13 第13章 无运输倒堆工艺.pptx

第1页：第十三章 章节目录

第十三章无运输倒堆工艺13-1概述13-2倒堆方案13-3剥离倒堆工艺的基本作业单元和开采系数计算

第2页：剥离倒堆工艺的发展现状

• 发展现状及趋势所谓剥离倒堆工艺系统（Casting technology）就是用挖掘设备铲挖剥离物并直接堆放于旁侧的采空区，从而揭露出煤炭的开采工艺。这是一种合并式开采工艺，采掘、运输、排土三个环节合并在一起由同一种设备（挖掘设备）来完成。应用国家：美、苏、英、加、澳等国煤矿。美国：煤厚0.75~3.0m，覆盖层12~20m~30m，n= 10 ~ 18m3/t；3850B机械铲斗容88 ~ 95.5m3~ 107m3，臂长60.8 ~ 63.8m，重量8200t，能力300Mm3/a；拉斗铲4250-W，斗容168m3，臂长94m，重12247t，能力500Mm3/a苏联：1950s：4 ~14m3拉斗铲，15m3机械铲；剥采比15.2m3/t；1960s：15
• 100m3拉斗铲；35m3机械铲。苏联露天煤矿无运输倒堆的比重

第3页：拉铲规格与作业参数

美国露天煤矿总剥离量与无运输倒堆剥离量：下表列出 1945—1972 年美国露天煤矿剥离量及其构成。

说明：源文件该页为数据表，提取时数字存在粘连，表中数值按年度与剥离量两组数据的对应关系整理；源文件另有一组比重数据（36.8%、38.0%、30.9%、30.7%、20.2%、10.2% 等）因粘连无法安全拆分，未予还原，建议对照原课件图片核对。

第4页：剥离倒堆工艺的特点、适用

• 剥离倒堆工艺的特点、适用条件1、优点：
• 将采掘、运输、排土三个环节合并在一起，致使工艺系统简单化，生产管理简单化；
• 剥离成本低；
• 劳动效率高，可采用特大型设备；
• 经济合理剥采比较大，（可达10~18m3/t，个别达30m3/t）。2、缺点：
• 适用条件严格（一般适用于水平、近水平煤层，剥离厚度不太大时）
• 用于剥离倒堆的设备一般是大型设备，生产能力大，当设备发生故障时，对露天矿剥离生产影响较大。（块度均匀大块小）

第5页：适用条件

• 适用条件：
• 水平、近水平或缓倾斜煤层（≤10°~12°），以保证提供足够的内排土场空间和排土场的稳定性；
• 倒堆剥离物厚度不太大（≤40~50m）；
• 煤层厚度不能太大（煤层厚度每增加1m，倒堆设备线性参数加1m）；
• 剥离物一般应为松散土岩，易于用拉铲铲挖，坚硬岩性的岩石爆破后爆破效果好。
• 倒堆设备：
• 大型倒堆用单斗挖掘机；
• 大型倒堆挖铲。
• 有关概念
• 剥离倒堆（Casting）——用挖掘设备铲挖剥离物并堆放于旁侧的作业；
• 再倒堆（二次倒堆）（Overcasting）——挖掘设备将已倒堆的剥离物再次倒堆的作业；
• 再倒堆系数（f）——再倒堆量与剥离总量之比；
• 简单倒堆工艺——用倒堆设备将剥离物接倒排至采空区的开采工艺；
• 复杂倒堆工艺——需要进行二次倒堆的剥离倒堆开采工艺

第6页：倒堆方案按设备分类

• 根据露天矿矿岩赋存情况，（单煤层、多煤层、厚剥离物、薄剥离物等）及所采用的倒堆设备（单斗挖掘机、拉铲）不同，可采用不同的倒堆方案。分类如下：
• 根据所用倒堆设备类型可分为：
• 单斗挖掘机倒堆
• 拉铲倒堆
• 单斗挖掘机，拉铲相结合倒堆
• 根据剥离物被倒排的次数分为：
• 简单剥离倒堆——剥离物被倒排一次；
• 复杂剥离倒堆——剥离物被倒排两次或两次以上；
• 接煤层数分为：单煤层倒堆，多煤层倒堆

