抛掷爆破-拉斗铲倒堆工艺台阶采掘带宽度优化

2017-12-22李克民孙健东肖双双丁小华常治国

煤炭学报 2017年11期

马力，李克民，孙健东，肖双双，丁小华，常治国

(1.西安科技大学能源学院，陕西西安 710054; 2.中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室，江苏徐州 221116; 3.中国矿业大学矿业工程学院煤炭资源与安全开采国家重点实验室，江苏徐州 221116; 4.中国矿业大学(北京) 资源与安全工程学院煤炭资源与安全开采国家重点实验室，北京 100083)

马力1,2，李克民3，孙健东4，肖双双1，丁小华3，常治国3

抛掷爆破与拉斗铲配合的倒堆工艺环节中，拉斗铲在抛掷爆破形成的爆堆上作业，采掘带宽度是维系爆破区域与设备作业的关键开采参数。抛掷爆破效果、工艺设备作业要求及多煤层开拓运输系统布置是影响采掘带宽度的重要因素，根据抛掷爆破与拉斗铲作业特征和配合模式，分析了抛掷爆破开采参数与拉斗铲作业参数的影响关系;分析了与有效抛掷率影响密切相关的台阶高宽比及炮孔排效应。以抛掷爆破与拉斗铲倒堆综合成本最小为目标，以工艺设备作业要求和开拓运输系统布置条件为约束，建立了抛掷爆破采掘带宽度优化的非线性数学规划模型。并采用该模型对黑岱沟露天煤矿抛掷爆破台阶采掘带宽度进行优化，确定其最佳采掘带宽度为67 m。

抛掷爆破;拉斗铲;采掘带宽度;非线性规划

露天开采剥离环节中采用抛掷爆破技术，将岩石破碎并将部分岩石抛掷到采空区，剩余物料由拉斗铲倒堆完成剥离作业。从爆破工程角度看，抛掷爆破只是一种加强松动爆破;但从露天开采角度看，大量剥离物的采剥移运是一项大量工程，而抛掷爆破能将岩石抛掷的基本特点与露天开采的目标相契合。通过分析抛掷爆破的爆堆形态及与露天矿山工程发展特点，抛掷爆破爆堆形态及有效抛掷率是影响露天矿正常生产的根源。

为了降低抛掷爆破-拉斗铲倒堆工艺的剥离成本，应能实现较高的抛掷比，但是同时导致了爆破成本的增加。因此，抛掷爆破应用的最佳效果是有效抛掷率增大所对应的剥离物剥离成本减小能抵消爆破成本的增加。露天开采过程中沿采掘带划分为若干个爆区依次作业，采掘带宽度是维系爆破区域与设备作业的重要开采参数，研究优化采掘带宽度对提高抛掷爆破效果和拉斗铲设备作业效率具有重要意义。

国内外众多研究学者对如何提高有效抛掷进行了系统研究，探讨了参数设计、物料特性、炸药特性、炸药消耗、炮孔直径、台阶高宽比、抵抗和孔距、布孔类型、炮孔倾角、炮孔填塞与装药结构、起爆方式、延期时间等众多因素的影响[1-3];分析研究了台阶宽度对抛掷爆破效果的影响，有效抛掷率随台阶高度与宽度比值的增大而增大[4-8];而在抛掷爆破与拉斗铲联合应用条件下，对两者耦合的开采参数研究较少，大多停留在以经验公式为基础的参数选取，并未对抛掷爆破的采掘带宽度进行深入研究。

1 抛掷爆破-拉斗铲倒堆工艺技术特征

1.1 抛掷爆破与拉斗铲作业程序耦合关系

露天采矿实现将原位岩矿破碎并采装运往指定场所，通常采用松动爆破将物料破碎至一定块度满足设备采装要求。依据爆破漏斗理论，抛掷爆破是一种加强松动爆破，利用爆破将剥离物料直接抛入无煤区或采空区而不需要重复处理。露天矿的抛掷爆破主要实现两个基本功能:一是破碎岩石，二是将破碎的岩石抛出，既完成了预先松碎环节又完成部分物料的排弃。

