露天煤礦拉鏟倒堆開(kāi)采工藝優(yōu)化研究

第1章緒論/1

1.1引言/1

1.2國(guó)內(nèi)外拉鏟應(yīng)用綜述/3

1.2.1拉鏟使用臺(tái)數(shù)統(tǒng)計(jì)分析/3

1.2.2拉鏟倒堆剝離量及相應(yīng)煤炭產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)分析/6

1.2.3拉鏟制造廠商及拉鏟使用壽命/8

1.2.4拉鏟倒堆開(kāi)采工藝優(yōu)化系統(tǒng)研究現(xiàn)狀/10

1.3問(wèn)題的提出和研究意義/11

1.4研究?jī)?nèi)容/12

1.5主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)/13

第2章拉鏟倒堆開(kāi)采工藝及其參數(shù)計(jì)算/15

2.1拉鏟倒堆開(kāi)采工藝的適用條件/15

2.2拉鏟倒堆開(kāi)采工藝的分類/20

2.3拉鏟倒堆開(kāi)采工藝參數(shù)計(jì)算/21

2.3.1簡(jiǎn)單拉鏟倒堆開(kāi)采工藝/21

2.3.2復(fù)雜拉鏟倒堆開(kāi)采工藝/25

2.4初始倒堆空間的計(jì)算/32

2.4.1簡(jiǎn)單拉鏟倒堆開(kāi)采工藝初始倒排空間計(jì)算/32

2.4.2復(fù)雜拉鏟倒堆開(kāi)采工藝初始倒排空間計(jì)算/33

2.5剝采工作面的平面布置及在時(shí)空上的配合/34

2.5.1空程返回作業(yè)方式/34

2.5.2回程作業(yè)方式/35

2.5.3剝、采設(shè)備兩翼交替作業(yè)方式/36

2.6本章小結(jié)/39

第3章拉鏟倒堆開(kāi)采工藝優(yōu)化模型研究/41

3.1拉鏟倒堆開(kāi)采工藝的開(kāi)采參數(shù)/42

3.1.1倒堆臺(tái)階工作線長(zhǎng)度/42

3.1.2倒堆工作面參數(shù)/44

3.2拉鏟設(shè)備選型的基本思路與方法/50

3.2.1拉鏟設(shè)備選型的步驟/50

3.2.2拉鏟勺斗容積的初步選擇/51

3.2.3拉鏟懸臂規(guī)格的選擇/53

3.3拉鏟設(shè)備選型的數(shù)學(xué)模型/53

3.3.1建立拉鏟設(shè)備選型數(shù)字模型的必要性/54

3.3.2拉鏟設(shè)備選型數(shù)學(xué)模型的建立/55

3.4拉鏟倒堆開(kāi)采工藝作業(yè)參數(shù)優(yōu)化模型/57

3.4.1推土機(jī)降段高度的優(yōu)化/57

3.4.2拉鏟懸臂長(zhǎng)度和勺斗容積的優(yōu)化/61

3.5本章小結(jié)/63

第4章拉鏟倒堆開(kāi)采工藝優(yōu)化系統(tǒng)開(kāi)發(fā)/64

4.1系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境/64

4.2系統(tǒng)的安裝與啟動(dòng)/65

4.2.1 OSDSS的安裝/65

4.2.2 OSDSS的啟動(dòng)/66

4.3OSDSS的總體結(jié)構(gòu)/66

4.4系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)/67

4.4.1系統(tǒng)菜單/67

4.4.2系統(tǒng)模塊/68

4.5系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)/69

4.5.1數(shù)據(jù)庫(kù)總體結(jié)構(gòu)/69

4.5.2數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)/70

4.6系統(tǒng)功能介紹/76

4.6.1文件打開(kāi)功能/76

4.6.2開(kāi)采參數(shù)設(shè)置/77

4.6.3輸入爆堆形狀參數(shù)/78

4.6.4設(shè)置推土機(jī)參數(shù)/79

4.6.5設(shè)置拉鏟參數(shù)/80

4.6.6計(jì)算拋擲爆破有效拋擲率/80

4.6.7計(jì)算推土機(jī)擴(kuò)展平盤/80

4.6.8拉鏟可行方案初選/83

4.6.9推土機(jī)降段高度優(yōu)化/83

4.6.10拉鏟懸臂長(zhǎng)度與勺斗容積優(yōu)化/85

4.7本章小結(jié)/86

第5章拉鏟倒堆開(kāi)采工藝優(yōu)化研究/88

