Influence of the Haizhou Open Pit Coal Mine on the atmospheric flow over Fuxin, China

The influence of the Haizhou Open Pit Mine on the atmospheric flow in nearby Fuxin City in China was analyzed with the aid of the steady-state Navier-Stokes equations. The finite element method was used to obtain numerical solutions to these equations. The results showed that the Haizhou Open Pit Coal Mine contributes to the turbulent flow in the Fuxin City and its surroundings. However, when compared with the climatic effects, the open pit mine has a relatively small impact on the atmospheric flow over Fuxin.

Optimization of Dump Bench Configuration to Improve Waste Dump Capacity of Narynsukhait Open Pit Coal Mine

In next two years, the current waste dump of Narynsukhait coal mine is predicted insufficient to accommodate the overburden as limited of the waste dump capacity. Thus, redesigning waste dump is paramount to increase capacity of the dump in future. This paper describes current condition of waste dump of Narynsukhait coal mine and then discusses the optimization of waste dump geometry by analyzing the effect of different waste dump’s bench configuration on slope performance. Optimization of the geometry is carried out by investigating and comparing the performance of geometrical combinations of bench height, bench angles and number of safety berm by means of numerical modeling. The model shows that increasing height of bench is able to induce shear stress in the bench and may initiate bench instable. However, the shear stress can be limited by having safety berm and/or reducing bench angle to satisfy the stability criteria.

Geopolymer-based modification of blasting sealing materials and optimization of blasting block size in coal seams of open pit mines

This research proposes the utilization of a geopolymer-based blasting sealing material to improve the profitability of coal sales and reduce the rate of coal fragmentation during blasting in open pit mines.The study first focused on optimizing the strength of the sealant material and reducing curing time.This was achieved by regulating the slag doping and sodium silicate solution modulus.The findings demonstrated that increasing slag content and improving the material resulted in an early rise in strength while increasing the modulus of the sodium silicate solution extended the curing time.The slag doping level was fixed at 80 g,and the sodium silicate solution modulus was set at 1.5.To achieve a strength of 3.12 MPa,the water/gel ratio was set at 0.5.The initial setting time was determined to be 33 min,meeting the required field test duration.Secondly,the strength requirements for field implementation were assessed by simulating the action time and force destruction process of the sealing material during blasting using ANSYS/LS-DYNA software.The results indicated that the modified material meets these requirements.Finally,the Shengli Open Pit Coal Mine served as the site for the field test.It was observed that the hole-sealing material’s hydration reaction created a laminated and flocculated gel inside it.This enhanced the density of the modified material.Additionally,the pregelatinized starch,functioning as an organic binder,filled the gaps between the gels,enhancing the cohesion and bonding coefficient of the material.Upon analyzing the post-blasting shooting effect diagram using the Split-Desktop software,it was determined that the utilization of the modified blast hole plugging material resulted in a decrease in the rate of coal fragmentation from 33.2%to 21.1%.This reduction exhibited a minimal error of 1.63%when compared to the field measurement,thereby providing further confirmation of the exceptional plugging capabilities of the modified material.This study significantly contributes to establishing a solid theoretical basis for enhancing the blasting efficiency of open pit mines and,in turn,enhancing their economic advantages.

Thermal recovery process of a backfilled open-pit in permafrost area at the Gulian strip coal mine in Northeast China

Timely and proper backfilling of open-pits in strip coal-mines has been an effective measurement for the recovery of the hydrothermal regimes and ecological environment in permafrost regions. In this study, numerical simulations and statistical regressions were applied for analyzing the recovery processes of the backfill and its major influencing factors for the thermal equilibrium in recently backfilled open pits at the Gulian strip coalmine in Mo'he, Northeast China. Results show that the thermal recovery time of backfilled areas is positively correlated to the backfill depth(BD) of the soils, the backfilled soil temperature(BST), and the mean annual ground surface temperature(MAGST); meanwhile, climate warming can impact on thermal regimes of the backfill area. The impact of climate warming on ground temperature of the backfill will show up significantly in about 50 years afterbackfilling(BD at 10.0 and 20.0 m, BST at 20.0°C) under the climate warming scenario(CWS) of 0.025°C·year ^(-1). Grey-relation analyses show that the sensitivity of the backfill recovery time declines in the order of the BD, BST and MAGST. On the basis of the abovementioned studies, the layer-by-layer backfilling in cold seasons is advised for more effective and more rapid recovery of thermal regimes of the backfilled open-pits in cold regions.

