棉花坑矿井采掘设备配置优化方案探讨.pdf
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1、第 卷第期 年月铀矿冶 收稿日期:第一作者简介:秦旭忠(),男,青海民和人,硕士,工程师,主要从事采矿工艺和地压控制研究。通信作者简介:宋丽霞(),女,山西运城人,硕士,高级工程师,主要从事硬岩铀矿高效开采工艺研究。棉花坑矿井采掘设备配置优化方案探讨秦旭忠,宋丽霞,李祖荣,王伟,张德全,张煜晖(中核矿业科技集团有限公司,北京 ;中核韶关锦原铀业有限公司,广东 韶关 )摘要:棉花坑矿井因采掘设备配置失衡而存在生产效率低和安全性差等问题。根据采掘设备的配置特点及棉花坑矿井的生产现状,构建了基于线性理论的设备配置优化模型,并运用模型对目前种采矿工艺下的主要采掘设备进行了计算和分析;提出了铲运设备无线
2、远程控制、掘进设备精准导向控制和井下电机车有轨智能无人运输的矿井采掘设备智能化建设总体方案,同时给出了不同采矿工艺下主要采掘设备的配置优化方案。关键词:线性理论;采掘设备;智能化中图分类号:文献标志码:文章编号:()犇 犗 犐:采掘设备是影响井下采矿效率的重要因素之一。随着人工智能、数据计算和物联网等技术的发展和普及,采掘智能化技术被广泛应用于矿山,成为矿业发展的重要方向之一。针对某金属矿山的人工驾驶有轨运输系统,采用无线通信、激光雷达和安全监测等技术对电机车进行自动控制改造,实现了井下有轨运输系统的智能化、无人化和高效化。国内某金矿运用自动化出矿系统实现了从装矿、运行到卸矿的全流程自动化作业
3、,使矿山生产效率大幅上升。棉花坑矿井目前主要采用上向水平分层充填法和分段深孔采矿法,其生产过程中的凿岩、爆破和出矿等工序基本依靠人工来完成,存在生产效率低和安全性差等问题。此外,存在各采掘设备在性能上和数量上的配置失衡,这导致井下设备闲置和矿石留滞现象发生,制约了矿井的生产效率。针对棉花坑矿井存在的问题,进行采掘设备的合理配置分析和智能化建设工作,以期实现矿井的绿色高效生产。采掘设备配置现状目前棉花坑矿井配备的采掘设备有液压凿岩台车、内燃铲运机、运矿卡车等(表)。表棉花坑矿井采掘设备清单犜 犪 犫 犾 犲犃 犾 犾 狅 犮 犪 狋 犻 狅 狀狅 犳犿 犻 狀 犻 狀 犵犲 狇 狌 犻 狆 犿
4、犲 狀 狋 狅 犳犕 犻 犪 狀 犺 狌 犪 犽 犲 狀 犵犿 犻 狀 犲设备分类设备名称规格数量台凿岩设备 型液压凿岩台车 型凿岩机 型凿岩机铲运设备 型铲运机 ()型铲运机 型铲运机 型铲运机 运矿设备 型运矿卡车 型运矿卡车 型电机车 目前采掘设备配置存在的问题主要有:)采掘设备配置失衡。如在分层采矿工艺中,使用的主要采掘设备有 型液压凿岩台车、型铲运机、型运矿卡车和 型电机车,上述设备的生产能力在配置上存在一定失衡问题。)采掘设备对现有采矿工艺的适应性较差。如采用分段深孔采矿法开采中段破碎矿体时,若使用现有铲运机在出矿穿脉进行出矿作业,则极易因松散矿堆滑落而引起施工人员伤亡。)设备自动
5、化和智能化程度低。采掘设备配置优化模型构建采掘设备的配置受矿井生产能力、矿体规模和施工人员等因素的影响,且各设备在数量和性能上存在线性关系。实现采掘设备的最优配置,实质上是在生产矿量、矿石流转和主井提升等因素的约束下,求解经济效益最优解的过程,是典型的线性规划问题。目标函数确定为提高矿井生产能力,分析优化采掘设备配置,以设备的生产施工能力为目标建立函数。犣犻犆犻犡犻,()式中:犣犻设备生产能力,班;犆犻设备台班生产能力,(班台);犡犻处于工作状态的设备数量,台。设备施工效率计算 凿岩设备对于矿井凿岩设备,采用经验公式计算其施工效率。犆 犠犖犜犓犓犇犃,()式中:犆凿岩机械生产能力,(班台);犠
