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摘要：随着社会的发展与进步，重视露天采矿机煤层选采厚度分析对于现实生活中具有重要的意义。本文主要介绍露天采矿机选采应用的有关内容。
关键词露天；采矿机；煤层；选采；厚度；模型；原则；
中图分类号：F407.1文献标识码：A文章编号：
引言
目前，中国几大露天煤矿开采的大都是水平或近水平的复杂煤层，煤质较差、硬度较高，尤其在冬季所开采物料的硬度增加3—10倍，轮斗铲应用受限。现有开采工艺下的原煤含矸率较高、回采率较低，而这些矿又大都不设选煤厂，生产原煤直接供电厂发电，煤质对市场及经济效益影响较大，同时一系列采装设备日益大型化。随之带来的问题是采装设备的选采性能越来越差，大量小于１ｍ的煤层无法采出，厚约１ｍ计入储量的薄煤层极不易分采分运，致使煤炭损失大，尤其对结构复杂的煤层，其顶底及夹矸的混入增多，煤炭品质降低，增加了煤炭的破碎及洗选成本，同时也增加了矸石及选煤废渣的运输成本。损失的煤炭排弃到排土场，造成煤的自燃，恶化环境。如强制选采，不仅大型装运设备效率显著降低，且由于增加分层选采的小台阶，相应增加了超前剥离量。为避免大型设备的这个缺点，露天采礦机应用而生，而且在中国的露天煤矿具有广阔的应用前景。
一、露天采矿机的类型与特点
露天采矿机也叫露天刨煤机，是一种新型露天采矿设备，具有良好的选采性能和破碎功能。它集爆破、破碎和采装于一体，采用水平逐幅逐层开采的工作方式，从而能实现精确、稳定的选择性开采。任何一种复合煤层的选采工艺都无法避免煤损和混矸，露天采矿机在遇到薄层煤和夹矸时，通过降低开采深度，从而保证了煤炭开采回采率和热值。采用露天采矿机可以节省矿山设备和生产费用，而且可以简化露天矿的生产组织管理等。
目前生产的露天采矿机，按其机构可分为梨式、滚筒式和轮斗式三类
（1）梨式露天采矿机。其工作原理是使用斜装的刮刀回采和装载矿岩，再通过链斗提升机将采下的物料转载到运输机上。
（2）滚筒式露天采矿机。其切割滚筒位于机体下方前后履带之间，其切割破碎矿岩的方向朝上，使作用在滚筒的反力向下，切割滚筒压向地面，能更好的切入矿岩，以利于破碎岩石。被切下的物料经过切割滚筒上的螺旋输送到胶带运输机上，其开采台阶的最大分层厚度为0.6m，今年来已成功地应用于薄煤层开采和煤矸选采。
（3）轮斗式露天采矿机。该机的切割机构位于机体前端，由4个并排装在一根轴上的轮斗组成，外型成滚筒状，每个轮斗有两个侧盘和数个横向隔板，形成若干个斗子，每个斗内有活动斗底，这种特殊结构的斗底可使物料全部卸空，就是特粘的物料也毫无问题，斗齿不仅切下物料，同时通过斗齿的排列将挖掘下来的物料破碎。
露天采矿机的特点有以下几点：
（1）解决了采掘薄煤层难题。单斗挖掘机和轮斗挖掘机厚度小于1m的煤层一直是个难题，露天采矿机的出现解决了这一问题，同时采掘能力的空白，壮大了矿山采掘设备的队伍，使各类开采设备在不同的矿石物理性质下发挥各自的优势成为可能。
（2）选采性能好，矿石贫化率低。露天采矿机如同道路刨铣设备一样，其作业过程是从矿体的表面一层一层地进行刨采，只不过不同结构形式的采矿机的刨采深度不同。值得一提的是中部滚筒式采矿机由于被选采物料的界面位置通过装于机体下部的γ射线视测仪精确地测量出，因此能较准确的控制作业界限。由于大幅度地减少了废石的混入，从而减少了矿石的贫化率和加工费用，提高了矿石的质量和回采率。