Application of open-pit and underground mining technology for residual coal of end slopes

Given the conditions of residual coal from the boundary of a flat dipping open-pit mine,which uses strip areas mining and inner dumping with slope-covering,we propose an open-pit and underground integrated mining technology for residual coal of end slopes.In the proposal a conveyance road and ventilation conveyance near the slope are built,corresponding to the pit mining area and the surface coal mine dump,as well as an interval haulage tunnel and air-inlet tunnel.The outcome shows that such mining method may reduce the effect to slope stability from underground mining,it does not affect the dumping advance and has a high recovery rate of residual coal resources.The working face is timbered by single hydraulic props,transported by a scraper conveyor and supported by coal walls.This method of mining is one of layered top coal caving,with high resource recovery,low production cost where positive economic benefit can be realized.

内蒙古黑岱沟露天煤矿抛掷爆破地方性震级与炸药量的经验关系

利用黑岱沟露天煤矿的爆破资料,开展黑岱沟煤矿抛掷爆破地方性震级与炸药量的关系的研究。为了避免矿山地震台网地震仪在长期观测中传递函数、归一化因子、放大倍数等参数出现错误,开展同址台站对比分析,实时监控、修订参数。实测结果显示,同址两台站记录到的爆破波形特征非常一致;使用矿山地震台网资料,采用5 km以内的地方性震级M_(L)的量规函数,测定了2023年5-8月4次爆破的地方性震级M_(L);联合使用矿山台网和内蒙古地震台网记录到的44次爆破的数据,采用正交回归方法,得到黑岱沟煤矿抛掷爆破地方性震级M_(L)与炸药量Y之间的经验公式为:M_(L)=3.15lg Y-6.88。

ICoal在哈尔乌素露天煤矿短期计划编制中的应用

结合哈尔乌素露天煤矿使用ICoal矿业软件进行中长期计划、境界优化结果,进行月计划的编制,包括开采位置、排土位置、运输线路优化,采、装、运设备之间协调。结果表明,利用ICoal软件进行短期计划编制,切实有效地提高了矿山编制计划的效率,达到快速开展工作的目的。

A study of fire propagation in coal seam with numerical simulation of heat transfer and chemical reaction rate in mining field

Spontaneous combustion of coal is a problem that affects the mining operation and generates environ-mental,economic,social and geotechnical impacts.This phenomenon has been divided into two pro-cesses:ignition and propagation.Fire propagation develops in coal seams because of a set of factors such as direction and wind speed,fracturing and temperature.In this work,heat transfer and chemical kinetics are studied from conservation equations of energy and species,respectively,using the software COMSOL Multiphysics to simulate the propagation of fires in coal seams.Two possible scenarios were analyzed that usually occur in the walls of the coal seams,such as fire focus and fire complete screens.It was found that the propagation kinetics of the fire changes depending on the temperature,the fractur-ing of rock mass and the area of fire influence.For temperature values lower than 300℃,there is con-sumption around 250 cm^3/h,values around 700℃,the consumption is 1500 cm^3/h,and for fires of 1200℃ have values of 3000 cm^3/h.Depending on the speed of propagation can vary from 4 to 17cm/day,considering on the level and fracturing of the final wall of the open pit.

