露天煤矿安全-绿色-高效-低碳协同开采技术体系

露天煤矿安全绿色高效低碳开采是全球露天煤矿发展的共识性目标。我国露天煤矿资源开发强度与生态承载力呈现逆向发展特征,我国西北部生态环境脆弱区已成为露天煤炭的主产区,使得露天煤矿开采与生态环境保护成为亟需解决的重要科学问题、生态问题和发展问题。基于我国露天煤矿发展概况、自然条件及主要影响因素,阐释了实现露天煤矿安全-绿色-高效-低碳开采内涵特征与总体架构,针对露天煤矿采前-采中-采后全生命开采周期特点,从安全开采技术、绿色开采技术、高效开采技术、低碳开采技术4个层次,归纳总结了时效边坡控制技术、智能预警决策技术、运输环节新模式、矿区生态建设、相邻矿山协调开采、智能采矿设计、电动矿卡应用以及采矿源头生态减损8项关键技术,明确了露天煤矿安全-绿色-高效-低碳协同开采研究重点工作和方向。在安全-绿色-高效-低碳协同发展措施方面,从强化顶层设计、加快分布实施、深化科研攻关、提升人才培养以及完善标准规范5个方面,提出2025年、2030年、2035年不同阶段需要完成的目标任务。新时期露天煤矿要坚定不移走安全-绿色-高效-低碳发展路径,实现露天煤矿在新时期、新格局下的高质量发展目标。

基于无人机影像的露天煤矿短期生产计划可视化编制

为提高露天煤矿短期(日、周)生产计划编制效率、快速分析设备计划完成情况以及可视化设计和直观性表达的效果,提出基于无人机影像数据进行短期生产计划快速编制,利用C++语言开发了基于无人机影像的露天煤矿短期生产计划可视化软件系统(Intelligent Mining Design Software System),简称“IMDS”软件。结果表明:①采用无人机影像数据进行短期计划的编制可视化视觉效果增强;②采用无人机影像数据进行局部1500 m×1500 m范围的露天煤矿采场台阶线自动生成,用时为17.392 s,而人工绘图需要5 min;③利用软件平台编制周计划、日计划,降低采矿人员需要反复去现场查验的频率以及突破传统采矿实体、块体算量的复杂性,内部预设设备能力分析模块,直接分析出短期计划内设备完成情况信息;④基于影像数据进行斜坡道快速绘制,自动计算坡道填挖土方量,实现运输道路修筑的精准性;⑤“IMDS”软件提供十大功能模块,235个子功能,可实现对无人机影像数据短期计划编制和基于三维地质实体模块的月度、年度计划快速工程量和工程位置精准确定的编制;⑥短期生产计划编制后,可通过数据发布的方式将短期生产计划发布至露天煤矿综合管控平台,实现计划数据直观展示,实现数据一数一源,保证了数据的准确性和安全性。该系统软件的开发,有助于促进智能化采矿设计软件系统的进一步发展。

大数据时代矿山协同监管监察新思路

为解决当前我国矿山监管监察现场查验工作量大、数据分析薄弱等问题,基于大数据、人工智能、5G等新技术在矿山行业的部署实施应用,提出矿山监管监察手段智能化转型和创新协同发展新思路;首先分析大数据时代矿山多元协同监管的超时空性、数据采集强连续性、数据分析强关联性等特征,建立协同监管总体架构;然后基于新型协同监管监察发展形态、处置流程以及服务职能,建立新型监管监察协同服务数据平台;最后挖掘大数据深层次关联关系,优化精准执法、应急救援指导、远程专家诊断、实时风险分析、灾害风险预警等服务机制,提出大数据时代矿山多元协同监管监察逻辑路径、协同监管监察行为路径、纵横联动处置流程。结果表明:矿山风险“智”理转变、数据治理与决策、风险全流程处置等矿山协同监管监察的创新路径,将成为今后政府部门、科研院所、高校以及煤矿企业形成多元协同监管监察的新业态。

