 1185 装 药 区 图2 吊斗铲在东区尾部作业 专题演讲 9 1200 1200 1155 1215 1190 1185 1185 1219 1145 1113 435 7 5 533 7 5 400 8 1155 1125 375 8 1185 1170 187 5 8 1145 1215 1215 1185 下一个中间沟位置 1219 1240 262 5 8 1215 1190 8 312 5 1215 375 8 推土机工作面整平 1155 187 5 8 187 5 1200 1185 1170 1185 1170 1185 1200 187 5 8 1170 1185 187 5 81200 1215 1200 1212 1200 1185 穿 孔 区 125 8 穿 孔 区 图3 吊斗铲在西区开始作业 1200 1200 1155 1215 1190 1185 1185 1219 1145 1113 435 7 5 533 7 5 400 8 1155 1125 375 8 1185 1170 187 5 8 1145 1215 1215 1185 下一个中间沟位置 1219 1240 262 5 8 1215 1190 8 312 5 1215 375 8 1155 187 5 8 187 5 1200 1185 1170 1185 1170 1185 1200 187 5 8 1170 1185 187 5 81200 1215 1200 1212 1200 1185 穿 孔 区 125 8 穿 孔 区 图4 吊斗铲在西区尾部作业 75 65 30 45 76 4 80 38 25 4 1135 1156 1180 吊 斗 铲 作 业 中 心 线 96 吊斗铲作业初始位置剖面图 H 图图 5 吊斗铲剖面倒堆示意图吊斗铲剖面倒堆示意图 吴孟杰 吊斗铲倒堆作业过程探讨 10 187 5 8 187 5 8 187 5 8 1200 1185 1185 1200 1215 1155 1170 1185 1200 1212 1170 1185 1200 1200 1155 1215 1190 1185 1185 1219 1145 1113 435 7 5 533 7 5 400 8 1155 1125 375 8 1185 1170 187 5 8 1145 1215 1215 1185 下一个中间沟位置 1219 1240 262 5 8 187 5 8 1170 1185 1215 1190 8 312 5 1215 375 8 125 8 图6 吊斗铲实体台阶未爆破前顶面标高 11551157 11591162 1165 11671170 1172 1175 1175 11771179 118111831185 11851185 187 5 8 187 5 8 187 5 8 1200 1185 1185 1200 1215 1155 1170 1185 1200 1212 1170 1185 1200 1200 1155 1215 1190 1185 1185 1219 1145 1113 435 7 5 533 7 5 400 8 1155 1125 375 8 1185 1170 187 5 8 1145 1215 1215 1185 下一个中间沟位置 1219 1240 262 5 8 187 5 8 1170 1185 1215 1190 8 312 5 1215 375 8 图7 吊斗铲实体台阶抛掷爆破后处理完成顶面标高 1125 11351145 1155 1155 1165 1170 1 2 专题演讲 11 187 5 8 187 5 8 187 5 8 1200 1185 1185 1200 1215 1155 1170 1185 1200 1212 1170 1185 1200 1200 1155 1215 1190 1185 1185 1219 1145 1113 435 7 5 533 7 5 400 8 1155 1125 375 8 1185 1170 187 5 8 1145 1215 1215 1185 下一个中间沟位置 1219 1240 262 5 8 187 5 8 1170 1185 1215 1190 8 312 5 1215 375 8 图9 吊斗铲东 西区作业倒堆程序 1125 1135 1145 1155 1155 1165 1170 2 2 13 46 57 8 10 911 1214 1315 16 2 1 3 4 6 5 7 8 10 9 11 12 14 13 15 16 1 1135 187 5 8 187 5 8 187 5 8 1200 1185 1185 1200 1215 1155 1185 1200 1212 1170 1185 1200 1200 待 爆 区 穿 孔 区 1215 1190 1185 1185 1219 1145 1113 435 7 5 533 7 5 400 8 1155 1125 375 8 1185 1170 187 5 8 1145 1215 1215 1185 下一个中间沟位置 1219 1240 262 5 8 187 5 8 1170 1185 1215 1190 8 312 5 1215 375 8 125 8 露煤区 吊斗铲站立水平 爆堆区 图10 吊斗铲作业循环路线图 待 爆 区 穿 孔 区 1155 1215 1190 1185 1185 1219 1145 1113 435 7 5 533 7 5 400 8 1155 1125 375 8 1185 1170 187 5 8 1145 1215 1215 1185 1219 1240 262 5 8 1215 1190 8 312 5 1215 375 8 125 8 露煤区 吊斗铲站立水平 爆堆区 图11 运煤通道移设工程平面图 7 8 1113 400 8 1145 1185 1219 435 7 5 1185 11