中国露天煤矿70年成就回顾及高质量发展架构体系

露天煤矿作为我国煤炭工业的重要组成部分,具有生产能力大、开采成本低、安全条件好等优势,近年来在建设规模、生产总量、开采工艺及技术装备等多方面均取得了跨越式的发展,有力保障了煤炭作为国家能源安全稳定供应的“压舱石”地位。首先回顾了新中国成立后我国露天煤矿70年来的发展历程,将其划分为起步恢复阶段(1949—1979年)、快速发展阶段(1980—1999年)、综合发展阶段(2000—2020年)和智能化初级发展阶段(2021年以后)4个时期;系统总结了每个时期的产量与数量规模、开采理论与技术、开采工艺与装备、资源开发与环境保护方面取得的突出成就。然后,探讨了现阶段露天煤矿发展面临的4个方面的主要问题,包括发展布局不均衡、可持续发展面临瓶颈、关键技术难题需深入攻关、人才短缺培养机制不完善。最后,提出构建以“安全、高效、绿色、低碳、智能”为总体目标的全链条、全周期、全要素露天煤矿高质量发展架构体系,其内涵特征包括以时效边坡理论、开采扰动指数理论、绿色开采理论、生态型开采理论、零碳负碳开采理论、智能化开采理论6种学术思想为理论基础,以灾害安全监测防控、复杂条件协同保障、生态源头减损开采、节能减污清洁利用、数字-自动-智能同建5类技术体系为核心支撑,以透明地质模型动态重构、边坡蠕滑全程精准预测、深大孔低扰动控制爆破、采空区超前探测与处置、粉尘抑制及煤自燃防治等30项关键技术为重点突破,以设计理念先进化、安全保障标准化、建设规模大型化、生产工艺综合化、开采装备智能化、核心制造国产化、矿区生态绿色化、煤炭利用清洁化、组织管理科学化、人才队伍国际化的“十化型”露天矿山为建设任务;同时给出了以规划引领为基础,以科技创新为驱动,以人才培育为保障的露天煤矿高质量发展实现路径。最终为推动我国露天煤矿向持续健康高质量方向发展提供指导。

露天煤矿排土场边坡植被恢复群落稳定性研究

为了揭示露天煤矿排土场边坡植被恢复群落稳定性的动态特征和变化模式,以内蒙古北电胜利露天煤矿4个排土场为研究对象,选取Shannon-Wiener多样性指数、Margalef丰富度指数、Pielou均匀度指数和Simpson优势度指数、植被盖度、植被高度、地上和地下生物量8个指标,构建了基于群落结构稳定性与群落功能稳定性的排土场边坡植被恢复群落稳定性评价体系,采用综合评价法对处于人工植被恢复中的内排土场和恢复年限分别为4 a、5 a、8 a的沿帮排土场、南排土场和北排土场的南、北方向边坡植被恢复群落稳定性进行综合评估,并对群落稳定性因子与土壤含水量、有机质、全氮、全磷、全钾等环境因子间关系进行分析,探究影响排土场边坡群落稳定性的影响因素。结果表明:(1)随着恢复年限的增加,边坡植被群落稳定性整体呈稳步上升趋势,但与草原站背景值相比,其综合评价指数处于较不稳定或不稳定状态。(2)随着恢复年限的增加,排土场边坡群落稳定性由结构稳定性主导转向功能稳定性主导。恢复初期受人工影响,物种多样性提高,结构稳定性较高,随着时间的推移,结构稳定性波动下降,功能稳定性上升,其中地下生物量增长迅速,生物量向地下转移,进而形成矿区特有的植物群落结构稳定与功能稳定转变特征。(3)从坡向来看,随着恢复年限的增加,边坡群落稳定性逐渐由南坡优于北坡转变为北坡优于南坡。(4)南坡的结构稳定性与环境因子的相关性较高,而北坡的功能稳定性与环境因子相关性较高,表明不同坡向的群落采用了不同的响应策略以适应环境的变化,丰富的有机质和全氮含量对排土场边坡群落功能性稳定性会产生积极影响。