图1为单一煤层和双煤层中抛掷爆破示意，部分物料被抛掷入采空区，剩余物料需要机械处理。其中，双煤层抛掷爆破中剥离物和煤层的移运顺序为:中部剥离物首先起爆，然后是上部剥离物，随后拉斗铲在上部台阶作业揭露上部煤层，拉斗铲在排土场侧作业揭露下部煤层[9]。有效抛掷率和爆堆形态受地质条件及爆破参数控制，直接取决于爆破设计。另外，抛掷爆破不能直接用于物料剥离，需与其他工艺、设备配合完成剥离物的移运。按照技术、设备的配合模式及顺序，抛掷爆破爆堆形态及爆破效果是影响后续生产环节及设备作业的关键因素，如图2所示。

图1 单一煤层与双煤层中抛掷爆破示意Fig.1 Schematic diagram of blast-casting in single seam and double seams operation

图2 开采参数相互影响关系Fig.2 Interaction effect relation of mining parameters

抛掷爆破与后续剥离工艺、设备的匹配，主要考虑由抛掷爆破决定的开采参数与采装设备自身作业能力相适应的开采作业参数，两者之间的相互影响主要体现在台阶高度和爆区宽度的确定，不但需要结合其自身要求达到的效果，同时要考虑后续设备能达到的作业能力。另一方面，工作线长度、台阶坡面角等也是需要考虑的开采参数;对于在抛掷爆破条件下采用其他工艺与其相配合应用而言，通常在工作线长度方向上将其分为若干个爆区，而爆区长度与划分的采掘作业台阶高度、设备作业能力等因素共同影响煤层的揭露速度和露天矿生产能力。

1.2 台阶抛掷爆破技术特征及爆破效果

受岩体内节理裂隙发育程度、数量及方向等影响，岩石爆破后破碎成不同尺寸及形状规格的岩块。另外，抛掷初速度、抛掷岩块间的相互碰撞都是岩块抛掷过程中不可避免的影响因素。根据抛掷爆破作用原理及有效抛掷率的含义，有效抛掷率可以看成是若干抛掷岩体微元在采空区的有效堆积比。抛掷岩块在空气中的运动状态符合外弹道理论特点:① 在不考虑空气阻力影响条件下，抛掷岩体服从质心系运动基本原理，按照弹道轨迹运行[10];② 依据能量守恒定律，抛掷岩体运动初始能量由炸药爆炸产生能量所提供。

式中，v为抛体初速度，m/s;S为抛体质心起落水平距离，m;α1为抛体质心抛掷角，(°);H′为抛体质心起落高差，m;ρ为爆破岩石密度，kg/m3;q为炸药单耗，kg/m3;e为炸药比能量，J/kg;η1为极限尺寸平面药包爆破有效作用系数。

根据体积平衡法理论，多药包爆破形成的堆积体可以看成是每个药包形成的堆积体之和，堆积体的前沿抛距、质心抛距与药包最小抵抗线密切相关，成正比关系[11]:

式中，Lm为药包中心到堆积体前沿的水平抛掷距离，m;Lc为药包中心到堆积体质心间的水平距离，m;γ为岩土介质密度，kg/m3;Wr为药包的最小抵抗线，m;φ为最小抵抗线方向与铅垂线所夹抛射角，(°);Kn为抛掷系数，Kn=3.0。

1.3 拉斗铲设备尺寸及倒堆作业特征

1.3.1拉斗铲设备结构尺寸

拉斗铲大臂、提升绳、回拉绳共同组成了一个三角形，以拉斗铲旋转中心为原点O，在拉斗铲大臂、提升绳、回拉绳所构成的平面建立直角坐标系。图3中O表示拉斗铲旋转中心，O′表示回拉绳与机体卷筒连接处，A表示拉斗铲大臂顶点，α2表示大臂与旋转中心所在水平线的角度，B表示拉斗铲的采装点，O′A表示拉斗铲大臂长度为定值(图中Lb)，AB表示拉斗铲采装作业时提升绳长度(图中L1)，O′B表示拉斗铲采装作业时回拉绳长度(图中L2)。