第7页：所用倒堆设备类型

• 根据露天矿矿岩赋存情况，（单煤层、多煤层、厚剥离物、薄剥离物等）及所采用的倒堆设备（单斗挖掘机、拉铲）不同，可采用不同的倒堆方案。分类如下：
• 根据所用倒堆设备类型可分为：
• 单斗挖掘机倒堆
• 拉铲倒堆
• 单斗挖掘机，拉铲相结合倒堆
• 根据剥离物被倒排的次数分为：
• 简单剥离倒堆——剥离物被倒排一次；
• 复杂剥离倒堆——剥离物被倒排两次或两次以上；
• 接煤层数分为：单煤层倒堆，多煤层倒堆

第8页：单煤层挖铲简单倒堆方案

• 将各种因素综合起来，剥离倒堆方案很多如：
• 单煤层挖铲简单倒堆方案；
• 单煤层挖铲复杂倒堆方案；
• 多煤层挖铲简单倒堆方案；
• 多煤层挖铲复杂倒堆方案；
• 单煤层单斗挖掘机复杂倒堆方案；
• 多煤层单斗挖掘机复杂倒堆方案；等等这些方案无论多么复杂，都是由几种基本的作业组合而成的，因此，只要我们首先掌握了这几种基本作业单元，然后根据具体情况将相应的单元有机的组合起来即可

第9页：单斗挖掘机倒堆机械铲直接

1、单斗挖掘机倒堆机械铲直接倒堆剥离机械铲站在矿层顶板，从采掘带采得剥离物，转动机体，把物料倒入采空区。为保证机械铲作业，矿层需有足够的承载力。为挖掘土岩，采掘设备要有较高的挖掘力，但对于坚硬岩石，可经预先爆破。当剥离层岩石下部较坚硬、上部较松软时，可将下部岩石倒至排土场的底部，形成稳定的基底，再向其上排弃松软土岩

第10页：吊斗铲倒堆吊斗铲站在剥离

2、吊斗铲倒堆吊斗铲站在剥离台阶的上盘，从采掘带采得剥离物，转动机体，倒入采空区。在同样机器重量下，吊斗铲比机械铲具有更长的臂架，且挖掘力大，所以，吊斗铲在倒堆工艺中得到广泛的应用

第11页：吊斗铲倒堆当剥离层较厚时

2、吊斗铲倒堆当剥离层较厚时，可把吊斗铲位置设在剥离层中部的工作平盘上，把剥离层分成上、下两个分台阶，分别上采和下采（如右图所示）。上采高度不大于卸载高度的70～80﹪，只有用勺容大于10立米的吊斗铲才有可能上采。上、下采方式使吊斗的剥离厚度加大，使之能不借助辅助设备（推土机、铲运机等）即可处理电铲站立水平以上的地表部分。但上采使挖掘速度降低，满斗率低，卸土回转角加大，从而降低了电铲的生产能力。在苏联，还提出了用一台吊斗铲既能剥离又采煤的方案。这时，吊斗铲除完成剥离倒堆外，还把揭露出来的煤层采出，转入转载仓，再由胶带运走

第12页：吊斗铲扩展平盘倒堆当剥离

3、吊斗铲扩展平盘倒堆当剥离厚度较大，且岩石较为坚固稳定时，为增加排土场容积，可采用图13-5所示的扩展平盘倒堆方案。这时，吊斗铲先把从采掘带中采出的部分岩石向走行的前方堆置，加大平盘宽度。这部分岩石除填满采空区外，还把已经露出的煤层掩埋。加大平盘的目的在于提供吊斗铲靠近排土空间的走行道路。平盘扩展后，吊斗铲把走行方向后面采掘带中的岩石挖出，并排入排土场，同时也把上述作扩大平盘用的土岩再倒挖一次。这样，煤层就再次出露可供回采了。采用这一方案，部分岩石需作二次倒挖，故亦称之为再倒堆

第13页：吊斗铲掩煤面再倒堆吊斗铲

4、吊斗铲掩煤面再倒堆吊斗铲先占着剥离台阶一侧平盘上把岩石倒至排土场。这时，由于排土容积不够，倒下的岩石把已出露的部分煤层掩埋，吊斗铲沿工作线作业300～400m后，把设备转移到排土场上部，对掩埋煤面的岩石作再次倒堆（可把这部分岩石堆入原排土场的土倰间和更上部的排土场内）

