主辦單位:煤炭科學研究總院出版傳媒集團、中國煤炭學會學術期刊工作委員會

“露天煤礦綠色智能開采技術研究進展”專題

來源:煤炭科學技術

2003年以來,在確保煤礦安全高效開采和環境效應并重大背景下,露天煤礦的建設進入了快速發展期。露天煤礦開采順應趨勢,推動物聯網、云計算、大數據、人工智能、自動控制、移動互聯網、機器人化裝備等與現代露天采礦技術深度融合,促進全面感知、實時互聯、分析決策、自主學習、動態預測、協同控制的智能化礦山建設,進一步有效改善現場作業安全條件,實現無人則安、少人則安,促進露天煤礦增效、降費、減人、節能、減排,消除煤炭開采對環境產生的負效應,實現露天煤礦安全高效綠色開采。為了交流和展示近年來我國在露天開采理論、技術、工藝裝備、綠色礦山建設等方面取得的新成果,探討未來露天煤礦綠色智能化開采發展趨勢。組織策劃“露天煤礦綠色智能開采技術研究進展”專題,限于篇幅,刊登學術論文11篇,以期促進露天煤礦綠色智能礦山的建設與發展。

行業視野

采礦

類別

39個

關鍵詞

54位

專家

10篇

論文

710IP

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250次

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  • 作者(Author): 李浩蕩, 佘長超, 周永利, 黃玉凱

    摘要:改革開放40年來,我國露天煤礦開采技術得到快速發展,基于我國露天煤礦開采技術最新資料和2019年國家能源局全國煤礦生產能力公告,從規模、數量、能力、分布以及開發主體等方面歸納了我國露天煤礦發展現狀,具有數量少能力大、超大型為主、開發集中度高3個特點。從基礎理論、開采工藝、裝備水平、信息智能、安全生產、生態恢復等6個方面露天煤礦先進采礦技術,同時對剝采比、邊坡失穩、綠色開采3個方面基礎理論研究成果;闡述了現有開采工藝在轉向協調開采、運輸優化、高效爆破、陡幫端幫開采等方面新技術應用現狀,分析了采裝、運輸等裝備研發應用及國產化、大型化技術情況,開發并應用了卡車智能調度、CI-IDS生產管理、輪胎全壽命管理、疏干智能排水、智能爆破等6套信息智能系統,總結了邊坡滑坡、運輸事故、小煤窯采空區塌陷、水害等4大安全風險防控技術,從綠色開發、生態修復、綜合整治、采復一體、地貌重建、干霧抑塵等6個方面介紹了綜述了綠色礦山建設技術成果,并結合當前實際,提出我國政策與發展不同步、開采模式相對單一、開采技術發展不平衡、大型關鍵設備及零配件仍依賴進口、高效露天開采工藝應用較少、恢復生態原貌技術尚不成熟、重大災害治理技術仍需突破的7個問題。最后,對我國露天煤礦高質量發展提出了5點新認識:探索露天煤礦一礦多坑、井露聯合開發開采新模式,研發吊斗鏟、無人卡車、大型破碎機等采剝運破高端智能裝備為建設智慧礦山提供支撐,創新保障人機安全的安全高效生產新技術,創建全程綠色開采、損傷鑒定、原貌恢復等綠色礦山成套技術體系,同時要建立專業化運營隊伍及培養職業開采人員,加快實現我國煤炭產業高質量發展。
  • 作者(Author): 王忠鑫, 孫鑫, 王金金, 齊振鵬, 宋波

    摘要:BIM(Building Information Modeling)技術是一種應用于工程設計、建造和管理的數據化工具,通過對數據化、信息化模型整合,在項目策劃、運行和維護的全生命周期過程中進行共享和傳遞,為項目參與各方提供了協同工作的平臺,已經在全球范圍內得到業界的廣泛認可。目前,國內露天礦應用BIM技術 處于起步階段,露天礦工程具有地質條件復雜、生產環節多、工程動態發展、信息多源分布、數據體量龐大等特點,礦山設計、建設、生產、運維過程中所有信息的無損傳遞、共享與聯動尚未完全實現。為解決這一難題,基于露天礦工程全生命周期、全工程領域、全參與方的不同需求,厘清信息模型的維度,提出平臺建設的總體思路,構建露天礦工程BIM協同工作平臺的四層功能架構體系,包括應用層、平臺層、技術層和軟件層,綜合露天采礦專業軟件與BIM通用軟件相結合的特性,提出了真三維精細化信息模型構建、露天礦三維優化設計及虛擬開采、模型地學信息及工程屬性傳遞共享、設備模型參數化及工程參數化設計等10大關鍵技術。研究結果表明:采用露天采礦專業軟件與BIM通用軟件深度融合能夠發揮兩者優勢,建立集礦山三維地質、采礦、地面生產系統、工業場地等工程全要素精細化信息模型于一體的協同工作平臺,形成露天礦工程統一的BIM模型數字化交付標準,為進一步研發建設智慧化露天礦山“高品質”三維基礎平臺奠定理論基礎。
  • 作者(Author): 劉光偉, 于秋宇, 李浩然, 李繼, 張波, 魏亞龍