图3 拉斗铲结构坐标系Fig.3 Coordinate system of dragline construction

假设B点的坐标为(x，y)，由余弦定理得

则拉斗铲铲斗在该平面的空间坐标为

结合VGA采集卡记录相对角度数据，即可得到铲斗的空间轨迹，如图4所示。

1.3.2拉斗铲倒堆作业方式

拉斗铲作业方式受矿层赋存条件、露天矿产量规模、倒堆台阶参数、拉斗铲规格及台数等多种因素的影响，单台拉斗铲的基本作业方式主要有以下4种[12-15]。

(1)直接倒堆方式

拉斗铲站立在倒堆台阶上盘或者经推土机平整后的爆堆之上，下挖剥离物并倒入采空区，如图5(a)所示。直接倒堆方式多用于剥离物及煤层厚度均不大或者拉斗铲线性尺寸较大的条件。

图5 拉斗铲基本作业方式Fig.5 Basic operation modes of dragline

(2)扩展平台倒堆方式

拉斗铲站立在扩展平台之上，下挖剥离物并倒入采空区，如图5(b)所示。扩展平台可由推土机在爆堆上降段平整建立，也可由拉斗铲自身或者推土机和拉斗铲联合建立。这种方式适用于剥离物厚度较大、岩石较为坚固稳定的条件，可以减小拉斗铲的线性尺寸或增加倒堆台阶的高度和宽度，但部分剥离物需要二次倒堆。

(3)超前台阶倒堆方式

把剥离层分为上下两个台阶，拉斗铲站立在剥离台阶中部分别进行上采和下采，如图5(c)所示。可以使拉斗铲倒堆厚度增大，但拉斗铲上采高度不宜太大，且上采使拉斗铲挖掘速度降低、满斗率降低、回转角度增大，从而降低拉斗铲的生产效率。

(4)排土场回拉方式

拉斗铲站立在排土场平整后的平台上，将剥离物回拉至内排土场，如图5(d)所示。这种方式可以把部分剥离物倒堆至更上部的排土场，以增大倒堆内排空间。但拉斗铲在排土场回拉作业时，回转角较大、作业循环周期长、生产效率较低。

2 抛掷爆破采掘带宽度优化模型

2.1 基于综合成本最小的目标采掘带宽度

抛掷爆破台阶高度和采掘带宽度是影响抛掷爆破效果的重要因素，经验表明:台阶高宽比H/W与抛掷率间存在线性关系[3,16-17]。随着H/W的增加，可以增大采空区的有效抛掷量。当台阶高度一定的情况下，有效抛掷率随采掘带宽度的增大而降低。另一方面，有效抛掷率的增大会降低拉斗铲倒堆设备作业量及倒堆成本。因此，应把抛掷爆破和拉斗铲倒堆作业作为一个系统，综合考虑采掘带宽度变化对综合生产成本的影响。

抛掷爆破-拉斗铲倒堆工艺年综合成本为

式中，W为采掘带宽度,m;q为炸药单耗,kg/m3;c1为单位爆破成本,元/m3;H为台阶高度,m;L为工作线长度,m;D为年推进度,m;η为有效抛掷率;c2为拉斗铲倒堆单位成本,元/m3。

从式(5)可以看出，抛掷爆破-拉斗铲倒堆工艺总成本受有效抛掷率影响，在等炸药单耗条件下，有效抛掷率与台阶高度和宽度有关，即η=f(H,W)，且当H=const时，η=f(W)。

式(5)中综合成本与有效抛掷率呈负相关，为确定使总成本最低的采掘带宽度亦即使有效抛掷率最大，即

有效抛掷率除受台阶高度和采掘带宽度影响外，还与装药量、孔距、排距等爆破参数密切相关。因此，使有效抛掷率最佳的采掘带宽度，应根据现场试验综合确定。

2.2 拉斗铲设备作业对采掘带宽度的约束

考虑抛掷爆破后的剥离采装设备主要为单斗挖掘机和拉斗铲，而单斗挖掘机与汽车的相互位置并非固定，采掘带对其作业条件影响不大，挖掘机可以以端工作面、侧工作面、尽头工作面等多种作业方式在采掘带中横向“之”字形移动或与垂直工作线方向开采等。因此，从设备尺寸及作业形式看，抛掷爆破采掘带主要对拉斗铲设备有较大的影响。

由于拉斗铲在多煤层中的作业方式包含多种，不同作业方式及所能达到的开采作业要求具有较大的差别。当拉斗铲在采场侧向排土场倒堆的作业方式中，无论其在上层或是下层作业，其作业特点基本一致，而回拉方式与在采场侧作业具有显著的差别。因此，从其作业场所的不同分别考虑拉斗铲线性尺寸对抛掷爆破采掘带宽度的影响。

