CN113847034A - 一种露天煤矿的节能运输开采方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种露天煤矿的节能运输开采方法，包括：在露天煤矿的采场和排土场之间设置中间转土场；其中，采场和排土场的海拔位置均高于中间转土场的海拔位置；通过混动卡车将采场的剥离物料沿露天煤矿的工作帮斜坡道转运至中间转土场，混动卡车将满电的主蓄电单元或副蓄电单元在换电站更换为空电蓄电单元；利用吊斗铲倒堆工艺或胶带机将中间转土场的剥离物料送输送至排土场。籍此，不但有效缩短了混动卡车的行程，而且对重载下坡的能量进行回收储存用于空载上行，有效实现了采场与中间转土场之间的节能开采运输，降低了开采成本；且混动卡车与吊斗铲(或胶带机)的作业相互独立，互不干涉影响，均可连续作业，有效提高了露天煤矿的开采速度。
Description
技术领域
本申请涉及煤矿开采技术领域，特别涉及一种露天煤矿的节能运输开采方法。
背景技术
目前，露天煤矿在开采过程中，无论是采用抛掷爆破拉斗铲倒堆工艺，还是采用单斗卡车工艺，采掘位置和卸料位置的对应关系主要考虑加权平均运距和提升高度最小，因此，通常卡车运输路线为近水平，采场采掘物料由卡车通过端邦直接排弃至近水平的排土场。在此过程中，物料输送卡车在端帮上行走运送物料，在采场、排土场与破碎站之间来回往返，一般采用燃油卡车运输，耗费大量的燃油；同时，卡车将物料送至排土场后，行程一单独作业区域，由推土机辅助排弃；无法行程连续化运输，运输能力受限。
因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。
发明内容
本申请的目的在于提供一种露天煤矿的节能运输开采方法，以解决或缓解上述现有技术中存在的问题。
为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：
本申请提供了一种露天煤矿的节能开采方法，包括：在所述露天煤矿的采场和排土场之间设置中间转土场；其中，所述采场和所述排土场的海拔位置均高于所述中间转土场的海拔位置；通过混动卡车群组将所述采场的剥离物料沿所述露天煤矿的工作帮斜坡道转运至所述中间转土场；其中，所述混动卡车群组包括多辆混动卡车，每辆所述混动卡车具有主蓄电单元和副蓄电单元，所述露天煤矿采场各水平采掘的剥离无聊装入所述混动卡车后，所述混动卡车沿所述露天煤矿的工作帮斜坡道下行将所述剥离无聊运输至所述中间转土场，且在下行过程中，所述混动卡车自行充电储存能量；所述混动卡车在所述中间砖土场卸载所述剥离物料后，利用下行的充电储存能量空车上行返回至所述采场；
在所述露天煤矿主干线的一侧设换电站，所述混动卡车下行过程中经过所述换电站，且重载下坡所充电能超出空车上行所需电能，将满电的所述主蓄电单元或所述副蓄电单元在所述换电站更换为空电蓄电单元；
利用吊斗铲倒堆工艺或胶带机将所述中间转土场的剥离物料送输送至所述排土场。
优选的，根据公式：
计算所述混动卡车的充电储存能量；
其中，Wez为所述主蓄电单元的充电储存能量，Wez为所述副蓄电单元的充电储存能量，Mz表示所述混动卡车的载重，g为重力加速度，H为所述采场与所述中间转土场的高程差，δ1为所述混动卡车下行时的能量转化系数，δ2为所述混动卡车上行时的能量转化系数，Wx为所述混动卡车下行时的能量损耗，Ws为所述混动卡车上行时的能量损耗。
优选的，在所述排土场的各水平上均设置有一所述吊斗铲，利用所述排土场各水平的所述吊斗铲接力将所述中间转土场的剥离物料送输送至所述排土场各水平。
优选的，所述中间转土场设置有破碎站或轮斗挖掘机，所述胶带机为大倾角带式输送机，所述破碎站或轮斗挖掘机用于对所述混动卡车卸载的所述剥离物料进行破碎，以由所述大倾角带式输送机将破碎后的所述剥离物料由所述中间转土场输送至所述排土场各水平。