    摘要:如今礦山測繪采用最多的是全站儀以及GPS-RTK動態測量技術,對于礦區中一些比較陡峭大坡度區域,以及深溝區域,測繪人員往往無法到達,在高陡邊坡采集數據時也會存在測量安全隱患。此外,大型露天礦區開采范圍大,開采水平多,單點測量需要大量的人力物力,不僅增大了勞動強度,還降低了工作效率。因此在伊敏露天礦測量驗收中,采用的傳統數據采集方式亟待改進,對于其測量驗收方式的也需改變。為了滿足高寒地區露天礦測量驗收的實際需求,提出采用飛馬D200作為飛行平臺,利用D-OP200傾斜模塊,飛馬D200為飛行控制與管理系統的無人機整體解決方案,對無人機能否在高寒地區正常完成測量工作進行了現場飛行試驗。在低溫、大風、雨雪等特殊環境下的無人機進行了飛行試驗并對無人機移動測量數據進行采集與處理。結果表明:在伊敏礦區受各種惡劣天氣交叉影響的條件下,全年仍有80%的工作日無人機可正常飛行作業;飛行測試中的單點誤差均小于0.05 m,實景建模算量與實測采剝量的誤差在5%范圍內,滿足礦方測量驗收的算量精度。
  • 作者(Author): 劉威, 郭直清, 黃敏, 白潤才, 徐煦, 王東, 劉光偉, 趙景昌

    摘要:大型設備是露天礦開采工藝系統的重要組成部分,設備的有效利用直接決定著露天礦的生產效率。為解決露天礦典型設備的故障預測問題,降低設備的故障率和維修成本,提出了一種基于馬爾科夫蒙特卡羅方法的露天礦典型設備故障發生時間預測算法,該算法利用馬爾科夫蒙特卡羅方法(MCMC)對設備故障數據進行抽樣估計,獲得設備故障發生次數所對應的齊次泊松過程的參數λ,然后根據浴盆曲線性質,不斷對λ進行修正和擬合,確定設備當前狀態下故障發生次數的泊松分布參數的值λc,再利用齊次泊松過程中隨機點的點間間距是相互獨立的指數分布隨機變量序列的性質,將λc的倒數作為指數分布參數的估計值,確定設備故障發生時間間隔所服從的指數分布,進而利用指數分布預測設備故障發生時間。研究結果表明:設備故障發生次數所服從的泊松分布參數隨時間動態變化;設備故障維修時長隨設備使用年限的增長而逐漸變長(設備發生中型及以上故障次數增多);所提出的算法經修正尺度簡縮因子驗證,具有合理性和有效性,能夠用于對露天礦典型設備的故障預測。數值模擬結果顯示:在外部環境不發生明顯變化時,該算法能夠精確、有效的預測露天礦典型設備的故障發生時間和故障類別,不僅能為企業科學制定設備預防性維修計劃提供依據,而且能為智慧露天礦建設提供有效的基礎決策數據。
  • 作者(Author): 宋子嶺, 趙東洋, 張宇航, 賈正昭, 范軍富, 王榮海

    摘要:我國煤炭露天開采由于比井工開采具有明顯的優越性而得到了快速發展,然而由于大部分露天煤礦區位于內蒙古、新疆等生態脆弱地區,露天開采對當地的生態環境造成了極大的影響與破壞。以神華北電勝利一號露天煤礦為例,為一大型露天煤礦,位于草原生態環境地區,其開發對草原生態環境影響較大,為評價露天開采對礦區生態環境影響程度,提出了露天煤礦綠色度評價評價方法,建立礦區生態環境評價指標體系和評價模型、評價標準,并對勝利一號露天煤礦評價指標進行量化,進行了露天煤礦綜合綠色度指標評價。研究結果表明:勝利一號露天煤礦綜合綠色度指標為0.707,達到了“良”的標準,為我國現有的大型露天煤礦中得分是相對較高的;勝利一號露天煤礦的一級指標中“固體環境”、“生態環境”得分較低,是露天煤礦生態環境的薄弱環節;二級指標中“土地占用”指標、“礦區地形條件”指標,“污染控制與廢物利用”指標、“重建生態資源保護利用”指標等得分較低,并提出了改善其得分的技術與管理措施;通過對“水環境”、“大氣環境”中三級指標分析,得出了15個得分較低的三級指標,并對其中10個指標提出了改善措施,其他5個指標是客觀因素造成的。
  • 作者(Author): 趙洪寶, 魏子強, 羅科, 蘇泊伊, 任朝朋, 伍國明