5.1勝利一號(hào)露天煤礦拉鏟倒堆開(kāi)采工藝優(yōu)化研究/88

5.1.1露天煤礦概況/88

5.1.2作業(yè)方式/90

5.1.3開(kāi)采參數(shù)/90

5.1.4拉鏟設(shè)備選型及作業(yè)參數(shù)優(yōu)化/90

5.1.5方案對(duì)比/105

5.2黑岱溝露天煤礦拉鏟倒堆開(kāi)采工藝優(yōu)化研究/106

5.2.1露天煤礦概況/106

5.2.2作業(yè)方式/107

5.2.3開(kāi)采參數(shù)/107

5.2.4拉鏟作業(yè)性能參數(shù)/108

5.2.5拉鏟設(shè)備選型及參數(shù)優(yōu)化/108

5.3本章小結(jié)/109

第6章結(jié)論與展望/112

6.1結(jié)論/112

6.2展望/114

參考文獻(xiàn)/115

梅曉仁，男，管理工程副教授，現(xiàn)任嶺南師范學(xué)院商學(xué)院副院長(zhǎng)，主要研究方向：電子商務(wù)、信息管理與信息系統(tǒng)、系統(tǒng)工程。2005年從中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）獲得工學(xué)博士學(xué)位至今，一直在嶺南師范學(xué)院商學(xué)院任教，從事電子商務(wù)、信息管理和信息系統(tǒng)、系統(tǒng)優(yōu)化等方面的教學(xué)和科研工作。先后擔(dān)任教學(xué)秘書、信息管理系主任和副院長(zhǎng)等職務(wù)。講授過(guò)電子商務(wù)、計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)（Java、C#）、管理信息系統(tǒng)、社會(huì)調(diào)查理論與實(shí)務(wù)（SPSS）、數(shù)據(jù)庫(kù)（SQL Server）等課程。發(fā)表論文20余篇，以獨(dú)立或第一作者在權(quán)威期刊和核心期刊上發(fā)表學(xué)術(shù)論文9篇，其中被EI收錄6篇，主持省部級(jí)教學(xué)科研項(xiàng)目6項(xiàng)，其它項(xiàng)目多項(xiàng)。主編教材1部。 2100433B

本書根據(jù)我國(guó)露天煤礦地質(zhì)賦存條件，對(duì)拉鏟倒堆開(kāi)采工藝進(jìn)行了詳細(xì)分類，提出了我國(guó)露天煤礦拉鏟倒堆開(kāi)采工藝適宜剝離采場(chǎng)最下部煤層頂板以上部分或全部巖石，提出了我國(guó)露天煤礦適合采用拋擲爆破 推土機(jī)降段擴(kuò)展平臺(tái) 拉鏟擴(kuò)展平臺(tái)的聯(lián)合作業(yè)方式，提出了拉鏟倒堆聯(lián)合作業(yè)方式宜采用剝、采設(shè)備分別由兩端向中央推進(jìn)的兩翼交替剝采程序，建立了拉鏟倒堆開(kāi)采工藝優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型，開(kāi)發(fā)了露天煤礦拉鏟倒堆開(kāi)采工藝優(yōu)化系統(tǒng)，提出了拉鏟倒堆開(kāi)采工藝中推土機(jī)降段高度優(yōu)化模型、拉鏟懸臂長(zhǎng)度和勺斗容積的優(yōu)化模型，并通過(guò)實(shí)例研究驗(yàn)證了優(yōu)化模型和相關(guān)成果具有較強(qiáng)的理論意義和實(shí)用價(jià)值。

本書適用于礦業(yè)工程、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、系統(tǒng)工程等專業(yè)的科研工作者。

我國(guó)從1958年開(kāi)始建造研究堆，于1958年6月建成了第一座研究堆。到目前為止，我國(guó)現(xiàn)有在役民用，研究性核反應(yīng)堆（包括臨界裝置和微堆）20座。

我國(guó)第一座研究性反應(yīng)堆是重水試驗(yàn)堆，于1958年6月13日首次達(dá)到臨界，該堆安全運(yùn)行近50年后于2007年7月18日最終停運(yùn)，轉(zhuǎn)入安全關(guān)閉過(guò)渡期。建成50多年以來(lái)，開(kāi)展了大量卓有成效的科研生產(chǎn)工作，產(chǎn)出了一大批有顯示度的科研成果，培育和輸送了一批又一批優(yōu)秀的人才，對(duì)于推進(jìn)我國(guó)核科學(xué)技術(shù)和核工業(yè)的發(fā)展，特別是對(duì)原子彈、氫彈和核潛艇的技術(shù)攻關(guān)，起到了歷史性作用。