（3）作业比较简单。露天采矿机采掘物料以后通过尾部的胶带机直接装到卡车内或通过转载机转载到胶带输送机上最终运输到指定地点，采运过程中物料不落地，而且其采矿过程具有连续和随采随破的特点，从而可以实现“穿、爆、采、破”合一，这就大幅度节约了运营成本，提高了经济效益。
（4）适应性较强。适合各种中等硬度矿石的开采，如煤炭、石膏、白云石、石灰石等。可以配合各种运输设备作业，如汽车、胶带运输机等。可以适应各种工作场地，露天采矿机的作业坡度较大，可以在15°的坡面上作业，而同等条件下，轮斗挖掘机的作业坡度只有3°左右。
（5）生产能力大。如在德国莱茵矿区弗里缅斯多夫褐煤露天矿采用的SM3000型露天采矿机，小时效率达1000t。SM3800型露天采矿机在开采中硬煤层时，实测年能力达到了620万m3，超过了一台斗容为25.9m3的单斗挖掘机的年生产能力，而重量仅为97t，相当于单斗挖掘机的1/5。
（6）生产成本较低。露天采矿机切割后的表面平整均一，可实现卡车的平稳行驶和降低轮胎磨损等。
二、露天采矿机的开采方法与工艺
露天采矿机的开采方法主要有以下几种：
（1）水平分层横向开采。露天采矿机垂直矿体走向布置工作线，仅当选采要求不高、矿体较厚时，方可考虑这种方法，否则由于露天采矿机工作线较短，致使露天采矿机转向频繁，而大大降低其生产能力。
（2）水平分层纵向开采。露天采矿机沿矿体走向垂直工作帮推进方向布置工作线，分水平逐层开采，同时将每个分层沿推进方向划分为许多块段，块段宽度即为开采分层的工作平盘宽度。该开采方法适用于露天矿冻结表土和中硬岩石的剥离、选采要求不高的中厚矿层、水平层状复合矿层的选采。
（3）倾斜分层横向开采。露天采矿机沿矿体倾向布置工作线，并以矿体倾角划分开采分层，该法能适应较大纵坡，选采性也好，尤其对倾角小于15°（采矿机极限倾坡）的复合矿层选采最好。
（4）倾斜分层纵向开采。露天采矿机自身以一定得横向倾斜度沿矿体走向开采，一般适宜缓倾斜矿体的选采（一般小于7°）。该开采方法的优点是选采效果好、顶板露矿工程量小。
根据煤层倾角，一般采用如下两种开采方法：
（1）当煤层倾角﹥10%即大于设备作业坡度时，采用水平分层沿走向走行的方式进行选择开采，见图1；
（2）当煤层倾角﹤10%即小于设备作业坡度时，采煤机和卡车可以沿煤层倾向作业，采用倾斜分层沿倾向走行的方式进行选择开采，见图2；
在工作面布置方式上一般采用分层法和分区法：
（1）分层法：适用于汽车运输方式（见图3）。
（2）分区法：适用于胶带运输方式（见图4）。
开采工艺常采用以下两种：
（1）露天采矿机—汽车工艺
该工艺具有很高的灵活性，工作面无需任何平整就能满足汽车行驶的要求，尤其对选采复合薄矿层最为合适。但该工艺的缺点是在于汽车不能连续作业，也不能在6°以上的纵坡上作业。
（2）露天采矿机—胶带运输机工艺
该工艺集穿爆采装作业于一身，又能保证卸料粒度，故能与胶带运输机配合使用，该工艺能充分保证采矿机的连续作业，生产能力显著提高，且能在6°—15°的纵坡上作业，但随着工作面的推进，胶带机移动频繁，为解决这一问题，可在露天采矿机和胶带机之间加设一台转载机，这种转载机为履带行走装置，臂长达40—50m，可大大提高胶带机的效率，为了减少胶带条数，还可用2台采矿机在一组台阶上作业，共用一条胶带机。