基于土壤肥力恢复力模型的河曲露天煤矿复垦治理效果评价

以河曲旧县露天煤矿排土场为研究对象,采用模糊层次分析法(FAHP)和专家评分理论法建立了露天煤矿排土场土壤肥力综合评价模型,获得土壤结构稳定性、土壤保水能力、土壤保肥能力及土壤生物活性4项准则和25个因素,利用YAAHP计算软件确定了排土场土壤肥力恢复力各影响因素的权重。结果表明,评价体系准则层中土壤保肥能力权重最大(0.5477),其次分别是土壤保水能力(0.1980)、土壤生物活性(0.1408)和土壤结构稳定性(0.1135),因素层有机质F1权重最高(0.1162);根据现场抽样,已复垦区的土壤质量水平要高于未复垦区的土壤质量水平,整体来看土壤质量水平均处于中等偏下和较差水平,土壤恢复力的主要因素是土壤保肥能力,特别是土壤有机质含量。土壤肥力恢复力模型为提高排土场土壤质量、加快土壤重构、促进土壤生态系统恢复提供治理思路。

露天矿山无人驾驶编组运行关键技术

分析了当前国内外露天矿山智能化发展现状;介绍了无人驾驶编组运行阶段关键技术,包括:构建智能化管理与监控系统、无人驾驶改造、数据实时传输,以及构建协同作业管理系统和无人运输安全防护网,从而实现露天矿山装、运、排联合作业智能化。结果表明:逐步完善监控、数据处理、路径规划、防护措施,可保障无人驾驶编组运行稳定推进,为消除人员不安全行为、保障职工生命健康、降本增效提供现实可行性,从而实现智能化露天矿山安全稳定发展目标。

基于平行感知卸载区边缘工程结构规范性检测

当前露天矿无人驾驶技术在卸载阶段面临的主要挑战是安全隐患,尤其是在卸载区边缘工程结构的稳定性与规范性检测方面。为应对这一挑战,提出了一种平行感知理论驱动的点云模型解析AC-VIT算法,旨在实时稳定地检测露天煤矿卸载区边缘工程结构的稳定性与规范性。首先使用无人矿卡后向激光雷达扫描得到三维点云数据,随后应用网格平均方法、统计滤波法以及映射离散网格模型对点云数据进行处理,进而通过高度场梯度特征提取进行初步地形标记,并结合改进的AC-VIT神经网络进行规范性的识别与分类,AC-VIT模型通过全基于自注意力机制的平行计算和多层级的注意力机制,能有效捕捉长距离依赖关系。此外,在人工场景仿真环境中,基于内蒙古哈尔乌素露天煤矿实际生产作业环境搭建卸载区平行仿真环境,以获得大量多样性人工场景数据,在此基础上结合实际场景数据,利用提出的算法平行执行,进行平行感知计算实验的设计和实施,完成有效的检测算法训练和科学评估。实验结果表明,平行感知理论驱动的点云模型解析AC-VIT算法在准确率方面达到了98%,较传统神经网络模型的准确率与效率有所提高。此外,AC-VIT算法的成功应用不仅增强了露天矿卸载作业的智能化水平,还为其他类似的工程结构安全检测提供了有力的技术支撑。

露天矿顺倾软岩边坡内排追踪压帮治理工程——以贺斯格乌拉南露天煤矿首采区南帮为例

软岩露天煤矿实现安全高效开采的重点是边坡稳定。为解决露天矿顺倾软岩边坡稳定性治理难题,在分析边坡稳定性主控因素的基础上,提出了露天矿顺倾软岩边坡内排追踪压帮治理工程。以贺斯格乌拉南露天煤矿首采区南帮为工程背景,兼顾采场与内排土场边坡稳定性,采用极限平衡法和数值模拟相结合的手段,设计了采场边坡的空间形态,提出了采场与内排土场边坡协同治理方案,可最大限度地安全回收边坡压覆煤炭资源。研究结果表明:弱层暴露长度是露天矿顺倾软岩边坡稳定性的主控因素,控制采场与内排土场间的追踪距离是改善边坡稳定性的有效途径;随着追踪距离的增加,边坡破坏模式从以圆弧为侧界面、弱层为底界面的切层-顺层-剪出滑动逐渐过渡为以圆弧为侧界面、弱层为底界面的切层-顺层滑动,边坡稳定性逐渐下降;内排土场及其与采场构成的复合边坡稳定性随破坏底板弱层回填岩石范围的增大呈指数函数规律提高;贺斯格乌拉南露天煤矿首采区南帮浅部边坡留设40 m运输平盘、15 m保安平盘,底帮深部边坡角29°,追踪距离控制在50 m之内时可满足安全要求;内排土场基底弱层完全破坏并回填岩石倾向长度60 m时可满足安全要求。研究成果为软岩露天煤矿边坡稳定性治理提供了新思路。

