吊斗铲倒堆作业过程探讨(共17页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上专题讲演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 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

2、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：露天矿；吊斗铲；爆破；倒堆作业专心-专注-专业目 录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

3、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

4、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。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

5、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

6、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：(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

7、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。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

8、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35km，个别矿山长达10km； 在工作线长度达35km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12层，所以相应的

9、采、倒关系比较简单。 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 ta。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

10、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 23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EN 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

11、，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。 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

12、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

13、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

14、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升段作业，在东区

15、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。4.5 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

16、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

17、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。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，

18、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

19、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。图5 吊斗铲剖面倒堆示意图图12 吊斗铲倒堆剥离开采程序图4.6 黑岱沟露天煤矿吊斗铲倒堆剥离工艺技术应用效果黑岱沟露天煤矿吊斗铲倒堆工艺在国内为首次采用，填补了我国露天采矿业的空白，其成功应用为我国开创了使用成本低、效率高工艺的先河，成为我国露天采矿业的发展历史上的里程碑。并且与单斗-卡车工艺的配合使用更证明了多种工艺在同一条