    摘要:為了研究河曲舊縣露天煤礦內排土場邊坡在降雨飽水工況下的穩定性狀態以保證邊坡體西側選煤廠等建筑物的安全,首先,利用FLAC3D軟件采用強度折減法確定了其潛在滑移面,并通過FISH語言建立了潛在滑移面的擬合模型,利用極限平衡計算軟件Geo-slope分析計算了現狀邊坡與終了排棄邊坡在自然工況和暴雨工況下的整體穩定性,其次,對邊坡體采用不同壓腳參數的各個工況條件進行模擬計算,得到不同條件下的安全系數與滑體剪出口位置。研究結果表明:在自然工況下,現狀邊坡與終了排棄邊坡都能達到穩定或基本穩定狀態;而在暴雨工況下,邊坡體基底出現弱層,同時坡體力學參數嚴重弱化,安全系數驟降,滑面與滑體范圍擴大,滑體由從坡腳剪出擴大為從基底弱層剪出,各個典型剖面的安全系數與自然工況下相比降低20%~30%,失穩概率極大,根據排土場的具體情況確定采用壓坡腳工藝提高排土場穩定性并優化了壓腳高度與寬度工藝參數,采取寬度40 m、高度20 m的壓腳方式確保邊坡的穩定性。
  • 作者(Author): 王東, 郭富寧, 曹蘭柱, 李廣賀

    摘要:為解決復合煤層露天礦軟巖邊坡形態參數優化這一難題,從對影響邊坡穩定性關鍵因素的分析出發,采用剛體極限平衡理論和FLAC3D數值模擬軟件相結合的方法,結合露天礦采場自上而下逐水平形成的特點,提出了一種順傾層狀邊坡參數逐階段優化方法,將該方法應用于白音華一號露天礦北幫邊坡,分4個階段優化設計了該礦北幫復合煤層軟巖露天礦邊坡空間形態。研究結果表明:白音華一號露天礦北幫邊坡滑坡模式以剪切圓弧為側界面,以煤層頂、底板弱層為底界面的切層-順層滑動;經逐階段優化后,1煤的底板弱層以上臺階邊坡角為12°,邊坡平臺寬為25 m;2煤的頂板弱層以上臺階邊坡角為22°,邊坡平盤寬為30 m;3-1煤的底板弱層以上臺階邊坡角為15°,邊坡平盤寬為54 m;3-2煤的底板弱層以上臺階邊坡角為14°,邊坡平盤寬為25 m;北幫最終設計邊坡角由原設計13°提高至15°,多采煤量為443萬t,多剝離巖量167萬m3;經優化設計確定的復合煤層軟巖露天礦邊坡形態參數,可彌補采用傳統方法設計造成的邊坡角偏小的不足,實現經濟效益最大化。
  • 作者(Author): 曹蘭柱, 黃浩軒, 王東, 王珍

    摘要:針對含有斷層、軟弱夾層的露天礦邊幫壓煤問題,從控制邊坡穩定性的角度出發,結合勝利東二露天礦南幫邊坡工程實際情況,運用極限平衡法、數值模擬等方法和手段,研究了不同煤柱留設長度邊坡穩定性變化規律,確定了橫采內排跟蹤距離及橫采工作幫坡角對南幫邊坡穩定性的影響。研究結果表明、勝利東二露天礦南幫的滑坡模式為剪切圓弧-順層滑移;當滑坡區F8斷層上盤留有煤柱時邊坡穩定性系數均小于1.0,且留設煤柱越長邊坡穩定性越小;當清理F68斷層上盤滑坡體小于100 m時南幫邊坡穩定性有所提高,但變化較小;考慮到實際剝采工程發展過程中采運設備布置空間需要及安全問題,最終確定橫采內排跟蹤距離為10 m、橫采工作幫留1個工作平盤。

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