三、露天采矿机的选型与生产能力
目前，维特根露天采矿机占全球露天采矿机的70%以上，经过30多年的积累和完善，其设备能力逐渐大型化、成熟化，其产品系列众多。其中最新款的4200SM型露天采矿机，其技术规格为最大理论切削深度为0.65—0.83m；切削宽度为4.2m；满负荷时油耗为284L/h；工作速度为0—20m/min；理论爬坡能力为20%；最大横向倾斜度为8%；整机自重172.4t；理论输料能力为2400m3/h。
露天采矿机的选型主要考虑在保持原有的开采程序和生产系统不变的基础上，引进露天采矿机完成3m以下的煤与矸石的选采，即薄煤层采用采煤机—卡车—坑内转载站—地面胶带半连续工艺系统；矸石采用采矿机—卡车系统；而厚煤层的开采仍保持单斗铲—卡车坑内破碎站—地面胶带半连续工艺系统。此时，采矿机宜采用近于单斗铲端工作面分台阶的作业方式，为了对不同厚度的煤矸进行有效的选择开采，同时考虑冬季物料硬度的成倍增加，采用切割力较大、选采厚度可灵活调整、产量较大的长臂式采矿机。
露天采矿机的生产能力分理论小时生产能力和年生产能力，可按下式计算：
Qht=60BhV Q= QhtTη
式中：Qht——采矿机理论小时生产能力，m3/h；B——采矿机一次采宽，m；
h——采矿机一次采高，m；V——采矿机一次行走速度，m/min；Qht——采矿机理论小时生产能力，m3/h；T——年实际作业小时数，h；η——综合利用系数。
每年由采矿机开采的不同厚度的煤及矸石量、设备数量以及年实际作业小时数的计算应参考生产报表确定，其中采矿机在不同开采厚度时的综合利用效率系数是按机械生产厂家提供的技术咨询资料确定。
四、露天采矿机毛煤损失与矸石混入模型
理论上露天采矿机可选采薄煤和夹矸最小厚度到10ｃｍ，采矿机是通过其切削转子，高度选择性的开采有用矿藏．对于滚筒式的露天采矿机，当采矿机沿着煤矸分界线开采时，切削转子沿此分界线上下浮动，切削转子的实际轨迹是以Ａ的振幅沿煤矸分界线做正弦运动．从而导致原煤损失及混矸．如图5所示。
如图5所示，由于采矿机切削转子在一个循环内切削长度极小，可认为在一个周期内，煤厚均匀。煤岩分界面处一个循环周期内煤损与混矸量值相同，截面积Ｓ为
式中Ａ为采矿机切削转子振幅，ｍ。可见，煤损和混矸都存在于半个周期内，如把煤损量平均到整个周期内，且把损失量换算成平均厚度，设平均厚度为ｈ，（0，π/2内高为ｈ处的ｘ轴坐标为α（图１）.
式中：ｈ为毛煤损失与混矸平均厚度，ｍ；α为厚度为ｈ处ｘ轴坐标。由图１可知，平均厚度方程
应用Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａ软件对式（3）进行计算，并绘制函数曲线，结果如图6所示。
显然，对于滚筒式采矿机，当其沿煤矸层交界面进行开采时，煤损及混矸量只与采矿机切削转子的振幅有关，可见，特定型号的采矿机在开采时煤损量是固定的。
五、露天采矿机选采厚度确定原则与应用
露天采矿机选采厚度应符合以下条件
（1）开采分层厚Ｍ是露天采矿机开采时的一个重要参数，它对露天采矿机的生产效率、毛煤含矸率及回采率有直接影响。其值取决于采矿机的最大采厚Ｍｅ，及煤、矸分层厚度Ｍｆ，即
为发挥采矿机的生产效率，采厚宜接近采矿机的最大采厚。但为了满足沿煤、矸分层界面选采的要求，当煤、矸分层厚小于采矿机的最大采厚时，采厚应取煤、矸的分层厚。