相邻露天矿边帮压煤协调开采技术

为了解决相邻露天矿独立开采时存在的边帮压煤与边坡安全问题,通过理论计算与分析,提出相邻露天矿边帮压煤协调开采技术。分析实施该技术的条件与基础,给出边帮压煤剥采比的概念及计算方法;研究相邻露天矿采剥工程位置的协调衔接,排土空间的合理分配与利用,开拓运输系统的优化布置等关键技术内容。在国电蒙东公司旗下的2个露天煤矿进行了实践,结果表明:此技术能够使相邻露天矿边帮压煤得到安全、经济地回采,有效提高煤炭资源采出率,实现经济效益最大化。

矿山酸性废水处理技术现状及进展

矿山酸性废水(AMD)因其酸度大,同时还含有铜、铅、锌、镉等重金属离子,对环境危害极大。分析了矿山酸性废水产生的主要原因及其危害,总结了目前处理AMD常用的工艺技术方法,并对各种方法的基本原理及其优缺点进行了分析。简要介绍了国内外在矿山酸性废水治理领域出现的一系列新的处理技术,进一步阐述了国内外废水处理技术的研究进展及发展趋势,提出了发展高效、廉价、安全及操作简便的酸性矿山废水处理技术的必要性和必然性。

含弱层的复合边坡稳定性研究及应用

针对露天开采所形成的复合边坡的稳定性问题,结合白音华二号露天煤矿采场北帮-北外排土场南帮复合高边坡,创造性地采用分段局部控制反向验算复合边坡稳定性的方法,并依据其采、剥工程实际,通过SMCAD时时地创建三维仿真开采边坡,逆向思考,反向验算在不同安全距离下理想排弃标高为1 200 m的二号矿含弱层顺倾复合边坡的稳定性;然后采用FLAC3D数值模拟方法验证分段局部控制反向验算复合边坡稳定性方法的可信度.研究结果表明:二号矿安全距离为100 m、排弃标高为1 200 m复合边坡是满足稳定性要求的;用该反向验算方法来确定复合边坡参数及形态是合理的.

倾斜煤层窄长形露天矿横采内排分期境界优化

为了使采用横采内排开采程序的倾斜煤层窄长形露天矿开采境界最优化,依据露天开采原理,提出一种分时期优化境界的方法。该方法依据剥离物流向流量的变化,将其矿山工程划分为3个时期,即:全部外排期、部分内排期、全部内排期;通过构建各时期剥、采、排工程位置模型,分析了开采过程中不同时期剥离物流向流量的变化对经济合理剥采比的影响,揭示了经济合理剥采比与内排工作线推进度的关系,构建了各煤、岩层边帮厚度拟合函数,阐释了采用循环判断方式确定剖面最优边帮位置的方法,给出了分期境界优化的原则、适用条件及优化模型。将此方法运用于神新能源黑山露天煤矿,结果表明:经济合理剥采比由8.06 m^3/t逐期增加至10.54 m^3/t,较原设计境界经济可采储量增加44.95 Mt,服务年限增加4.26 a,实现了露天开采经济效益最大化。

露天煤矿过无煤区留“岛”搭桥开采方案优化

针对露天矿田内出现无煤区,其上覆产生无效剥离量,为解决过渡无煤区期间生产剥采比增加、运距增大、煤量接续困难等问题,提出了一种露天煤矿过无煤区留"岛"开采新方法。系统研究了"岛"后搭桥、"岛"前滞后剥离的运输方式,优化留"岛"搭桥运输系统,动态模拟搭桥、拆桥衍变过程,提出过无煤区期间生产能力接续措施。研究成果在神华北电露天煤矿首采区过渡无煤区期间得到了应用,结果表明:对于露天矿田境界内出现无煤区,留"岛"开采方案有效降低了生产剥采比,"岛"后运输搭桥方式可减小运距,降低运输成本,提高矿山经济效益。