其后，在20世紀(jì)60~70年代建設(shè)了清華大學(xué)試驗(yàn)屏蔽堆、492游泳池堆和125MW高通量工程試驗(yàn)堆，并建立了快堆臨界裝置、鈾水臨界裝置。80年代末建成了5MW核供熱堆，2000年12月高溫氣冷堆（HTR-10）達(dá)到臨界。此外，還建造了幾座中子源微堆和兩座脈沖堆。2010年5月先進(jìn)高通量研究堆（CARR）實(shí)現(xiàn)首次臨界，2012年3月1日達(dá)到滿功率。

研究堆重水型

重水堆可以使用天然鈾燃料，其熱中子通量分布均勻，單位功率熱中子通量較高，堆內(nèi)實(shí)驗(yàn)空間大，燃料壽命長(zhǎng)，但作為慢化劑的重水昂貴，需放在密封水罐內(nèi)，用高淳氦氣覆蓋水面，操作和檢修復(fù)雜。中國(guó)重水型研究堆是前蘇聯(lián)援建的，該堆于1958年6月在中國(guó)原子能院（當(dāng)時(shí)叫原子能研究所）建成，是中國(guó)的第一座核反應(yīng)堆。

研究堆游泳池型

游泳池式輕水反應(yīng)堆是游泳池式、輕水慢化和冷卻、鈹和石墨作反射層的多用途試驗(yàn)堆。在游泳池式輕水反應(yīng)堆中利用垂直和水平輻照孔道，可開(kāi)展燃料元件、堆用材料、核測(cè)儀表堆內(nèi)輻照、試驗(yàn)、考驗(yàn)以及單晶硅、同位素輻照生產(chǎn)、黃玉輻照改色等工作。中國(guó)建造的游泳池式輕水研究堆有3座，分別在中國(guó)原子能科學(xué)研究院、北京昌平清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院和中國(guó)綿陽(yáng)中國(guó)工程物理研究院等地。

研究堆高通量工程

高通量工程試驗(yàn)堆是進(jìn)行動(dòng)力堆燃料元件和屏蔽材料輻照試驗(yàn)等反應(yīng)堆工程研究的反應(yīng)堆，也可以用來(lái)生產(chǎn)放射性同位素。其熱中子通量和快中子通量高，比功率（單位質(zhì)量核燃料所具有的功率）高，燃料元件運(yùn)行周期短。高通量工程試驗(yàn)堆一般采用多片組型或多層套管型高富集鈾燃料元件，以水為慢化劑。

中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院于1981年建成了高通量工程試驗(yàn)堆（HFETR），在該反應(yīng)堆上進(jìn)行了燃料組件輻照試驗(yàn)，包括燃料芯件性能變化、燃料元件破損機(jī)理等，以及燃料包殼腐蝕、冷卻劑熱工條件和傳熱機(jī)理等試驗(yàn)，并生產(chǎn)高比度放射性同位素和錒系元素。

研究堆脈沖堆

鈾-氫化鋯脈沖堆在科學(xué)研究方面具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值，是一種具有固有安全特性的中子源輻照反應(yīng)堆。鈾-氫化鋯脈沖堆是一種小型均勻研究堆，采用氫化鋯與鈾均勻彌散混合作為固體燃料-慢化劑元件，采用輕水做冷卻劑，構(gòu)成一種池式反應(yīng)堆，簡(jiǎn)稱TRIGA堆。由于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安全性和經(jīng)濟(jì)性好，能獲得較強(qiáng)的功率脈沖和中子脈沖，因此在科學(xué)研究和應(yīng)用技術(shù)上獲得了較為廣泛的重視。

我國(guó)第一座鈾-氫化鋯脈沖堆于1990年由中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)研制建成。第二座鈾-氫化鋯脈沖堆是西安脈沖堆，它是在第一座原型脈沖堆基礎(chǔ)上，根據(jù)用戶對(duì)脈沖堆的應(yīng)用要求進(jìn)行設(shè)計(jì)建造的。該堆1996年1月18日在我國(guó)西北核技術(shù)研究所開(kāi)工建造，1999年9月首次達(dá)到臨界，2001年1月，完成各項(xiàng)核調(diào)試工作后，已投入試運(yùn)行及實(shí)驗(yàn)應(yīng)用。西安脈沖堆穩(wěn)態(tài)額定功率2MW，最大脈沖峰功率4200MW。脈沖堆具有一堆多功能的獨(dú)特性能。