2.2.1拉斗铲在爆堆顶盘作业

拉斗铲在爆堆顶盘作业如图6所示，根据抛掷爆破作用和拉斗铲作业前后的岩体台阶和倒堆物料守恒，则有

式中，Hx为拉斗铲卸载高度,m;Hb为爆堆顶板距坑底高度,m;ks为爆堆松散系数;δ为排土带坡面角,(°)。

图6 拉斗铲在抛掷爆破爆堆顶部作业示意Fig.6 Schematic diagram of dragline working on the top of blast casting muck pile

根据拉斗铲作业关系有:

将式(7)代入式(8)可得:

式中，Rx为拉斗铲卸载半径,m;c为拉斗铲作业中心距爆堆坡肩安全距离，m;α为爆堆坡面角,(°);ΔL为爆堆坡面与排土带交错距离,m。

拉斗铲设备在倒堆顶盘上作业主要需保证:① 拉斗铲旋转中心至排土带的水平距离在拉斗铲最大作业半径范围内;② 拉斗铲的卸载高度要在其最大卸载高度范围内，即

式中，Hxmax为拉斗铲的最大卸载高度，m;Rxmax为拉斗铲的最大卸载半径，m。

则可以获得因拉斗铲作业条件对采掘对宽度的影响关系为

2.2.2拉斗铲在内排土场侧回拉作业

根据以上分析的过程与方式，可以获得拉斗铲在内排土场侧回拉作业(图7)的基本关系有

拉斗铲设备在内排土场侧回拉作业主要需保证:① 拉斗铲旋转中心至爆堆最远处要在拉斗铲最大作业半径范围内;② 拉斗铲至最低服务台阶底板的距离要在其最大挖掘高度范围内，即

式中，Hm为回拉拉斗铲服务剥离台阶底板距坑底高度,m。

图7 拉斗铲在内排土场侧回拉作业示意Fig.7 Schematic diagram of dragline working on the side of inner-dump

则可以获得因拉斗铲作业条件对采掘带宽度的影响关系为

则因拉斗铲线性尺寸影响的抛掷爆破采掘带宽度应为

2.3 煤层开拓运输系统布置的影响

受抛掷爆破高台阶影响，下部煤层与高台阶采掘带一致。因此，下部煤层台阶的采掘带宽度除应留有最小作业宽度外，还应考虑运输通道宽度及运输系统的安全距离:

式中，Ws为多煤层开拓运输系统因素确定的采掘带宽度,m;Rwp为采掘设备最大挖掘半径,m;c1为运输系统安全距离,m;Lr为运输系统宽度,m。

2.4 采掘带宽度优化的非线性规划模型

以抛掷爆破与拉斗铲倒堆综合成本最小为目标，以工艺设备作业要求和开拓运输系统布置条件为约束，建立抛掷爆破采掘带宽度优化的非线性数学规划模型:

3 实例分析

3.1 矿山概况

黑岱沟露天煤矿位于内蒙古自治区鄂尔多斯市准格尔旗东部，露天矿开采范围平均走向长度7.86 km，平均宽度5.39 km，总面积42.36 km2。主要开采6号复煤层，总厚度28.8 m，煤层倾角<10°，可采储量为1 497.7 Mt，煤质为特低磷、低硫、中灰、高灰熔点长焰煤。年生产原煤33 Mt，全区总剥离量8 021.67 Mm3，全矿平均剥采比5.36 m3/t。

黑岱沟露天矿采用单斗挖掘机-汽车工艺、抛掷爆破-拉斗铲倒堆工艺用于黄土和岩石物料的剥离。其中抛掷爆破-拉斗铲工艺用于6号煤层顶板岩石的剥离，台阶内岩性多为含砾中砂岩、含砾粗砂岩、泥岩及砂质泥岩，岩石硬度f值为2～5。采用Bucyrus 8750-65型拉斗铲，规格参数见表1。