露天矿爆破设计三维可视化系统

为提供一种科学化、规范化的露天矿爆破设计三维可视化技术和方法,对露天矿爆破计算机辅助设计技术和爆破机理进行了深入研究。以AutoCAD为开发平台,采用Visual Studio 2008中的visual C++环境,结合AutoCAD的二次开发工具ObjectARX对三维地质模型软件SMCAD进行了再次开发,研究出露天矿爆破设计三维可视化系统应用软件。通过在神宝能源公司一号露天煤矿的应用表明,该软件不仅可以通过多次演示,优化出最佳起爆顺序和爆堆形状,而且具有较强的适应性和扩展性,极大地提高了露天矿企业的爆破管理水平和设计效率,减轻设计人员的劳动强度,为爆破设计方案的有效决策及露天矿台阶爆破三维可视化设计的科学化、规范化提供了依据。

严寒气候条件下露天煤矿开采经济剥采比

针对我国露天煤矿广泛分布在北方、多采用单斗—卡车开采工艺的现状,考虑到严寒气候对矿山机械设备用油、维护以及作业效率等影响严重的问题,采用理论分析与统计分析方法,在分析露天矿开采境界确定原则及影响因素的基础上,分析了严寒气候与燃油价格、黏斗系数、机械故障率的关系,计算了严寒气候条件对露天矿山开采成本的影响,研究确定了考虑气候因素时露天矿经济剥采比的计算方法。以2座规模相当、气候环境不同的露天煤矿为实例,对比分析了《煤炭工业露天矿设计规范》在不同气候环境露天矿的适用性,得出不受严寒气候影响的A矿经济剥采比6.32 m3/t,受严寒气候影响严重的B矿经济剥采比为5.78 m3/t。结果表明:严寒气候条件显著增加露天矿开采成本,降低经济剥采比,进行露天矿开采境界圈定时需加以考虑。

基于Mallat算法与ARMA模型的露天矿卡车故障率预测

为提高露天矿山运输卡车故障率预测精度、降低因非平稳时间序列数据造成的精度损失及有效解决模型参数估计困难等问题,提出一种基于小波分析与自回归滑动平均模型(ARMA)的露天矿山卡车故障率预测方法。首先,根据矿山时间序列数据的非平稳特征,采用Mallat算法分频处理原始数据,将原始的时间序列分解为一组近似系数和多组细节系数;然后,采用ARMA模型拟合与预测单支重构后的小波系数;其次,引入模型的相关变量,将ARMA模型的参数估计问题转化为带有相关变量的多维高斯分布参数估计问题;最后,通过计算模型中的典型相关变量实现ARMA模型的定阶与参数估计并与其他算法模型进行对比。结果表明:采用此法预测测试集数据,绝对误差的平均值为0. 322,相对误差的平均值为5. 49%;这说明此种组合模型具有更高的拟合精度,应用该模型进行卡车故障率预测是可行且有效的。

季节性剥离露天煤矿内排开拓运输系统优化

针对近水平煤层季节性剥离露天煤矿内排时期运距长,汽车运输成本高的特点,在理论分析与计算的基础上,提出了通过建立临时排土桥优化开拓运输系统的设想,并对临时排土桥的类型与设置条件做出了技术经济分析,给出了临时排土桥参数模型及其优化算法,研究成果在蒙东能源西二号露天煤矿得到了实际应用,结果表明建立临时排土桥优化开拓运输系统的经济效益显著。

元宝山露天矿改河期间剥采工程接续方式

针对露天矿境界内河流引起生产剥采比波动及剥采工程接续困难的问题,提出了采用双坑配采的方法,调节构筑物移设期间的生产剥采比,提高资源回收率,确保剥采工程平稳接续。详细介绍了双坑配采的适用条件、超前坑拉沟位置确定原则、拉沟长度的计算方法以及接续工程位置的优化方案,结合元宝山露天矿二次改河期间剥采工程接续问题进行了实例分析。结果表明:双坑配采可有效调节生产剥采比,实现矿山工程平稳过渡,显著提高矿山经济效益。

