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北京消防|露天采煤安全技術(shù)發(fā)展與展望|消防檢測(cè)|電氣檢測(cè)
發(fā)布日期：2019-02-05 04:15:53
1958年后，國(guó)家大力發(fā)展露天采煤，并著手開始平朔、元寶山、霍林河等大型露天煤礦的籌建工作。為適應(yīng)露天采煤事業(yè)的發(fā)展，國(guó)家決定加強(qiáng)露天采煤技術(shù)的研究力量。1965年科研人員發(fā)展到近100人，1985年煤炭科學(xué)研究總院撫順分院成立露天采煤安全研究所，并投資裝備了邊坡巖石力學(xué)、邊坡巖體變形監(jiān)測(cè)及儀表、輪斗挖掘破碎機(jī)理、爆破震動(dòng)測(cè)試、礦山設(shè)備性能測(cè)試、計(jì)算機(jī)信息中心等試驗(yàn)室。
47年來，露天開采安全研究所在開采工藝、采礦設(shè)備更新?lián)Q代、爆破技術(shù)及器材、邊坡穩(wěn)定性及邊坡變形監(jiān)測(cè)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)在露天礦山的應(yīng)用、???天礦生產(chǎn)的監(jiān)控技術(shù)、地質(zhì)災(zāi)害及環(huán)境評(píng)價(jià)等方面，進(jìn)行了大量的研究工作，共完成各類科研課題150余項(xiàng)，為礦山安全高效生產(chǎn)提供了可靠的技術(shù)保證，為我國(guó)露天采煤技術(shù)的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。
尤其是1981年至今，共完成各類課題110余項(xiàng)，是前24年的2.7倍，其中有32項(xiàng)成果獲得國(guó)家、省、部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)。
1采礦工藝、裝備、爆破技術(shù)及器材的研究
1．1 采礦工藝
20世紀(jì)50年代露天開采安全研究所先后完成了撫順西露天礦技術(shù)改造方案設(shè)計(jì)，海州露天礦開拓方式、開采方法的研究，露天水力機(jī)械化采煤的研究等。
1963年——1965年會(huì)同中國(guó)礦業(yè)大學(xué)、沈陽(yáng)煤礦設(shè)計(jì)院等單位踏勘了西部四省的31個(gè)礦點(diǎn)，規(guī)劃了17個(gè)露天煤礦，研究確定了技術(shù)發(fā)展方向、開拓開采方式和工藝技術(shù)等，為80年代我國(guó)露天煤礦的建設(shè)發(fā)展打下了基礎(chǔ)。
60年代中期，進(jìn)行了平朔礦區(qū)開采工藝技術(shù)的研究，提出了年產(chǎn)量500~1000萬t的開拓開采方案。方案中包括連續(xù)工藝、鐵道運(yùn)輸工藝、吊斗電鏟、內(nèi)部排土等多種聯(lián)合工藝，是我國(guó)第一次進(jìn)行特大型露天煤礦開采工藝技術(shù)的研究，其技術(shù)水平達(dá)到了當(dāng)時(shí)的世界水平。
為了配合五大露天煤礦的開發(fā)建設(shè)，承擔(dān)了煤巖切割阻力測(cè)試技術(shù)、元寶山露天礦地下水疏干方法、北方嚴(yán)寒地區(qū)防止剝離物料粘車、粘膠帶的防凍技術(shù)的研究。在撫順西露天礦進(jìn)行的防粘車現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和耐寒運(yùn)輸膠帶低溫試驗(yàn)在我國(guó)尚屬首次，其成果應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)取得了較好的效果。
80年代面對(duì)老露天礦進(jìn)入深部開采、開拓延深困難的局面，參加了技術(shù)改造的研究。特別是多次參加撫順西露天礦的技術(shù)改造設(shè)計(jì)，最終提出了上部鐵道運(yùn)輸，深部汽車、膠帶運(yùn)輸機(jī)聯(lián)合運(yùn)輸，內(nèi)部排土分布區(qū)開采的設(shè)計(jì)方案。為配合這一方案的實(shí)施，進(jìn)行了西區(qū)強(qiáng)化開采和西區(qū)提前實(shí)現(xiàn)內(nèi)部排土方案的研究。方案已實(shí)施多年，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。
1．2露天開采裝備技術(shù)
