露天矿综采工作面掘进带宽度优化模型

露天矿综采工作面掘进带宽度优化模型

采井设备的生产能力是露天矿的一项重要技术经济指标，对矿山的生产能力和经济效益有重大影响。单斗挖掘机是露天矿应用最广泛的采井设备。其生产效率受技术条件、矿岩性质、工作面规格、装卸条件、爆炸质量、输送方式等因素的影响。合理的安装方法和工作面规格是提高钳产量的重要途径。为了提高钳产量，在保证其平面上安装时，挖掘机的效率最高。因此，在研究期间，以平面上的安装宽度是单杆挖掘机生产基质的必要预测值。1全民空间掘进带/能力分配采掘带宽度与单斗挖掘机效率的关系主要表现为:一方面挖掘机采装的回转时间随着回转角的增大而增大,故单个采装循环的作业时间会随之延长;另一方面采掘设备走行和对位时间所占比例随采掘带宽度的增大而减小.因此采掘带宽度优化的目标是使挖掘机单位时间内的作业量最大,或挖掘机采出单位工程量所用时间最短.单斗挖掘机采掘硬度系数f≤3的软岩石(无需爆破)时,端工作面平装车的系统置如图1所示.挖掘机沿直线行走,受料设备位于工作面端头一侧,平行于挖掘机走行方向站立.此时采掘带宽度由单斗挖掘机的回转角度决定,可按下式计算式中:A为半连续工艺系统采掘带宽度,m;Rwp为挖掘机站立水平的采装作业半径,m;α,β为挖掘机采装的内,外回转角,(°).现阶段露天矿采掘带宽度的确定主要依据经验方法2公车采装时间节点挖掘机的外回转角应满足受料设备站位的需要,即式中:Rx为挖掘机的卸载半径,不同卸载高度下的最大卸载半径不同,m;γ为挖掘机卸载的回转角,(°);b为受料设备宽度,m;c为受料设备与台阶坡底间的安全距离,m.当γ取90°时可确定内回转角上限为挖掘机的外回转角理论上可达90°,使采掘带宽度达到最大,即β≤90°.根据单斗挖掘机使用经验,物料采装的作业循环时间可按下式计算式中:t为挖掘机作业循环时间,s;t′为挖掘机作业循环时间中与回转角度无关部分包括挖掘机的挖掘时间、卸载时间等,优化模型中可看做一个定值,s;f(x),g(x)为挖掘机回转和返回时间函数,可通过现场实测取得;x为挖掘机作业时的回转角度,(°),其取值范围为[γ-α,γ+β].根据现场实测和挖掘机生产厂家提供的数据,在一定角度范围内挖掘机的回转时间与所旋转的角度成正比,即:.则挖掘机作业的平均回转时间可用平均回转角度计算式中:k为挖掘机回转速度,(°)/s;k′为挖掘机返回速度,(°)/s;φ为挖掘机挖掘机卸载的平均回转角,(°).采掘带宽度一定条件下,挖掘机采装物料的平均回转角为(注意式中角度计算均需换算为弧度,即式中α,β,γ的取值范围均为[0,π/2])由式(3)转换可得取极限状态并带入式(7)得式中α取值范围为挖掘机走行及采运环节设备对位占用一定的作业时间,以采出单位物料所需时间最短作为采掘带宽度优化的标准,则挖掘机采出单位物料总时间为对于单斗-卡车间断工艺而言,采用卡车作为受料设备,对位次数与采掘带宽度无关其中:根据以上分析得出采出单位物料时间与采掘带宽度关系为式中:ts为开采物料的总时间,min;tc为物料采装时间,min;tz为挖掘机走行时间,min;td为设备对位时间,min;n为挖掘机作业循环数;Q为预计开采的物料量,m3;V为挖掘机铲斗容积,m3;kh为物料在铲斗内的松散系数;h为挖掘机采装台阶高度,m;v为挖掘机走行速度,m/min;m为运输该部分物料所需的车数;t′d为卡车入换一次所需的对位时间,min;m′为装载一车物料所需的斗数;Qe为卡车车厢容积,m3;η为挖掘机采装的满斗率.由式(10)和式(17)可知,单位物料的总采装时间是内回转角和外回转角的函数;而采掘带宽度也是内回转角和外回转角的函数,因此可先优化计算挖掘机回转角,然后根据式(1)计算优化的采掘带宽度.3采矿带宽度的确定通过理论分析建立了挖掘机单位物料采出时间与挖掘机回转角之间的函数关系和通过挖掘机回转角计算采掘带宽度的方法,因此可通过模型计算出对应单位物料采出时间最短的采掘带宽度,即保证挖掘机生产能力最大发挥的采掘带宽度.但由式(17)可以看出,函数中同时存在两个自变量(内回转角α和外回转角β),因此无法通过简单的求导得出最优解.鉴于矿山工程的特点,可采用软件试算的方法取得合理解,供矿山设计选择.具体方法为:1)由式(4)可知,内回转角的取值范围较外回转角小,故可先确定内回转角α,求导计算该条件下的最优外回转角β和相应的总采装时间值;2)逐步变更内回转角α,求解相应的最优外回转角β和总采装时间值;3)绘制内回转角与总采装时间的关系曲线并进行回归分析;4)对得到的回归函数求导,计算最优的内回转角α和相应的总采装时间值;5)根据优化确定的内回转角α和相应的最优外回转角按式计算采掘带宽度4内回转角对作业效率的影响某露天矿黄土剥离无需爆破,单斗挖掘机可直接采装,采用单斗-卡车间断工艺.采装应用25m3单斗挖掘机,配合172t(额定载重)运输.优化所需的参数见表1.根据上述参数计算挖掘机采装循环时间得则剥离万m3物料的所需时间1)采装时间2)挖掘机走行时间3)对位时间4)总时间根据式(4)计算内回转角上限为根据式(8)和式(23)计算可得不同回转角条件下万m3物料剥离所需时间见表2.由表中计算结果可以看出,挖掘机内回转角20°,外回转角60°时挖掘机效率最高.回归挖掘机效率与回转角关系见图2.由回归分析结果可以看出,挖掘机的内回转角对作业效率的影响很大,最优值为20°～30°;挖掘机的外回转角大于40°后,对作业效率的影响不大.根据以上分析确定采掘带宽度的最小合理值为A=15.3×(sin20°+sin40°)=15.91m,(25)最大值为理论优化结果与经验值相符.对回归函数求导可得理论最优值为即最优采掘带宽度为与露天矿采用的采掘带宽度(20m)一致.5机采装回转角度优化模型的应用1)根据单斗-卡车工艺端工作面生产特点,建立了以挖掘机生产能力