露天采矿机应用条件与开采工艺参数研究

针对薄煤层开采和复杂煤层选采困难的问题,提出了使用露天采矿机进行开采的应用方案。为了探究露天采矿机的应用条件,建立了煤层复杂性评价模型,详细研究了露天采矿机的物料运输匹配方式及其开采参数。通过对内蒙某露天矿的分析,结果表明:使用露天采矿机进行开采,回采率提高了2.93%,含矸率下降了17.23%,毛煤热值提高了1 672.25 kJ/kg;采用自卸卡车直接跟车装载物料的运输方式,每层煤划分为一个台阶,最小工作平盘为30 m。复杂煤层采用露天采矿机选采,可显著提高煤炭质量,有效增加资源回收量,实现经济效益最大化。

拉铲倒堆工艺采掘带宽度优化研究

拉铲倒堆工艺是一种先进的露天开采工艺,它集采掘、运输与排土3项作业于一体,如果地质和生产条件允许使用拉铲,则拉铲倒堆工艺优于其他挖掘和运输系统。针对拉铲倒堆剥离工艺,以拉铲作业工作量最大化为原则,进行采掘带宽度优化。采掘带宽度主要与拉铲的回转角度有关,以此来建立采掘带宽度与工作总时间的函数关系。通过对该函数的分析,确定合理的采掘带宽度为40-60 m。同时,为了达到较好的抛掷爆破效果,并参考国内外的经验,最终选取采掘带宽度为40 m。

用排队论法确定露天矿最优车铲比

利用排队论方法分析和计算了露天矿单斗电铲—汽车工艺系统的车铲效率，并以系统综合效益最大为目标分析确定了最优车铲比．

白音华1号露天矿北帮边坡稳定性分析

针对白音华1号露天煤矿采场北帮复合顺倾边坡的工程实际,基于刚体极限平衡分析手段,应用FLAC^(3D)软件对边坡的应力应变和位移变化进行了数值模拟分析。研究了露天矿土岩复合顺倾边坡的滑坡模式和稳定性,计算出最终工作平盘宽度从而确定最终边坡形态,确保采场北帮煤炭资源开采的安全。研究结果表明:白音华1号露天矿采场北帮复合顺倾边坡的滑坡模式为组合滑动;通过边坡稳定性分析确定边坡抗滑稳定安全系数,使采场北帮复合顺倾边坡满足安全要求的边坡角为13°。保证安全生产的前提下,寻求经济收益最大化。

露天矿卡车外排土场内部运距预测模型

为有效提高外排土场物料移运规划中运输功能耗模型的精度,以建立更为详细的排弃物料堆置次序优化、规划模型,针对年末排土计划中尚缺乏逐条带运距推估方法的问题展开研究,提出一种采用极限学习机算法(ELM)训练多元非线性运距曲线的预测模型,并将年末排土工程计划位置上已设计运输线路的排土条带作为训练样本,训练预测模型学习运距与影响因子间的时变特征,最终通过非线性运距表达推估待排物料块体的时变运距。为进一步增强ELM算法的预测精度,利用改进粒子群算法建立基于结构风险最小化的参数优化算法,改善了传统经验风险最小化算法的泛化能力,提高了算法预测精度。研究结果表明:采用模拟试算图解法最终确定ELM模型隐含层节点数为27;仿真测试中得出文中算法预测精度评价指标分别为均方误差0.006 8、拟合优度0.995 3、相对误差期望0.027%、绝对误差期望0.62、错估系数0.03、执行效率1.49s;对比多组智能算法预测模型,其绝对误差分别0.116 2、0.094 7、0.139 1,其错估系数分别为0.230、0.200、0.266,算法明显具有更好的预测效果。

露天矿卡车自动化实时调度优化决策系统的构成

根据露天矿调度工作的任务和目的以及实现自动化实时调度的功能要求，结合电铲－卡车工艺系统的特点，对调度系统的功 能结构进行了分析设计，并指出了开发卡车自动化实时调度优化决策系统的关键技术。

BP神经网络模型在城市环境质量评价中的应用

针对城市污染问题，运用人工神经网络理论和方法，建立城市环境质量评价的BP神经网络模型，通过实例进行评价分析，并与灰色关联模式识别评价结果进行比较，说明用BP神经网络方法评价城市环境质量是可行的。该模型具有很强的学习、联想和容错功能，其分析结果和过程都接近人脑的思维过程和分析方法，使得城市环境质量评价结果的精度大大提高。