摘要：露天煤矿安全绿色高效低碳开采是全球露天煤矿发展的共识性目标。我国露天煤矿资源开发强度与生态承载力呈现逆向发展特征,我国西北部生态环境脆弱区已成为露天煤炭的主产区,使得露天煤矿开采与生态环境保护成为亟需解决的重要科学问题、生态问题和发展问题。基于我国露天煤矿发展概况、自然条件及主要影响因素,阐释了实现露天煤矿安全-绿色-高效-低碳开采内涵特征与总体架构,针对露天煤矿采前-采中-采后全生命开采周期特点,从安全开采技术、绿色开采技术、高效开采技术、低碳开采技术4个层次,归纳总结了时效边坡控制技术、智能预警决策技术、运输环节新模式、矿区生态建设、相邻矿山协调开采、智能采矿设计、电动矿卡应用以及采矿源头生态减损8项关键技术,明确了露天煤矿安全-绿色-高效-低碳协同开采研究重点工作和方向。在安全-绿色-高效-低碳协同发展措施方面,从强化顶层设计、加快分布实施、深化科研攻关、提升人才培养以及完善标准规范5个方面,提出2025年、2030年、2035年不同阶段需要完成的目标任务。新时期露天煤矿要坚定不移走安全-绿色-高效-低碳发展路径,实现露天煤矿在新时期、新格局下的高质量发展目标。

摘要：露天矿采场是一个随时间协变的有源时空场,其内部的时空演化规律是露天矿开拓运输系统定线的重要基础,直接制约着露天矿运输道路的废除、重建和更新等相关决策。但多年受露天采场的自身复杂性限制,开拓定线仍以经验化的手工定线为主,尚缺乏一种科学化、系统化的定线方法,特别是对于已确定的运输线路随采、剥工程发展而发生的时空状态演化规律的判别与分析,直接制约着露天矿山道路运输系统设计的经济性。以开拓定线过程中既定坑线的存留问题为切入点,首先对露天矿采场内采、剥物料的运输线路的演化规律进行了有效分析和描述,并结合采、剥物料的场内流动特性,构建了不同坑线状态下的迁移模型。同时,为进一步定量化的描述运输道路的状态迁移模型,文中从分析运输线路与物料流之间的功能联系入手,引入矢量分析和场论的理论方法,结合采场采、剥物料实际给出了满足矢量场分析条件的均质流体假设,并进一步提出散度的概念、时空状态描述子的判别指标及利用散度的量化计算实现采、剥物料的迁移状态判别,从而为承载运输任务的运输线路的废除、重建和更新状态提供更为科学、合理的量化决策指标。最后,以不同计划工程位置上的开拓定线问题(混合坑线)为仿真实验,验证文中算法模型对于判别运输线路存留问题的有效性。实验结果表明:抽象散度的引入能有效地将采场内的有源矢量场划分为有源和无源区域,并能进一步判别出有源区域内流体的吸收或发散特性,且上述特性能极为理想的对应于运输线路的废除、重建、更新以及继续服务等几种状态,从而保证了这种区域化指标能为开拓定线过程中的区域性坑线布设提供更为理想的前期决策,有效解决了主观定线过程中线路更新难题。将应用数学、理论物理学中的通量、散度的概念引入到解决露天矿山的现实优化问题中,提出了一种定量化描述露天采场时空状态演化过程的新方法,弥补了现阶段手工定线主观经验化更新的不足,同时也为开拓运输系统的自动化优化定线算法的实现提供了一种路径更新判别的新思路。

摘要：为进一步优化露天矿山排土场土岩堆置结构,降低排土运输成本,针对现阶段尚未有效解决的多排土场间物料堆置问题展开研究,提出一种面向多排土场的、考虑其内部自身发展建设的物料块体堆置次序优化算法。首先以阶段间物料流运输功最小化为目标函数建模,将排土场设计参数、空间形态以及位置关系作为约束条件,构建堆置次序规划模型;然后以排土程序设计为基本空间约束构建先验条件,提出一种多排土场间决策阶段动态生成算法;最后采用0 1整数规划对整个规划问题进行阶段性求解,得出多排土场内块体模型的最优化堆置次序,并给出排土场内部详细的土岩流向流量规划方案。针对神华新疆黑山露天煤矿随着开采深度加大、卡车排土场运距过大等现实排土运输问题,以运输功最小化为优化目标,运用所提出的算法对该矿排土场内部堆置结构进行了优化。确定了该矿未来11年南、北两外排土场内部结构最优的堆置方案;相比原设计有效的控制了运输能耗,可节省该矿每年1~2亿元的排土运输成本。

摘要：为有效提高外排土场物料移运规划中运输功能耗模型的精度,以建立更为详细的排弃物料堆置次序优化、规划模型,针对年末排土计划中尚缺乏逐条带运距推估方法的问题展开研究,提出一种采用极限学习机算法(ELM)训练多元非线性运距曲线的预测模型,并将年末排土工程计划位置上已设计运输线路的排土条带作为训练样本,训练预测模型学习运距与影响因子间的时变特征,最终通过非线性运距表达推估待排物料块体的时变运距。为进一步增强ELM算法的预测精度,利用改进粒子群算法建立基于结构风险最小化的参数优化算法,改善了传统经验风险最小化算法的泛化能力,提高了算法预测精度。研究结果表明:采用模拟试算图解法最终确定ELM模型隐含层节点数为27;仿真测试中得出文中算法预测精度评价指标分别为均方误差0.006 8、拟合优度0.995 3、相对误差期望0.027%、绝对误差期望0.62、错估系数0.03、执行效率1.49s;对比多组智能算法预测模型,其绝对误差分别0.116 2、0.094 7、0.139 1,其错估系数分别为0.230、0.200、0.266,算法明显具有更好的预测效果。

摘要：为有效改善外部因素扰动导致的进度计划动态修正效率低的问题,笔者团队基于三角格网动态编辑及可视化技术,结合煤矿剥采工艺特性,提出了采矿模型的概念,设计研发了采矿全生命周期规划及决策平台,衍生出采矿模型建模体系方法、基于开采模板的剥采工程快速设计、基于运输功的动态规划模型建模与求解等几项关键技术,大幅降低了物料流规划约束条件,提升了动态规划模型的求解效率。该技术在国能宝日希勒露天矿进行实践应用,取得了良好应用效果。中长远排产推演5次平均可靠性可达82.37%,一次求解平均时间可从7 min压缩至2 min内完成。此项实践改善了原有规划设计的修正效率,提升了全生命周期范围内剥采进度计划的现场指导作用。