优选的，所述中间转土场包括卡车排土作业区域和轮斗挖掘机取料区，所述卡车排土作业区域和所述轮斗挖掘机取料区域相对布置；所述混动卡车在所述卡车排土作业区域，采用卡车边缘排土或推土机排土的方式，将所述剥离物料排弃至所述卡车排土作业区域；在所述轮斗挖掘机取料区，利用胶带机将所述卡车作业区域的剥离物料输送至所述排土场各水平。
优选的，所述露天煤矿采用单斗挖掘机对所述剥离物料进行开采。
与最接近的现有技术相比，本申请实施例的技术方案具有如下有益效果：
本申请提供的技术方案中，通过在露天煤矿的采场和排土场之间设置中间转土场；通过混动卡车将采场的剥离物料沿露天煤矿的工作帮斜坡道转运至所述中间转土场；由于采场的海拔位置高于中间转土场的海拔位置，工作帮斜坡道沿采场处端帮倾斜延伸至中间转土场，混动卡车在将采场的剥离物料沿工作帮斜坡道送至中间转土场时，一方面，混动卡车下行过程是一个重载下坡的行程，几乎不需要耗费混动卡车的能量，且能够在下坡过程中对能量进行充能回收；另一方面，由于混动卡车是沿工作帮斜坡道在采场和中间转土场之间往返，不需要再绕端邦行走，有效的缩短了混动卡车的行程，提高了物料输送效率；在混动卡车将剥离物料转运至中间转土场之后，利用胶带机将中间转土场的剥离物料输送至排土场。籍此，混动卡车转运剥离物料至中间转土场以及剥离物料由中间转土场输送至排土场时，物料输送卡车(混动卡车)与胶带机的作业相互独立，互不干涉影响，均可连续作业，有效保证了露天煤矿的开采速度；同时，混动开车群组在重载下坡过程中所储存的能量一方面可以保证混动卡车空车上行所需的能量，另一方面通过换电站与空电蓄电单元进行更换，将满电的蓄电单元提供给换电站，由换电站为矿区的其它供电设备进行供电，有效降低了市电利用，使露天煤矿的电能所需实现自给自足。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。其中：
图1为根据本申请的一些实施例提供的一种露天煤矿的节能运输开采方法的流程示意图；
图2为根据本申请的一些实施例提供的露天煤矿的节能运输开采方法的剖面示意图；
图3为根据本申请的一些实施例提供的混动卡车与大倾角胶带输送机作业的示意图。
附图标记说明：
100-端帮；200-工作帮斜坡道；300-混动卡车；400-中间转土场；500-吊斗铲；600-排土场；700-大倾角胶带输送机。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。各个示例通过本申请的解释的方式提供而非限制本申请。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本申请的范围或精神的情况下，可在本申请中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本申请包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。
在本申请的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请而不是要求本申请必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。本申请中使用的术语“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连；可以是有线电连接、无线电连接，也可以是无线通信信号连接，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