研究堆微型研究堆

微型研究堆是一種近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的特小型中子源反應(yīng)堆，它安全可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，建設(shè)期短，易于操作和管理，可建在大城市的研究所、學(xué)校和醫(yī)院內(nèi)。

1984年，中國(guó)原子能科學(xué)研究院建成中國(guó)首座微型堆，其燃料元件為直徑4.3mm的細(xì)長(zhǎng)燃料棒，芯體為90%富集鈾的鈾鋁合金，包殼為鋁合金。堆芯鈾棒按同心圓布置，裝有345根燃料棒，其鈾-235裝載量為1kg，僅比最小臨界質(zhì)量0.83kg稍大一點(diǎn)。該微堆以水為慢化劑和冷卻劑，堆芯懸掛于5.6m深、2.7m直徑的大水池中。

微型堆可用來(lái)進(jìn)行中子活化分析及其他有關(guān)研究，還可以用來(lái)生產(chǎn)短壽命放射性同位素，以及治療腦膠質(zhì)瘤等疾病。

目前，深圳大學(xué)、山東地質(zhì)局和上海劑量中心各建有一座該類型的微型堆，并出口到巴基斯坦、伊朗、加納、敘利亞和尼日利亞等國(guó)。

研究堆先進(jìn)研究堆

中國(guó)先進(jìn)研究堆是由中國(guó)原子能科學(xué)研究院自主研發(fā)、設(shè)計(jì)和建造。反應(yīng)堆功率60MW，熱中子通量8Χ10¹⁴個(gè)/（cm²·s），在同類中子束流研究堆中主要技術(shù)指標(biāo)居世界前列。CARR是一座高性能、多用途、安全可靠的研究堆，采用了許多新的設(shè)計(jì)理念和技術(shù)。該研究堆可開(kāi)展核物理與核化學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)研究、中子散射研究、反應(yīng)堆材料及核燃料考驗(yàn)、中子照射、中子活化分析等，并可生產(chǎn)放射性同位素和中子嬗變摻雜單晶硅。中國(guó)先進(jìn)研究堆于2010年5月首次臨界，2012年3月1日成功實(shí)現(xiàn)滿功率運(yùn)行。 2100433B

研究堆數(shù)量很多，根據(jù)燃料形式、冷卻劑種類、中子能量分布形式、特殊的設(shè)計(jì)需要等因素，可分成各種不同的類型。

（1）研究堆的類型按中子通量的大小分為零功率堆、

（2）按中子產(chǎn)生的方式分為次臨界裝置、臨界裝置和脈沖堆。

（3）按漫化劑的不同分為重水堆、輕水堆、石墨堆等。

（4）按中子能譜分為熱中子堆和快中子堆。

（5）按燃料的形狀分為棒狀燃料堆、板狀燃料堆、圓形燃料元件堆、各種形狀的彌散體燃料堆和液體燃料堆。

（6）按堆的布置分為池式研究堆、罐式或殼式研究堆。

（7）按燃料的富集度分為高富集度鈾（HEU）堆和低富集度鈾（LEU）堆等。

（8）還可以按燃料的不同分為固體燃料堆、溶液堆和熔鹽堆等。

總之，研究堆的設(shè)計(jì)千姿百態(tài)，多種多樣。

核反應(yīng)堆是以鈾(或钚)作核燃料實(shí)現(xiàn)受控核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的裝置。反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)、特性和運(yùn)行的工況隨用途而異，按用途分大致可以分為研究堆、動(dòng)力堆、生產(chǎn)堆和特殊用途堆等。

在60多年的核能科學(xué)與技術(shù)發(fā)展中，研究反應(yīng)堆起著重要的作用。按IAEA的統(tǒng)計(jì)，世界上在69個(gè)國(guó)家建造了約670座研究反應(yīng)堆（包括臨界和次臨界裝置），目前大約有240座裝置在55個(gè)國(guó)家運(yùn)行，積累了13000堆年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。研究堆在核科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展中起著中國(guó)要作用。此外，也在培訓(xùn)、教育和許多研究計(jì)劃中作出了明顯的貢獻(xiàn)。在2012年之前的5年內(nèi)，有6個(gè)新的研究堆投入運(yùn)行或達(dá)到臨界。有一些研究堆正在建造和計(jì)劃建造中，還有些項(xiàng)目正在立項(xiàng)中。