6、凿岩机械冲击功,;犖凿岩机械冲击器频率,;犜班工作时间,棉花坑矿井采用四六制,即班;犓凿岩钻机冲击器冲击能力的利用系数,取;犓凿岩钻机班工作时间利用系数,取;矿岩体重,根据棉花坑矿岩体重报告取 ;犇钻孔直径,;犃矿岩凿碎比功,取 。将棉花坑矿井现有凿岩设备的相关参数代入式(),得出各设备的台班生产能力(表)。表凿岩设备台班生产能力犜 犪 犫 犾 犲犘 狉 狅 犱 狌 犮 狋 犻 狅 狀犮 犪 狆 犪 犮 犻 狋 狔狅 犳犱 狉 犻 犾 犾 犻 狀 犵犲 狇 狌 犻 狆 犿 犲 狀 狋 狊凿岩设备名称生产能力 (班台)型凿岩机 型凿岩机 系列凿岩台车 铲运设备对于矿井铲运设备,采用经验公式计算其
7、施工效率。犆 犞 犜犓犓狋犓,()式中:犆铲运机械生产能力,(班台);犞铲运机械铲斗容积,;犜班工作时间,取班;犓铲运机机班工作时间利用系数,取;犓铲运机满斗系数,取;矿岩体重,取 ;犓原岩在铲斗中的松散系数,取;狋铲运机次循环所用时间,根据现场情况取 。将棉花坑矿井现有铲运机的相关性能参数代入式(),得出各设备的台班生产能力(表)。表铲运设备台班生产能力犜 犪 犫 犾 犲犘 狉 狅 犱 狌 犮 狋 犻 狅 狀犮 犪 狆 犪 犮 犻 狋 狔狅 犳 狊 犺 狅 狏 犲 犾 犻 狀 犵犲 狇 狌 犻 狆 犿 犲 狀 狋 狊铲运设备名称生产能力 (班台)型铲运机 型铲运机 型铲运机 ()型铲运机 运
8、矿设备对于矿井运矿设备,采用经验公式计算其施工效率。犆 犜 犙犓狋,()式中:犆机车运矿能力,(班台);犙机车载重,次;犜班工作时间,取班;犓机车工作时间利用系数,取;矿岩体重,取 ;狋机车运行周期,根据现场情况取 。将棉花坑矿井现有运矿车的相关性能参数代入式(),得出各设备的台班生产能力(表)。表运矿设备台班生产能力犜 犪 犫 犾 犲犘 狉 狅 犱 狌 犮 狋 犻 狅 狀犮 犪 狆 犪 犮 犻 狋 狔狅 犳 狅 狉 犲 狋 狉 犪 狀 狊 狆 狅 狉 狋 犪 狋 犻 狅 狀犲 狇 狌 犻 狆 犿 犲 狀 狋 狊运矿设备名称生产能力 (班台)型运矿卡车 型运矿卡车 模型约束条件设定在设定模型约
9、束条件时,一般需要结合矿井的实际情况选取主要影响因素 。根据棉花坑矿井生产现场的实际情况,选取个方面作为主铀矿冶第 卷要约束。生产矿量约束为保证矿井的经济效益,凿岩设备、铲运设备和运矿设备的生产能力均需大于矿井最低生产要求。犆犖犛犆犖犛犆犖犛烅烄烆,()式中:犆凿岩机械生产能力,(班台);犖凿岩机械数量,台;犆铲运机械生产能力,(班台);犖铲运机械数量,台;犆机车生产能力,(班台);犖机车数量,台;犛矿井生产要求处理的矿岩量,班,根据棉花坑矿井三期设计要求,每班需处理约 矿岩。矿流量约束为避免矿石在井下出现留滞现象,要求运矿能力不 低 于 铲 运 能 力,铲 运 能 力 不 低 于 凿 岩能力
10、。犆犖犆犖犆犖,()式中:犆凿岩机械生产能力,(班台);犖凿岩机械数量,台;犆铲运机械生产能力,(班台);犖铲运机械数量,台;犆机车生产能力,(班台);犖机车数量,台。设备利用率约束富裕系数为设备生产能力与矿井生产要求产能的比值,若其值小于,则设备生产能力无法满足矿井生产要求;若其值过大,则会出现设备闲置情况。为了充分利用各设备,将富裕系数约束在 。犪(犖犠犖 犜 犓犓 犇)(犃犿)犪(犖犞 犜 犓犓)(狋犓犛)犪(犖犙 犜 犓)(狋犛)烅烄烆,()式中各符号含义与式()()一致。主井提升约束目前棉花坑矿井只有个主井,为了避免在井下储存过量矿石,要求井下生产与主井提升的矿石量大致相等。犆犖犚,
11、()式中:犆机车生产能力,(班台);犖机车数量,台;犚主井提升能力平均值,班,根据现场调查统计约为 班。模型应用及分析 上向水平分层充填法上向水平分层充填法主要用于棉花坑矿井 水平以下的矿体,采矿的基本工艺流程为:凿岩装药爆破通风松石处理采场出矿(大块岩石进行二次破碎)充填下一分层回采,回采过程中涉及的采掘设备及其富裕系数见表。表上向水平分层充填法采掘设备及富裕系数犜 犪 犫 犾 犲犕 犻 狀 犻 狀 犵犪 狀 犱犱 狉 犻 狏 犻 狀 犵犲 狇 狌 犻 狆 犿 犲 狀 狋 犪 狀 犱犪 犳 犳 犾 狌 犲 狀 犮 犲犳 犪 犮 狋 狅 狉狅 犳狌 狆 狑 犪 狉 犱犺 狅 狉 犻 狕 狅 狀
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