图1为根据本申请的一些实施例提供的一种露天煤矿的节能运输开采方法的流程示意图；图2为根据本申请的一些实施例提供的露天煤矿的节能运输开采方法的剖面示意图；如图1、图2所示，该露天煤矿的节能运输开采方法包括：
步骤S101、在露天煤矿的采场和排土场之间设置中间转土场；其中，采场和排土场的海拔位置均高于中间转土场的海拔位置；
在本申请实施例中，所述露天煤矿属于近水平矿床，露天煤矿的采场和排土场几乎位于同一水平，采场以阶梯式的开采方式进行开采，沿各开采阶梯周向行程露天煤矿的开采端帮，各开采阶梯之间通过工作帮斜坡道连接，中间转土场靠近最下层的开采阶梯设置。
步骤S102、通过混动卡车群组将采场的剥离物料沿露天煤矿的工作帮斜坡道转运至中间转土场；其中，混动卡车群组包括多辆混动卡车，每辆混动卡车具有主蓄电单元和副蓄电单元，露天煤矿采场各水平采掘的剥离物料装入混动卡车后，混动卡车沿露天煤矿的工作帮斜坡道下行将剥离物料运输至中间转土场，且在下行过程中，混动卡车自行充电储存能量；混动卡车在中间转土场卸载剥离物料后，利用下行的充电储存能量空车上行返回采场。同时，在露天煤矿主干线的一侧设换电站，混动卡车下行过程中经过换电站，且重载下坡所充电能超过空车上行所需电能，将满电的主蓄电单元或副蓄电单元在换电站更换为空电蓄电单元；
在本申请实施例中，通过单斗挖掘机在采场对剥离物料进行开采，通过混动卡车将剥离物料由采场转运至中间排土场。混动卡车采用自充电双动力卡车，露天煤矿采场各水平采掘的剥离物料装入混动卡车后，混动卡车沿露天煤矿的工作帮斜坡道下行将剥离物料运输至中间转土场，且在下行过程中，混动卡车自行充电储存能量；混动卡车在中间转土场卸载剥离物料后，利用下行的充电储存能量空车上行返回至采场。
在本申请实施例中，混动卡车在将采场的剥离物料沿工作帮斜坡道送至中间转土场时，一方面，混动卡车下行过程是一个重载下坡的行程，几乎不需要耗费混动卡车的能量，且能够在下坡过程中对能量进行充能回收；另一方面，由于混动卡车是沿工作帮斜坡道在采场和中间转土场之间往返，不需要再绕端邦行走，有效的缩短了混动卡车的行程，提高了物料输送效率。
在本申请实施例中，混动卡车下行过程中，利用重载下坡为混动卡车充电，将重物下降过程中势能转换为电能储存在储能电池中；在混动卡车卸载物料后，上行过程中，即可利用重车下坡过程中储存的电能，有效减少混动卡车的油耗。
在本申请实施例中，混动卡车下行过程中，一边下行运输一边自行充电。下行过程中，混动卡车的能量转化关系如公式(1)所示，公式(1)如下：
其中，M表示混动卡车重载下坡的车身总质量，单位为：kg；g为重力加速度，取值为9.8m/s2；H表示混动卡车下行时的高程差，即对应的采场与中间转土场的海拔高度差，单位为：m；v为混动卡车下行时的运行速度，单位为：m/s；We为混动卡车的充电电能；δ1为混动卡车下行时的能量转化系数；Wx为混动卡车下行时的能量损耗，
n表示混动卡车由采场至中间转土场的工作帮斜坡道的数量，Fi表示混动卡车下行时第i段工作帮斜坡道的摩擦力，单位为：N；Si表示第i段工作帮斜坡道的长度，单位为：m。
在混动卡车将剥离物料卸载后，由中间转土场至采场上行过程中，能量转化关系如下公式(2)所示，公式(2)如下：
We·δ2＝MkgH+Ws……………………(2)
其中，We为充电储存能量，We＝Wez+Wef，Wez为所述主蓄电单元的充电储存能量，Wef为所述副蓄电单元的充电储存能量，δ2为混动卡车上行时的能量转化系数，Mk表示混动卡车空车上行的车身总质量；Ws为混动卡车上行时的能量损耗，
F′i表示混动卡车上行时第i段工作帮斜坡道的摩擦力，单位为：N。
