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作 者

肖双双1,2,丁小华3,马 力1,2,董国伟1,2

作者单位

1. 西安科技大学 能源学院；2. 西安科技大学 陕西省岩层控制重点实验室；3. 中国矿业大学 矿业工程学院

研究背景

拉斗铲常用于露天煤矿煤层上部岩石的剥离,能 够同时完成松散岩石的采掘、运输及排弃作业,将岩 石直接倒堆至内排土场,能够减少生产环节,降低生 产成本低,因此在国内外得到了广泛的应用。 受 矿层赋存条件、露天矿产量规模等多种因素的影响, 我国露天煤矿采用拉斗铲倒堆工艺时,拉斗铲通常采 用扩展平台倒堆方式。

拉斗铲作业平台参数(作业平台高度Hz和作业平台宽度Bz)影响单斗挖掘机及推土机辅助作业平台的工程量,并影响拉斗铲的重复倒堆量及作业效率。拉斗铲作业平台高度及宽度设计不合理将可能增大辅助工程量,降低拉斗铲的作业效率,提高露天煤矿的生产成本。此外,作业平台由松散岩石构成,稳定性差,且拉斗铲自重大,拉斗铲在作业平台上走行、作业时存在安全隐患。因此,应综合考虑经济、安全等因素,提出拉斗铲作业平台参数的优化方法,以保障拉斗铲的作业安全,提高拉斗铲的作业效率,降低倒堆系统的生产成本。

摘 要

为了提高拉斗铲作业效率,降低倒堆工艺系统生产成本,需要对拉斗铲作业平台参数进行优化。但由于拉斗铲作业平台高度与平台宽度之间相互影响、相互制约,不能对单个参数进行独立优化,而需要以2者为变量,建立优化模型,提出拉斗铲作业平台参数的综合优化方法。

为此分析了拉斗铲单向走行、往返走行情况下的挖掘范围,分别推导了各种情况下的拉斗铲挖掘深度、正向及反向走行距离计算公式,提出了拉斗铲走行时间及作业周期的计算方法,建立了拉斗铲生产效率与作业平台高度、作业平台宽度之间的关系模型。

利用抛掷爆破爆堆的三维扫描数据,建立平面直角坐标系,拟合得到爆堆曲线方程,进而提出了有效抛掷率、拉斗铲重复倒堆率、辅助剥离率、拉斗铲倒堆率等变量的计算方法,以倒堆工艺系统年剥离总费用最小为目标函数,综合考虑技术、经济、安全3个方面的因素,构建了基于非线性规划的拉斗铲作业平台参数优化模型,并全面分析了作业平台参数的约束条件,包括影响拉斗铲作业安全、高台阶稳定等的作业安全约束,影响拉斗铲倒堆距离、挖掘深度等的拉斗铲线性尺寸约束,以及拉斗铲、辅助设备等的生产能力约束,提出了模型的求解方法。

通过计算可知,黑岱沟露天煤矿的拉斗铲作业效率随着作业平台高度、作业平台宽度的增大先增大后降低,作业平台高度为13.30m,宽度为118.10m时, 拉斗铲作业效率最大,为4043.02m3/h;其最优作业平台高度为14.60m,作业平台宽度为118.00m,优化后每年可节省剥离费用371.70万元。

作者简介

肖双双，男，1988年6月4日生，江苏丰县人，博士，以第一作者公开发表学术论文10余篇，其中SCI检索2篇，EI检索5篇，第一完成人授权国家发明专利2项，主持陕西省教育厅重点科学研究计划等项目3项，获省部级一等奖1项、二等奖1项，陕西省科技创新团队成员。

研究方向

露天开采与矿山爆破工程

主要成果

致力于露天矿工艺与台阶爆破参数优化理论的研究，揭示了抛掷爆破拉斗铲倒堆工艺基本规律，提出了拉斗铲工作面参数、抛掷爆破参数、高台阶参数的优化设计方法及拉斗铲倒堆工艺系统可靠性优化理论，提出了露天矿排土长远规划模型及其求解方法，参与开发了露天矿爆破智能化设计系统。

文中图片

单向走行条件下拉斗铲最大挖掘深度示意

反向移动后拉斗铲最大挖掘深度示意

回拉绳最大倾角示意

拉斗铲工作面走行路线示意

拉斗铲回转角示意

抛掷爆破爆堆剖面

拉斗铲倒堆范围示意

求解流程

多项式拟合

拉斗铲作业效率与平台高度、平台宽度关系

来源：

肖双双,丁小华,马力,等. 基于非线性规划的拉斗铲作业平台参数优化[J]. 煤炭学报,2019,44(10):3076-3084.

XIAO Shuangshuang,DING Xiaohua,MA Li,et al. Parameters optimization of dragline working platform based on nonlinear programming[J]. Journal of China Coal Society,2019,44(10):3076-3084.

责任编辑：常琛编辑整理：郭晓炜

审 核：常琛

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