1957年完成了“120B電鏟發(fā)電機(jī)外特性改善研究”，提高電鏟工作效率5%~10%，降低了電氣和機(jī)械故障；“露天礦用12t架線式電機(jī)車可控硅脈沖調(diào)速的研究”，使機(jī)車的故障率大大降低，節(jié)電約12%。
60年代后研制了Q 2—M64型潛孔鉆機(jī)。該鉆機(jī)還可以鉆0~30度的傾斜孔；針對(duì)中硬巖石研制了LH—200型回轉(zhuǎn)鉆機(jī)，該鉆機(jī)可使用切削、牙輪、潛孔等多種鉆具，其效率為沖擊鉆的3~5倍。與吉林重型機(jī)械廠聯(lián)合研制了ZX—150型旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)；1986年研制的KY——150型牙輪鉆機(jī)臺(tái)班效率達(dá)到了71.5m，最高178m，是潛孔鉆機(jī)的2.54倍，沖擊鉆機(jī)的6.9倍；研制的QZ3——150型三翼回轉(zhuǎn)切削鉆頭，其壽命與美國(guó)的三翼鉆頭相同，達(dá)到 2500m，其價(jià)格僅為美國(guó)鉆頭的42%，取代了進(jìn)口，長(zhǎng)期在霍林河露天礦應(yīng)用。
與杭州重型機(jī)器、上海膠帶運(yùn)輸機(jī)械廠、撫順挖掘機(jī)械廠共同承擔(dān)了我國(guó)第一套連續(xù)工藝設(shè)備的研制和試驗(yàn)。包括輪斗挖掘機(jī)、膠帶運(yùn)輸機(jī)、PS——1000型排土機(jī)、YG——15型膠帶移設(shè)機(jī)和YR——1組合膠帶接頭硫化機(jī)，結(jié)束了我國(guó)不能生產(chǎn)連續(xù)工藝設(shè)備的歷史。80年代由杭重和天工所研制了我國(guó)第一套中型輪斗挖掘機(jī)。露天開采安全研究所，參加了全部工業(yè)試驗(yàn)和性能測(cè)試，完成了成套設(shè)備的機(jī)械性能測(cè)定和生產(chǎn)能力考核，開創(chuàng)了礦山設(shè)備性能測(cè)試的先河。
無寶山、準(zhǔn)格爾等大型露天煤礦都部分采用了輪斗一膠帶連續(xù)工藝，并從國(guó)外引進(jìn)了大型輪斗挖掘機(jī)。為配合這些單位的輪斗挖掘機(jī)設(shè)計(jì)和設(shè)備驗(yàn)收任務(wù)，又進(jìn)行了煤巖切割阻力、輪斗挖掘機(jī)切割破碎機(jī)理、輪斗工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)理論、輪斗挖掘切割力和機(jī)械性能測(cè)試等方面的研究。
通過對(duì)元寶山、撫順、小龍?zhí)?、昭通、霍林河、?zhǔn)格爾、伊敏等露天礦的煤巖切割阻力進(jìn)行的研究和測(cè)定，提出了我國(guó)煤巖切割阻力理論和切割阻力及輪斗挖掘機(jī)切割力的測(cè)定方法，填補(bǔ)了我國(guó)在這一領(lǐng)域的空白，達(dá)到國(guó)際水平。其成果獲煤炭工業(yè)部科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。并用上述理論和測(cè)試技術(shù)完成了準(zhǔn)格爾和元寶山兩露天礦連續(xù)工藝系統(tǒng)的機(jī)械性能測(cè)試和生產(chǎn)能力考核，為礦山把好了進(jìn)口設(shè)備關(guān)。
在此期間露天開采安全研究所建成了世界上最大的斗輪挖掘機(jī)試驗(yàn)裝置，斗輪直徑達(dá)0.95m。通過該裝置可模擬不同巖性的切割阻力和挖掘機(jī)切割力測(cè)定，研究斗輪挖掘機(jī)的合理工作參數(shù)。如：斗齒受力狀態(tài)、斗齒形狀、斗齒排列方式、切割速度、回轉(zhuǎn)速度、刨片尺寸、斗齒材料的耐磨性等。所研制的單斗電鏟斗齒的壽命為普通斗齒睥2.5~3.0倍。
1．3爆破技術(shù)及器材
為解決撫順西露天礦高段采掘的爆破質(zhì)量問題，1956年開展了高段爆破技術(shù)的研究。
1972年——1973年在海州露天礦采用了壓碴爆破方法，1985年完成了“提高海州礦塊煤率爆破方法的研究”，采用爆速為2700~3200m/s的低威力炸藥、空氣柱充填、優(yōu)化布孔參數(shù)、微差延期爆破技術(shù)，減少了壓碎區(qū)，降低了斷裂、碰撞、摩擦破碎，使塊煤率提高2.83%，1992年進(jìn)行了“大型露天煤礦爆破技術(shù)優(yōu)化”的研究，通過安??堡露天礦的試驗(yàn)，使該礦的炸藥定額由0.45kg/m3.降低到0.319 kg/m3.，綜合成本約1053.6萬元，剝離量增加20%以上。