为了尽可能减少混动卡车使用燃油，混动卡车重载下坡时转换至电能储存在储能电池中的能量要大于混动卡车在上行过程中的能量消耗，即We≥0。若We＜0，则混动卡车在上行时就需要使用燃油对动力进行补充，即充电储存能量We按照公式(3)计算，公式(3)如下：
在本申请实施例中，通过动力电池智能管理系统(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM，简称BMS)对混动卡车重载下坡时的能量回收进行控制。具体的，电池智能管理系统根据发动机和电池的工作状态，计算出混动卡车的驱动扭矩及能量回收扭矩(或能量回收功率)，控制电机进行主动能量回收，为储能电池进行充能。在此，需要说明的是，电池智能管理系统通过对混动卡车发动机、制动器、换挡器、转向器等进行实时监测，获取混动卡车的动力数据、制动数据、换挡数据、转向数据等，其中，动力数据包括发动机的转速、功率等，以及储能单元(电池)的功率、电量、温度等。
具体的，基于预设的能量回收模型，根据混动卡车重载下坡时的速度和混动卡车下行的距离，对混动卡车重载下坡的能量进行回收，其中，预设的能量回收模型如公式(4)所示，公式(4)如下：
其中，P表示混动卡车的电机功率；V为混动卡车重载下坡的车速；L为混动卡车重载下坡的距离。在此，需要说明的时，混动卡车在重载下坡过程中，通过刹车控制混动卡车以恒定的速度m运行。
在本申请实施例中，储能电池的参数如下表1所示：
步骤S103、利用吊斗铲倒堆工艺或胶带机将中间转土场的剥离物料输送至排土场。
在本申请实施例中，在采用吊斗铲倒堆工艺将剥离物料由中间转土场输送至排土场时，在排土场各水平上均设置一吊斗铲，利用排土场各水平的吊斗铲接力将中间转土场的剥离物料输送至排土场各水平。具体的，随着露天煤矿采场的阶梯式开采，在采场水平对应的排土场水平中设置吊斗铲，由最下层阶梯中的吊斗铲将中间转土场的剥离物料转运至最下层的阶梯，然后再由上一层阶梯的吊斗铲将最下层阶梯的剥离物料转送至相对应的排土场水平，每一层阶梯的吊斗铲依次接力将中间转土场的剥离物料送至排土场各水平。
在一些可选实施例中，中间转土场设置有破碎站或轮斗挖掘机，胶带机为大倾角带式输送机，破碎站或轮斗挖掘机用于对混动卡车卸载的剥离物料进行破碎，以由大倾角带式输送机将破碎后的剥离物料由中间转土场输送至排土场各水平。
在本申请实施例中，在采用胶带机将中间转土场的剥离物料输送至排土场时，在中间转土场设置破碎站或轮斗挖掘机，对中间转土场由混动卡车从采场转运至的剥离物料进行破碎，以使剥离物料满足大倾角带式输送机的输送粒径要求，由大倾角带式输送机将破碎后的剥离物料送至排土场各水平。
在一些可选实施例中，中间转土场包括卡车排土作业区域和轮斗挖掘机取料区，卡车排土作业区域和轮斗挖掘机取料区相对布置；混动卡车在卡车排土作业区域，采用卡车边缘排土或推土机排土的方式，将剥离物料排弃至卡车作业区域；在轮斗挖掘机取料区，利用轮斗挖掘机采掘并通过转载机转载至大倾角胶带机，胶带机将物料输送至排土场各水平。籍此，一方面，混动卡车转运剥离物料至中间转土场以及剥离物料由中间转土场输送至排土场时，物料输送卡车(混动卡车)与吊斗铲(或胶带机)的作业相互独立，互不干涉影响，均可连续作业，有效提高了露天煤矿的开采速度。
在本申请实施例中，在将中间转土场的剥离物料转运至排土场时，具体是采用吊斗铲倒堆工艺还是胶带机，根据中间转土场至排土场的距离确定。当中间转土场至排土场的距离较远时，采用胶带机和破碎站相结合的工艺，不但能够实现剥离物料快速的由中间转土场输送至排土场，同时还可以有效的降低剥离物料的转运成本，提高作业效率。当中间转土场至排土场的距离较近时，采用吊斗铲倒堆工艺，有效避免对物料块度、硬度的限制，可降低设备的铺设费用，缩短中间转土场的剥离物料转运至排土场的周期，提高作业效率。