（2）露天采矿机选采性虽好，可以毫米级精度选采，然而，当煤、矸分层厚度很小时，虽采矿机在技术上能分层开采，但由于采厚的减小导致采矿机生产能力的严重下降。选采厚度与生产能力符合如下函数关系
式中：Ｑ为采矿机实际生产能力，ｍ3／ｈ；ｄ为采矿机采厚，ｍ；Ｄ为采矿机额定采深，ｍ；Ｑ额为采矿机额定生产能力，ｍ3／ｈ。
（3）采矿机生产能力的下降导致生产费用的大幅度提高。这样，由于选采效果的提高（毛煤灰分的降低）所带来的经济效益，很可能难于抵偿由于降低了采矿机生产效率而增加的生产费用。因此，采矿机用于选采时存在一经济合理的最小分层采厚。此采厚即为选采厚度。它需满足
式中：Ｃ1为提高了选采效果（煤炭热值提高增加的售价或较少的选煤成本）而增加的经济效益Ｃ2为采矿机生产效率的降低所引起的生产费用的增加。
根据露天矿采矿原理及经济最优化，选采厚度应满足如下原则：
（1）发热量原则：选采后的含矸率所对应的毛煤发热量应满足用户要求；
（2）推进度原则：在满足发热量的前提下，选采层数应尽量少，以简化选采程序，适应现代化露天矿推进强度较大的要求；
（3）经济合理性原则：即Ｃ1－Ｃ2≥０。
露天采矿机应用在近水平复杂煤层露天矿时可选用Krupp公司生产的KSM—2000采煤机与胶带机配合构成连续式开采工艺系统。该系统不仅可实现1m以下煤层的选择开采，使原煤含矸率降低到1%，灰分可减少5%左右，煤质得到提高并可多回收煤炭，而且经济效益显著，采煤机投资可在1年内回收。此为，也可使用CSM3800或4200采矿机，即采用露天采矿机—卡车—溜井—井巷胶带半连续式系统对较为复杂的煤层分煤层进行选择开采，预测该系统可获得显著的经济效益。
结束语
了解了露天采礦机的类型、开采方法、开采程序及生产能力，建立毛煤损失与矸石混入模型，为露天采矿机的选采厚度的确定及优化提供了理论基础和方法。此选采效果与煤层总厚度正相关，与大夹矸总层数及小夹矸总厚度成负相关。确立了选采厚度优化原则，得出了选采厚度、选采层数及选采后含矸率关系：选采厚越小，则选采层数越多，含矸率越低，热值越高。但过小的选采厚会降低采矿机效率，影响露天矿整体推进度。故确定0.25ｍ为经济合理选采厚度。我国有很多夹矸层多，煤层薄的露天矿，如乌兰察布市白乃庙矿区、 赵家村、小白石崖、小丹岱等煤矿均属此类矿床。因此露天采矿机的推广应用有广阔的前景。
参考文献
［1］郝文玉，才庆祥，张磊，等．露天采矿机在我国露天煤矿的应用展望［Ｊ］．煤炭工程，2009
［2］张瑞新，王忠强，林宏，等．复杂煤层露天开采的新技术［Ｊ］．中国煤炭，2010
［3］杨树才，李克民，尚涛，等．连续式露天采矿机开采方式及参数［Ｊ］．中国有色金属学报，2010
［4］卢明银．露天采矿机开采新工艺的应用［Ｊ］．化工矿山技术，1994
［5］海平贵，祈兰英，等．露天采矿机的应用［Ｊ］．露天采煤技术，2000
关键词露天；采矿机；煤层；选采；厚度；模型；原则；
中图分类号：F407.1文献标识码：A文章编号：
引言