表1黑岱沟露天煤矿采用的拉斗铲规格
Table1DraglineparametersofHeidaigousurfacemine

参数数值参数数值勺斗容积/m390铲斗内物料松方密度/(t·m-3)1.756悬臂长度/m100满斗系数0.95悬臂倾角/(°)35平均铲斗装载量(实方)/m361.04悬臂高度/m68.0平均铲斗装载量(松方)/m385.50底座直径/m24.4最大挖掘深度/m61空斗质量/t124.5最大卸料高度/m40.5额定荷载/t274.6台年能力/(Mm3·a-1)22.50

抛掷爆破台阶采用38 m高台阶、采掘带宽度依据拉斗铲的作业尺寸定为80 m，拉斗铲作业方式采用在爆堆顶盘作业将物料倒堆至内排土场的作业方式。由于在设计采掘带宽度时主要考虑了拉斗铲的作业尺寸，对抛掷爆破效果因素考虑欠缺，在实际生产中造成有效抛掷率和整个工艺系统的效率过低，关键问题在于抛掷爆破与拉斗铲台阶的采掘带宽度并未达到最优。

3.2 抛掷爆破最佳最小抵抗线

最佳最小抵抗线是影响抛掷爆破效果的重要因素。最小抵抗线过小时，岩石的抛掷主要靠爆破的动作用，随着最小抵抗线的增大抛掷初速度降低不显著;最小抵抗线过大时，岩石仅沿炮孔连线方向形成裂隙而不产生抛掷。为产生最佳抛掷，抵抗值必须控制在一定范围内[18]。

黑岱沟露天现场抛掷爆破实验结果见表2，受不同台阶高度、炸药单耗、台阶高度及孔距的影响，有效抛掷率与最远抛距均随最小抵抗线变化趋势均保持一致，即有效抛掷率与最远抛距随着抵抗线的增大而达到某一最大值，而后随着最小抵抗线的增大而降低(图8)。根据露天矿实际采用炸药单耗0.67 kg/m3、孔距10.7 m，据此参数确定最佳有效抛掷率对应的最小抵抗线为7.5 m。

3.3 采掘带宽度合理范围的确定

由于拉斗铲在爆堆顶盘作业，根据对现场爆堆实测确定爆堆顶板距坑底高度Hb为55 m、爆堆松散系数ks为1.3、排土带坡面角δ为38°、爆堆坡面与排土带交错距离为20 m、拉斗铲作业中心距爆堆坡肩安全距离为40 m、高台阶坡面角70°，结合拉斗铲最大挖掘高度40.5 m、最大卸载半径100 m，根据式(17)分别确定W1max=210.6 m、W2max=85.5 m，则Wd=85.5 m。

下部煤分层的采掘作业由WK-35实现，其中设备的最大挖掘半径为23.9 m、运输系统安全距离为3 m、运输系统宽度为24 m，计算获得Ws=67.63 m。则根据式(17)可以确定采掘带宽度合理变化范围为[67 m,85 m]。

表2试验参数及结果统计
Table2Statistictableofparameterandresult

试验编号炸药单耗/(kg·m-3)台阶高度/m最小抵抗线/m孔距/m有效抛掷率/%最远抛距/mP17-30.69356.511.030.2390.31P17-70.69357.011.032.9397.69P17-250.69357.711.034.39117.45P17-270.69358.111.033.52109.86P21-30.66456.811.235.48108.67P21-40.66457.111.237.47115.43P21-90.66457.411.242.48122.87P21-20.66458.011.236.27112.38P27-110.74367.311.131.4993.18P27-30.74367.711.134.72100.38P27-10.74368.011.137.94103.77P27-140.74368.311.135.3097.91P28-110.67386.910.729.3893.45P28-150.67387.510.733.19106.16P28-140.67388.010.731.12101.26

图8 有效抛掷率和最远抛距与最小抵抗线的关系Fig.8 Relationship between effective casting ratio with farthest casting distance and minimum burden

3.4 采掘带宽度优化

依据现场应用抛掷爆破的实际情况，统计获得了采掘带宽度从60～85 m、台阶高度从30～55 m变化的有效抛掷率变化情况，见表3和图9。

表3实测有效抛掷率与台阶高度及采掘带宽度关系
Table3Actualrelationshipbetweeneffectivecastingratiowithworkingbenchheightandminingpanelwidth%

h/mW/m6065707580853033.8433.7333.4332.2231.7630.863536.8437.1535.5534.6633.8333.504038.3938.5437.6336.7635.9635.684541.2540.5940.3638.2437.4537.225042.1341.0539.4339.0538.3138.105542.7641.3740.4640.1337.5238.34