此外還與沈陽(yáng)部隊(duì)工程兵合作研制成功了B2、B3液體炸藥、液體炸藥混藥車、四路起爆器等，并完成了安太堡、準(zhǔn)格爾、霍林河、撫順西露天等礦的爆破震動(dòng)測(cè)試和減震技術(shù)的研究。
2 邊坡穩(wěn)定性和監(jiān)測(cè)技術(shù)研究
2．1 邊坡穩(wěn)定性研究
邊坡穩(wěn)定技術(shù)的研究始于20世紀(jì)50年代中期。1953年海州露天煤礦投產(chǎn)，撫順西露天煤礦完成改造后，不久在非工作幫就多次出現(xiàn)邊坡滑落現(xiàn)象，嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)和設(shè)備安全。針對(duì)上述2礦的滑坡開始了邊坡穩(wěn)定性研究工作，主要研究?jī)?nèi)容為非工作幫的工程地質(zhì)條件、巖石物理力學(xué)性質(zhì)、滑坡形成的條件和穩(wěn)定性分析方法、確定邊坡失穩(wěn)的范圍及防治措施。
1961年撫順西露天礦發(fā)生了4次百萬立方米的大滑坡，其中3號(hào)滑坡體危及西大巷提升煤道的安全。我所科研人員參加多部組成的治理工作組，完成了削坡、減重、疏干、加固等措施的設(shè)計(jì)和施工，確保了提升系統(tǒng)的正常生產(chǎn)。
經(jīng)過這一階段的研究工作，建立了一套露天礦邊坡穩(wěn)定性研究理論及工作方法，培養(yǎng)了一支科研隊(duì)伍，并建立了巖石力學(xué)試驗(yàn)室。邊坡工程研究已成為露天開采安全研究所的主導(dǎo)專業(yè)，也是國(guó)內(nèi)最早開展邊坡工程研究的專業(yè)單位之一。并多次參加非煤露天礦山和長(zhǎng)江三峽滑坡的治理論證。隨著我國(guó)露天采煤的發(fā)展，先后承擔(dān)了國(guó)家、煤炭部的重大研究課題，完成了撫順、阜新、平莊、安太堡、準(zhǔn)格爾、小龍?zhí)?、義馬等露天煤礦的邊坡穩(wěn)定性研究和滑坡防治工作。至今共完成各類科研課題共60余項(xiàng)，其中12項(xiàng)成果分別獲得省、部及國(guó)家一、二、三等獎(jiǎng)。
2．1．1 基礎(chǔ)研究
?。?） 工程地質(zhì)勘察技術(shù)。地質(zhì)構(gòu)造和巖層賦存條件，特別是軟弱巖層的狀況是形成滑坡的內(nèi)在因素，查清地質(zhì)構(gòu)造是確定滑坡體的規(guī)模、滑動(dòng)模式、穩(wěn)定分析和防治措施的依據(jù)。常規(guī)的方法是地表地質(zhì)結(jié)構(gòu)調(diào)查、鉆探、巷探。
隨著雷達(dá)探測(cè)技術(shù)和地震波探測(cè)技術(shù)的發(fā)展，無鉆勘察地層及地質(zhì)構(gòu)造的目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。1993年在研究撫順西露天礦西南幫邊坡穩(wěn)定項(xiàng)目中，用淺層地質(zhì)雷達(dá)儀成功地確定了影響該地區(qū)邊坡穩(wěn)定的軟質(zhì)凝灰?guī)r的賦存狀態(tài)及分布規(guī)律。
在巖體結(jié)構(gòu)分析方面，根據(jù)巖體裂隙性的特點(diǎn)，應(yīng)用了隨機(jī)模擬，計(jì)算機(jī)數(shù)字模擬方法，以及用巖體質(zhì)量指標(biāo)及QD分級(jí)來確定巖體的完整性，從而計(jì)???巖體結(jié)構(gòu)對(duì)邊坡穩(wěn)定的影響。
?。?） 水文地質(zhì)及地下水監(jiān)測(cè)。邊坡巖體中地下水的存在不僅弱化巖石強(qiáng)度，特別是降低了弱層的抗剪強(qiáng)度，使邊坡沿弱層滑落。而且隨著地下水位的升高，浮托力增大降低了邊坡體的抗滑能力。因此地下水的勘察多采用地表調(diào)查和鉆水文孔，通過取巖樣測(cè)定巖石的含水量，作分層注水試驗(yàn)，確定巖層的含水規(guī)律和水力聯(lián)系，建立水力模型。
在“七五”國(guó)家科技攻關(guān)項(xiàng)目“邊坡安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研制”課題中研制了壓阻式地下水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可隨時(shí)測(cè)得地下水的壓力，具有精度高、分辨率高、輸出信號(hào)大、可實(shí)現(xiàn)集中控制、自動(dòng)記錄等特點(diǎn)，提高了地下水的監(jiān)測(cè)水平。
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