第14页：吊斗铲掩煤面再倒堆吊斗铲

4、吊斗铲掩煤面再倒堆吊斗铲先占着剥离台阶一侧平盘上把岩石倒至排土场。这时，由于排土容积不够，倒下的岩石把已出露的部分煤层掩埋，吊斗铲沿工作线作业300～400m后，把设备转移到排土场上部，对掩埋煤面的岩石作再次倒堆（可把这部分岩石堆入原排土场的土倰间和更上部的排土场内）

第15页：倒堆方案

本页源文件未提取到文字内容，仅有图片，建议对照原课件图片补充本页要点说明。

第16页：倒堆方案

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第17页：倒堆方案

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第18页：倒堆方案

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第19页：倒堆方案

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第20页：倒堆方案

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第21页：倒堆方案

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第22页：倒堆方案

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第23页：单斗挖掘机倒堆基本作业单元

• 采用大型倒堆用单斗挖掘机基本作业单元及系数计算
• 基本作业单元
• 基本作业方式：是大型倒堆用单斗挖掘机站立在煤层顶板上挖掘剥离物，并直接排弃到采空区。
• 作业方式示意图（图1）
• 开采系数——Ap，A，Rx，Hx，Hp，L，S
• 分析计算法：
• 排土宽度Ap：为使剥离倒堆作业与排土作业协调一致，使Ap=A

第24页：剥离倒堆工艺基本作业单元

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第25页：排土高度

• 排土高度HP由于V1=HA（m3实方）由V2=V1·KS得：
• 卸载半径RX：
• 单斗挖掘机卸载高度HX
• 倒堆单斗挖掘机走行中心线距采煤台阶坡顶距离L：（m）（m3松方）（m）（m）（m）

第26页：作业方式

• 采用大型倒堆用拉铲进行剥离倒堆时的基本作业单元有4种：
• 大型倒堆用拉铲站立在剥离台阶顶盘进行下挖作业的基本作业单元
• 作业方式——下挖、直按排弃于排土场
• 图示如图13-2。
• 开采系数

第27页：分析计算法①AP=A②

• 分析计算法①AP=A
• 由V1·KS=V2得
• 卸载半径RX
• 拉铲卸载高度HX
• 拉铲中心距离剥离台阶坡顶线间距L：（m））（m）

第28页：开采系数的分析计算法

• 大型拉铲站立在剥离台阶的中间平盘上进行上、下挖作业的基本作业单元（拉铲基本作业单元之二）
• 作业方式——站立于中间台阶上，上下挖作业
• 如图13-3所示
• 开采系数
• 分析计算法
• 采宽，排宽：Ap=A
• 由V1·KS=V2得排高（m）

第29页：卸载半径Rx④挖铲卸载高

• 卸载半径Rx
• 挖铲卸载高度HX
• （m）（m）（m）

第30页：作业方式

• 作业方式——拉铲站于剥离台阶中间平盘上以上挖下挖方式挖掘物料，并将部分物料排弃在挖铲工作面前进方向一侧剥离台阶的坡面上，以加宽拉铲站立平台的宽度，拉铲即可站立于自己拓宽的临时平台上，拉铲边向前移动边将后面的剥离物及不起作用的临时平盘台一起挖走并倒排至排土场，拉铲所站立的临时平台随拉铲一起移动。因此存在剥离物料重复倒堆。
• 布置示意图（如图13-4）
• 开采参数：
• 大型拉铲站立在临时平台（延伸平台）上进行上下挖作业的基本作业单元图13-4吊斗铲挖掘程序

第31页：计算剥离倒堆物松散体积②

• 解法确定参数，步骤如下：
• 计算剥离倒堆物松散体积
• 在断面图上确定临时平台位置及形状步骤：a、根据所需排土高度(m)b、根据所选择拉铲类型确定拉铲卸载高度HXc、求出临时平台高度（m）d、在断面图上量出临时平台高度，并画出临时平台。同可求出上下高度e、按排土高度HP，坡角β及排宽A值画出排土带；f、根据所选拉铲类型确定拉铲的卸载半径RX；（从设备半身高度）

第32页：求出临时平台高度（m）

求出临时平台高度（m）d、在断面图上量出临时平台高度，并画出临时平台。同可求出上下高度e、按排土高度HP，坡面角β及排宽A值画出排土带；f、根据所选拉铲类型确定拉铲的卸载半径RX