图9 有效抛掷率台阶高度及采掘带宽度变化关系Fig.9 Relationship between effective casting ratio with working bench height and mining panel width

采用回归分析，拟合获得有效抛掷率与台阶高度及采掘带宽度关系式:

根据露天矿当前抛掷爆破高台阶高度38 m的实际情况，在采掘带宽度变化范围[67 m,85 m]内确定使总成本最低的采掘带宽度即为目标采掘带宽度，亦即使有效抛掷率最大的采掘带宽度。式(18)中有效抛掷率随采掘带宽度的增大而减小，最终确定在当前抛掷爆破参数条件下为满足抛掷爆破和拉斗铲作业的最佳采掘带宽度为67 m。

4 结论

(1)基于抛掷爆破技术特点与拉斗铲作业特征关系，抛掷爆破后形成的爆堆形态及抛掷爆破效果是影响后续生产环节及设备作业的关键因素，采掘带宽度的确定要充分结合其自身要求达到的效果，及后续设备能达到的作业能力。

(2)分析了对有效抛掷率影响密切相关的台阶高宽比及炮孔排效应，有效抛掷率主要受前三排炮孔影响且随台阶高宽比增大而增大，最佳有效抛掷率应控制在使剥离成本和爆破成本影响的总成本最低的范围内。

(3)以抛掷爆破与拉斗铲倒堆综合成本最小为目标，以工艺设备作业要求和开拓运输系统布置条件为约束，建立抛掷爆破采掘带宽度优化的非线性数学规划模型，并对黑岱沟露天煤矿抛掷爆破剥离台阶采掘带宽度进行优化，研究结果表明其最佳采掘带宽度为67 m。

[1] GRIPPO A P.How to get more cast per blast[J].Coal Age,1984,89(12):63-69.

[2] CHIRONIS N P.Improving blasting improves efficiency[J].Coal,1989,26(7):36-41.

[3] SINGH D P,SINGH M M.Blast casting in surface excavations-a global scenario[J].Mining Technology,1996,78(894):55-59.

[4] 李克民,张幼蒂,傅洪贤.露天煤矿抛掷爆破参数分析[J].采矿与安全工程学报,2006,23(4):423-426.

LI Kemin,ZHANG Youdi,FU Hongxian.Analysis of casting blast parameters in surface coal mines[J].Journal of Mining and Safety Engineering,2006,23(4):423-426.

[5] PRADHAN G K,PRAKASH O,THOTE N R.Blast free mining in Indian surface coal mines-current trend[M].Mine Planning and Equipment Selection,Springer International Publishing,2014:335-357.

[6] ALI S V.Casting of overburden by directional blasting[J].Journal of Mines,Metals & Fuels,1987,35(6):223-225.

[7] RAY S K,ZUTSHI A,SARKAR M.Cast blasting-state of the art[J].International Journal of Blasting and Fragmentation,1999,3:291-302.

[8] SHARMA P D.Overburden side casting by blasting-an effective way of reducing operating cost in large opencast coal mines[J].Journal of Mines,Metals & Fuels,2006,52(11):284-288.

[9] MCDONALD K L,SMITH W,CROSFY W A.Productivity improvements for dragline operations using controlled blasting in a single and multi-seam operation as reitspruit,South Africa[A].Annual Meeting,CIMM[C].Quebec,Canada,1982.

[10] 马力,李克民,丁小华,等.抛掷爆破岩体抛掷距离影响因素研究[J].工程爆破,2013(S1):50-53.

MA Li,LI Kemin,DING Xiaohua,et al.Study on the influencing factors on casting distance of rock by casting blast[J].Engineering Blasting,2013(S1):50-53.

[11] 李祥龙.高台阶抛掷爆破技术与效果预测模型研究[D].北京:中国矿业大学(北京),2010.

[12] 李克民,马军,张幼蒂,等.拉斗铲倒堆剥离工艺及在我国应用前景[J].煤炭工程,2005(10):46-48.

LI Kemin,MA Jun,ZHANG Youdi,et al.Open cast method and its application prospect in surface mines in China[J].Coal Engineering,2005(10):46-48.