在本申请实施例中，混动卡车沿工作帮斜坡道将采场的剥离物料转运至中间转土场，不但有效缩短了混动卡车的行程，而且对重载下坡的能量进行回收储存用于空载上行，有效实现了采场与中间转土场之间的节能开采运输，降低了开采成本；且混动卡车与吊斗铲(或胶带机)的作业相互独立，互不干涉影响，均可连续作业，有效提高了露天煤矿的开采速度；同时，混动开车群组在重载下坡过程中所储存的能量一方面可以保证混动卡车空车上行所需的能量，另一方面通过换电站与空电蓄电单元进行更换，将满电的蓄电单元提供给换电站，由换电站为矿区的其它供电设备进行供电，有效降低了市电利用，使露天煤矿的电能所需实现自给自足。
以上仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种露天煤矿的节能运输开采方法，其特征在于，包括：
在所述露天煤矿的采场和排土场之间设置中间转土场；其中，所述采场和所述排土场的海拔位置均高于所述中间转土场的海拔位置；
通过混动卡车群组将所述采场的剥离物料沿所述露天煤矿的工作帮斜坡道转运至所述中间转土场；其中，所述混动卡车群组包括多辆混动卡车，每辆所述混动卡车具有主蓄电单元和副蓄电单元，所述露天煤矿采场各水平采掘的剥离物料装入所述混动卡车后，所述混动卡车沿所述露天煤矿的工作帮斜坡道下行将所述剥离物料运输至所述中间转土场，且在下行过程中，所述混动卡车自行充电储存能量；所述混动卡车在所述中间转土场卸载所述剥离物料后，利用下行的充电储存能量空车上行返回至所述采场；
在所述露天煤矿主干线的一侧设换电站，所述混动卡车下行过程中经过所述换电站，且重载下坡所充电能超出空车上行所需电能，将满电的所述主蓄电单元或所述副蓄电单元在所述换电站更换为空电蓄电单元；
利用吊斗铲倒堆工艺或胶带机将所述中间转土场的剥离物料送输送至所述排土场。
2.根据权利要求1所述的露天煤矿的节能运输开采方法，其特征在于，根据公式：
计算所述混动卡车的充电储存能量；
其中，Wez为所述主蓄电单元的充电储存能量，Wef为所述副蓄电单元的充电储存能量，Mz表示所述混动卡车的载重，g为重力加速度，H为所述采场与所述中间转土场的高程差，δ1为所述混动卡车下行时的能量转化系数，δ2为所述混动卡车上行时的能量转化系数，Wx为所述混动卡车下行时的能量损耗，Ws为所述混动卡车上行时的能量损耗。
3.根据权利要求1所述的露天煤矿的节能运输开采方法，其特征在于，所述换电站接入所述露天煤矿的矿区供电网络，为所述矿区供电网络供电。
4.根据权利要求1所述的露天煤矿的节能运输开采方法，其特征在于，在所述排土场的各水平上均设置有一所述吊斗铲，利用所述排土场各水平的所述吊斗铲接力将所述中间转土场的剥离物料送输送至所述排土场各水平。
5.根据权利要求1所述的露天煤矿的节能运输开采方法，其特征在于，所述中间转土场设置有破碎站或轮斗挖掘机，所述胶带机为大倾角带式输送机，所述破碎站或轮斗挖掘机用于对所述混动卡车卸载的所述剥离物料进行破碎，以由所述大倾角带式输送机将破碎后的所述剥离物料由所述中间转土场输送至所述排土场各水平。
6.根据权利要求5所述的露天煤矿的节能运输开采方法，其特征在于，所述中间转土场包括卡车排土作业区域和轮斗挖掘机取料区，所述卡车排土作业区域和所述轮斗挖掘机取料区相对布置；
所述混动卡车在所述卡车排土作业区域，采用卡车边缘排土或推土机排土的方式，将所述剥离物料排弃至所述卡车排土作业区域；
在所述轮斗挖掘机取料区，利用胶带机将所述卡车作业区域的剥离物料输送至所述排土场各水平。
7.根据权利要求1-6任一所述的露天煤矿的节能运输开采方法，其特征在于，所述露天煤矿采用单斗挖掘机或轮斗挖掘机对所述剥离物料进行开采。
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