目前，中国几大露天煤矿开采的大都是水平或近水平的复杂煤层，煤质较差、硬度较高，尤其在冬季所开采物料的硬度增加3—10倍，轮斗铲应用受限。现有开采工艺下的原煤含矸率较高、回采率较低，而这些矿又大都不设选煤厂，生产原煤直接供电厂发电，煤质对市场及经济效益影响较大，同时一系列采装设备日益大型化。随之带来的问题是采装设备的选采性能越来越差，大量小于１ｍ的煤层无法采出，厚约１ｍ计入储量的薄煤层极不易分采分运，致使煤炭损失大，尤其对结构复杂的煤层，其顶底及夹矸的混入增多，煤炭品质降低，增加了煤炭的破碎及洗选成本，同时也增加了矸石及选煤废渣的运输成本。损失的煤炭排弃到排土场，造成煤的自燃，恶化环境。如强制选采，不仅大型装运设备效率显著降低，且由于增加分层选采的小台阶，相应增加了超前剥离量。为避免大型设备的这个缺点，露天采礦机应用而生，而且在中国的露天煤矿具有广阔的应用前景。
一、露天采矿机的类型与特点
露天采矿机也叫露天刨煤机，是一种新型露天采矿设备，具有良好的选采性能和破碎功能。它集爆破、破碎和采装于一体，采用水平逐幅逐层开采的工作方式，从而能实现精确、稳定的选择性开采。任何一种复合煤层的选采工艺都无法避免煤损和混矸，露天采矿机在遇到薄层煤和夹矸时，通过降低开采深度，从而保证了煤炭开采回采率和热值。采用露天采矿机可以节省矿山设备和生产费用，而且可以简化露天矿的生产组织管理等。
目前生产的露天采矿机，按其机构可分为梨式、滚筒式和轮斗式三类
（1）梨式露天采矿机。其工作原理是使用斜装的刮刀回采和装载矿岩，再通过链斗提升机将采下的物料转载到运输机上。
（2）滚筒式露天采矿机。其切割滚筒位于机体下方前后履带之间，其切割破碎矿岩的方向朝上，使作用在滚筒的反力向下，切割滚筒压向地面，能更好的切入矿岩，以利于破碎岩石。被切下的物料经过切割滚筒上的螺旋输送到胶带运输机上，其开采台阶的最大分层厚度为0.6m，今年来已成功地应用于薄煤层开采和煤矸选采。
（3）轮斗式露天采矿机。该机的切割机构位于机体前端，由4个并排装在一根轴上的轮斗组成，外型成滚筒状，每个轮斗有两个侧盘和数个横向隔板，形成若干个斗子，每个斗内有活动斗底，这种特殊结构的斗底可使物料全部卸空，就是特粘的物料也毫无问题，斗齿不仅切下物料，同时通过斗齿的排列将挖掘下来的物料破碎。
露天采矿机的特点有以下几点：
（1）解决了采掘薄煤层难题。单斗挖掘机和轮斗挖掘机厚度小于1m的煤层一直是个难题，露天采矿机的出现解决了这一问题，同时采掘能力的空白，壮大了矿山采掘设备的队伍，使各类开采设备在不同的矿石物理性质下发挥各自的优势成为可能。
（2）选采性能好，矿石贫化率低。露天采矿机如同道路刨铣设备一样，其作业过程是从矿体的表面一层一层地进行刨采，只不过不同结构形式的采矿机的刨采深度不同。值得一提的是中部滚筒式采矿机由于被选采物料的界面位置通过装于机体下部的γ射线视测仪精确地测量出，因此能较准确的控制作业界限。由于大幅度地减少了废石的混入，从而减少了矿石的贫化率和加工费用，提高了矿石的质量和回采率。
（3）作业比较简单。露天采矿机采掘物料以后通过尾部的胶带机直接装到卡车内或通过转载机转载到胶带输送机上最终运输到指定地点，采运过程中物料不落地，而且其采矿过程具有连续和随采随破的特点，从而可以实现“穿、爆、采、破”合一，这就大幅度节约了运营成本，提高了经济效益。
（4）适应性较强。适合各种中等硬度矿石的开采，如煤炭、石膏、白云石、石灰石等。可以配合各种运输设备作业，如汽车、胶带运输机等。可以适应各种工作场地，露天采矿机的作业坡度较大，可以在15°的坡面上作业，而同等条件下，轮斗挖掘机的作业坡度只有3°左右。
（5）生产能力大。如在德国莱茵矿区弗里缅斯多夫褐煤露天矿采用的SM3000型露天采矿机，小时效率达1000t。SM3800型露天采矿机在开采中硬煤层时，实测年能力达到了620万m3，超过了一台斗容为25.9m3的单斗挖掘机的年生产能力，而重量仅为97t，相当于单斗挖掘机的1/5。