[13] 张幼蒂,李克民,尚涛,等.露天矿倒堆剥离工艺的发展及其应用前景[J].中国矿业大学学报,2002,31(4):331-334.

ZHANG Youdi,LI Kemin,SHANG Tao,et al.Open cast method and its application prospect in surface mines in China[J].Journal of China University of Mining & Technology,2002,31(4):331-334.

[14] 张幼蒂,李克民,尚涛,等.露天矿拉斗铲倒堆剥离工艺系统的优化决策[J].露天采矿技术,2006(6):1-5.

[15] BAAFI E Y,MIRABEDINY H,WHITCHURCH K.Computer simulation of complex dragline operations[J].International Journal of Surface Mining,Reclamation and Environment,1997,11(1):7-13.

[16] DING Xiaohua,LI Kemin,MA Li,et al.An analysis of key factors influencing the effects of casting blast[J].Disaster Advances,2013,6(S3):62-73.

[17] TAGIEDDIN S A.Applicability of blast casting technique in strip-mining phosphate rock[J].Engineering Geology,1992,33:127-139.

[18] 李祥龙,何丽华.高台阶抛掷爆破爆堆形态预测的分排Weibull模型[J].爆炸与冲击,2013(S1):122-129.

LI Xianglong,HE Lihua.Separated-row Weibull distribution model for predicting muckpile shapes of high bench cast blasting[J].Explosion and Shock Waves,2013(S1):122-129.

Optimizationofminingpanelwidthforstrippingtechnologyofblastcasting-draglineworkingbench

MA Li1,2,LI Kemin3,SUN Jiandong4,XIAO Shuangshuang1,DING Xiaohua3,CHANG Zhiguo3

(1.SchoolofEnergyEngineering,Xi’anUniversityofScienceandTechnology,Xi’an710054,China; 2.StateKeyLaboratoryforGeomechanics&DeepUndergroundEngineering,ChinaUniversityofMiningandTechnology,Xuzhou221116,China; 3.StateKeyLaboratoryofCoalResourcesandSafeMining,SchoolofMines,ChinaUniversityofMiningandTechnology,Xuzhou221116,China; 4.StateKeyLaboratoryofCoalResourcesandSafeMining,SchoolofResource&SafetyEngineering,ChinaUniversityofMiningandTechnology(Beijing),Beijing100083,China)

In the stripping process of blast casting combined with dragline,the dragline working on the top of blast casting muckpile,the mining panel width is the key mining parameter to maintain the blasting area and equipment operations.Blast casting effect,dragline operation requirement and transportation system layout for multi-coal seams are important factors affecting the mining panel width.According to the characteristics and cooperation pattern of blast casting and dragline operation,the influence relationships between mining parameters of blast casting and dragline operating parameters were analyzed.The high-width ratio of working bench and row effects of blast hole,closely related to effective casting ratio,were analyzed.By taking the minimum composite cost of casting blast with dragline stripping operation as the goal,as well as dragline operation requirement and transportation system layout as constraints,the non-linear mathematical programming model for optimizing mining panel width of blast casting bench was established.The calculation result for Heidaigou surface coal mine shows that the optimum mining panel width is 67 m for blast casting working bench.

blast casting;dragline;mining panel width;nonlinear programming

马力，李克民，孙健东，等.抛掷爆破-拉斗铲倒堆工艺台阶采掘带宽度优化[J].煤炭学报,2017,42(11):2867-2874.

10.13225/j.cnki.jccs.2017.0329

MA Li,LI Kemin,SUN Jiandong,et al.Optimization of mining panel width for stripping technology of blast casting-dragline working bench[J].Journal of China Coal Society,2017,42(11):2867-2874.doi:10.13225/j.cnki.jccs.2017.0329

TD824

0253-9993(2017)11-2867-08

2017-03-14

2017-05-11责任编辑毕永华

国家自然科学基金青年科学基金资助项目(51604264);中国博士后科学基金资助项目(2016M601913);江苏省博士后科研资助计划资助项目(1601054B)

马力(1986—)，男，黑龙江集贤人，副教授,博士后。E-mail:mali21786@cumt.edu.cn。

李克民(1957—)，男，吉林敦化人，教授，博士生导师。Tel:0516-83995487，E-mail:likemin513@126.com