第33页：倒堆作业参数测量

g、从排土宽顶点向采掘测量取RX，此位置即为拉铲站立中心线，量出距离L‘；根据拉铲走行宽度b及安全距离c，求出L=b+c，确定临时平台宽度（顶宽）CT：13—3剥离倒堆工艺的基本作业单元和开采系数计算h、画出临时平台断面形状，量取断面图面积ST，并验证是否满足，否则改变系数A，重新确定

第34页：计算再倒堆系数f则

③计算再倒堆系数f则

第35页：作业方式

• ）大型拉铲站立于排土台阶进行作业的基本作业单元
• 作业方式——拉铲站立于排土台阶中间平盘上将其站立水平之上的小三角物料倒堆在另一侧的三角坑内填平，并将其下分台阶掩埋煤层的物料倒排形成上分排土台阶。一般与其它单元配合作业
• 图示（如图

第36页：参数确定

• 参数确定：HP1（HP1即为拉铲站立水平高度）、HP
• f、L用分析计算法：
• 排土高度HP：（m）

第37页：掩煤量计算

②则掩煤量而又因即（m）——算

第38页：再堆堆系数

• （m）并用HX验证
• 再堆堆系数f：（松方量之比）——可用图解法求出面积
• 距离L=b+c（m）

第39页：采煤作业

• 多煤层剥离倒堆应根据煤层群的特点，结合选采应用复杂倒堆工艺。倒堆方案是前面所介绍的基本作业单元的组合。如图13-11为两个煤层时的剥离倒堆方案。
• 采煤作业
• 布置剥离倒堆方案时，一定要考虑采煤作业，采煤作业一般用独立式工艺（如单斗汽车、单斗铁道、单斗胶带）。图

第40页：运煤出口

• 运煤出口：（如图13-12所示）可根据工作线长短设置一个或两个出口或三个出口。
• 工作线较短时，可设一个出口，出口位置可设在工作线中部，以缩短运距，也可设在端部，绕一个端帮运出煤炭。
• 工作线较长时，可设两个出口，两端帮各设一个出口；工作线特别长时，可设三个出口，中间及两端各设一个出口，以缩短煤运距。13—4多煤层倒堆和采煤作业
• 运煤线路可设在煤层底板上，也可设在顶板上：
• 运煤线路设在煤层底板上时，在采煤台阶与排土台阶之间应留出运输通道宽a。
• 运煤线路设在煤层顶板上时，剥离台阶坡底线与采煤台阶坡顶线间最小间距S，应满足运输通道的宽度及安全要求

第41页：多煤层倒堆作业题

作业题我国某露天煤矿有2个可采煤层，其中，自上而下1-2#煤层平均厚度为8.8m，2-2#煤层平均厚度为5.8m，倾角φ=1~3°，煤层的普氏系数f=1~3，1-2#煤层上面剥离物采用单斗-汽车工艺；1-2#与2-2#煤层之间的岩层为平均厚度32m，为中硬岩性，f=3~5，适合于采用抛掷爆破及拉铲剥离倒堆工艺，爆堆沉降系数Kc=25%，煤岩台阶坡面角α=70°，排土台阶坡面角β=38°，岩石剥离物的松散系数Ks=1.35，采掘带宽度A=40m，拉铲走行机构半宽b=16m，安全距离c=1m。试为该矿32m厚的岩层设计拉铲剥离倒堆方案，画图说明之，并计算出开采参数（H,m,A,AP,HP,RX,L,HX，及拉铲站立水平高度HT）

第42页：抛掷爆破倒堆作业题

• 作业题将高度为H的岩石台阶进行抛掷爆破，推平后形成爆堆V1、V
• V3，台阶高度下降△h，拉铲站立于爆堆V1上进行下挖作业，将覆盖住煤层的岩石V
• V2铲挖倒排至排土堆形成V4，揭露出底部煤炭进行采掘作业

第43页：抛掷爆破倒堆作业题（续）

• 作业题将高度为H的岩石台阶进行抛掷爆破，推平后形成爆堆V1、V
• V3，台阶高度下降△h，拉铲站立于爆堆V1上进行下挖作业，将覆盖住煤层的岩石V
• V2铲挖倒排至排土堆形成V4，揭露出底部煤炭进行采掘作业