与矿山三维地质模型自动关联的剖面图更新方法

露天煤矿开采过程中矿山三维地质模型不断变化,需要随之更新地质剖面图以真实反映当前矿山的地质构造与地层性质。针对目前剖面图更新方法存在剖面图内部图元属性信息与空间信息交互不畅导致剖面图更新不够准确的问题,提出了一种与矿山三维地质模型自动关联的剖面图更新方法。通过设计矿山三维地质模型与剖面图元关联关系的概念模型与逻辑模型,实现模型图元与剖面图元对象名称的关联;通过在剖面图上设置水平和高程位置的定位坐标,将剖切所得对象关联至相应的剖面图位置,实现模型图元与剖面图元空间位置坐标的关联,以达到矿山三维地质模型与剖面图属性信息、空间信息等图元数据关联的目的;根据矿山三维地质模型中发生改变的图元确定需要更新的区域,提取区域内各剖面线并根据关联关系得到相应的剖面图,进一步通过遍历判断图元属性更新标志位和几何更新标志位的状态,自动更新各剖面图中属性或几何形状发生变化的剖面图元。应用结果表明,该方法实现了剖面图与矿山三维地质模型的关联,以及剖面图的自动更新;利用该方法自动更新后的剖面图中定位坐标数据与更新前一致,验证了剖面图更新方法的准确性。

黑岱沟露天煤矿安全培训管理平台的设计构建

为了解决工学矛盾,减少传统安全培训方式对人力和物力造成的浪费,进一步提高安全培训的组织效率,提升安全培训效果;分析了我国相关法律法规对露天煤矿安全培训的要求,基于互联化+安全培训的模式构建了安全培训管理平台;安全培训管理平台实现了对培训计划、项目开展与档案管理情况的全过程管理,提升了教育培训和人才评价工作质量,更好地服务了高素质专业化人才队伍建设。

锡林郭勒盟大型露天煤矿区地质环境时空演化评价

内蒙古锡林郭勒盟大型露天煤矿区经过20多年的开发,产生了一系列矿山地质环境问题,矿区地质环境在一定程度上遭到破坏,因此,开展大型露天煤矿区地质环境时空演化评价可为矿区生态地质环境修复提供参考。本文对锡林郭勒盟3个大型矿区进行地质环境时空演化评价。首先通过现场调查,明确了研究区主要的矿山地质环境问题,包括植被覆盖度下降、土地压占(排土场和工业场地)、地形地貌景观破坏(露天采坑)和含水层破坏等4类;其次利用遥感影像定量获取了2000—2020年之间的矿山地质环境问题信息,并建立了矿山地质环境评价指标体系;然后应用层次分析法确定了矿山地质环境评价指标的权重,并通过基于GIS的影响指数模型对矿山地质环境影响进行了评价和区划,探讨了矿山地质环境时空演化规律。研究结果表明:(1)3个大型矿区植被覆盖度下降区域的面积、排土场压占土地面积和露天采坑破坏地形地貌景观面积随时间不断增加;(2)大型矿区采矿对地质环境的影响划分为无影响区、轻微影响区、一般影响区、较强影响区和强烈影响区5个等级分区;(3)3个大型矿区地质环境时空演化规律基本相同,不同影响区的空间分布特征和面积随时间变化的规律不同。

露天矿地下水控制技术及对边坡稳定性的影响

我国富水露天矿多且涌水量大,若矿山地下水或边坡处治不当,将面临着“水患难止、边坡难固、有矿难采”的窘境。为解决露天矿遇到的水患和边坡失稳的问题,基于我国露天矿先后发展的垂直疏水孔、水平疏水孔、坑下大口径疏水孔和井群疏水等抽排方式,坑底泄水巷、基坑降水和辐射井疏干等疏放方式以及钻孔注浆帷幕、地下混凝土连续墙帷幕、钻孔咬合桩帷幕、防渗膜帷幕等截水帷幕和地层回灌水帷幕等多种地下水控制技术;开展了不同露天矿地下水控制技术对地下水位、端帮边坡岩土体力学性质变化、坡体应力变化和边坡稳定性系数影响的研究,分析了截水帷幕作用下地下水位抬升与边坡稳定性变化规律。研究结果表明:通过抽排方式、疏放方式将露天矿山地下水疏干或疏降可有效降低地下水位,减少边坡岩土体含水率,提高边坡岩土体黏聚力和内摩擦角,减小坡体的静水压力和水平推力,整体提高边坡稳定性系数,但大量疏排地下水又造成水资源的浪费和污染;截水帷幕能够解决疏排降水造成的地下水位下降幅度太大、疏排水量巨大、水资源浪费和污染的问题;在截水帷幕作用下,露天矿截水帷幕外侧水位不断抬升,引起截水帷幕外侧边坡岩土体含水率增加、黏聚力和内摩擦角减小、坡体的静水压力和水平推力增大,而截水帷幕内侧边坡岩土体含水率减小、黏聚力和内摩擦角增大、坡体的静水压力和水平推力减小,从而引起露天矿边坡稳定性系数略有降低;通过截水帷幕可以控制露天矿边坡地下水位,进而保持边坡岩土体力学参数在合理范围,维持边坡稳定性系数在安全区间,实现露天矿地下水资源保护与边坡安全的平衡。

露天煤矿环境下基于LiDAR/IMU的紧耦合SLAM算法研究

随着人工智能和无人驾驶等相关学科的快速发展,煤矿装备的智能化和无人化成为了新的趋势。智能设备的应用将大幅提高煤矿作业的生产力以及人员安全性。露天煤矿地形复杂,与城市环境相比无明显的几何特征,具有分段相似性,利用现有以激光雷达为主的同时定位与建图(Simultaneous Localization and Mapping,SLAM)方案在该环境下易出现定位漂移和建图误差较大等现象。针对上述问题,提出了一种基于激光雷达(Light Detection and Ranging,LiDAR)和惯导(Inertial Measurement Unit,IMU)紧耦合的SLAM算法,该算法使用LiDAR和IMU两种传感器作为数据输入,对数据进行预处理,前端利用迭代扩展卡尔曼滤波器将预处理后的LiDAR特征点与IMU数据相融合,并使用后向传播来矫正雷达运动畸变,后端利用雷达相对位姿因子将LiDAR帧间配准结果作为约束因子与回环因子共同完成全局因子图优化。利用开源数据集和露天煤矿实地数据集验证了算法的鲁棒性和精确性。试验结果表明在城市结构化环境中文中所提算法与当前激光SLAM算法精度保持一致,而针对长达两千多米的露天煤矿实地环境,所提算法较FAST-LIO2、LIO-SAM紧耦合算法在定位精度上分别提高了46.00%和23.15%,且具有更高的鲁棒性。

基于三元DEM的露天煤矿封闭壳状包络体素建模研究

传统地质模型受自身结构性质和布尔运算效率的局限,限制了采矿模型的生成,无法满足露天矿大规模物料规划问题的需求。针对上述问题,对开采体块段模型及采矿模型进行了定义,并提出了一种基于三元DEM的露天煤矿封闭壳状包络体素快速建模方法,即煤岩模型的顶面、底面和侧面DEM建模,三元DEM经固化后即可生成煤岩体对应的封闭壳状包络体素模型。该模型介于实体模型和块体模型之间,能够保障算量精度,同时具有较高的布尔运算效率,可以现实定点、定向的尺寸和结构剖切,在传统算量地模的基础上,通过特定的结构定义,丰富剥采程序和工艺参数等技术指标属性,定制专属的采矿模型,更好地服务于露天矿物料流规划、采剥生产计划动态优化等问题。