（6）生产成本较低。露天采矿机切割后的表面平整均一，可实现卡车的平稳行驶和降低轮胎磨损等。
二、露天采矿机的开采方法与工艺
露天采矿机的开采方法主要有以下几种：
（1）水平分层横向开采。露天采矿机垂直矿体走向布置工作线，仅当选采要求不高、矿体较厚时，方可考虑这种方法，否则由于露天采矿机工作线较短，致使露天采矿机转向频繁，而大大降低其生产能力。
（2）水平分层纵向开采。露天采矿机沿矿体走向垂直工作帮推进方向布置工作线，分水平逐层开采，同时将每个分层沿推进方向划分为许多块段，块段宽度即为开采分层的工作平盘宽度。该开采方法适用于露天矿冻结表土和中硬岩石的剥离、选采要求不高的中厚矿层、水平层状复合矿层的选采。
（3）倾斜分层横向开采。露天采矿机沿矿体倾向布置工作线，并以矿体倾角划分开采分层，该法能适应较大纵坡，选采性也好，尤其对倾角小于15°（采矿机极限倾坡）的复合矿层选采最好。
（4）倾斜分层纵向开采。露天采矿机自身以一定得横向倾斜度沿矿体走向开采，一般适宜缓倾斜矿体的选采（一般小于7°）。该开采方法的优点是选采效果好、顶板露矿工程量小。
根据煤层倾角，一般采用如下两种开采方法：
（1）当煤层倾角﹥10%即大于设备作业坡度时，采用水平分层沿走向走行的方式进行选择开采，见图1；
（2）当煤层倾角﹤10%即小于设备作业坡度时，采煤机和卡车可以沿煤层倾向作业，采用倾斜分层沿倾向走行的方式进行选择开采，见图2；
在工作面布置方式上一般采用分层法和分区法：
（1）分层法：适用于汽车运输方式（见图3）。
（2）分区法：适用于胶带运输方式（见图4）。
开采工艺常采用以下两种：
（1）露天采矿机—汽车工艺
该工艺具有很高的灵活性，工作面无需任何平整就能满足汽车行驶的要求，尤其对选采复合薄矿层最为合适。但该工艺的缺点是在于汽车不能连续作业，也不能在6°以上的纵坡上作业。
（2）露天采矿机—胶带运输机工艺
该工艺集穿爆采装作业于一身，又能保证卸料粒度，故能与胶带运输机配合使用，该工艺能充分保证采矿机的连续作业，生产能力显著提高，且能在6°—15°的纵坡上作业，但随着工作面的推进，胶带机移动频繁，为解决这一问题，可在露天采矿机和胶带机之间加设一台转载机，这种转载机为履带行走装置，臂长达40—50m，可大大提高胶带机的效率，为了减少胶带条数，还可用2台采矿机在一组台阶上作业，共用一条胶带机。
三、露天采矿机的选型与生产能力
目前，维特根露天采矿机占全球露天采矿机的70%以上，经过30多年的积累和完善，其设备能力逐渐大型化、成熟化，其产品系列众多。其中最新款的4200SM型露天采矿机，其技术规格为最大理论切削深度为0.65—0.83m；切削宽度为4.2m；满负荷时油耗为284L/h；工作速度为0—20m/min；理论爬坡能力为20%；最大横向倾斜度为8%；整机自重172.4t；理论输料能力为2400m3/h。
露天采矿机的选型主要考虑在保持原有的开采程序和生产系统不变的基础上，引进露天采矿机完成3m以下的煤与矸石的选采，即薄煤层采用采煤机—卡车—坑内转载站—地面胶带半连续工艺系统；矸石采用采矿机—卡车系统；而厚煤层的开采仍保持单斗铲—卡车坑内破碎站—地面胶带半连续工艺系统。此时，采矿机宜采用近于单斗铲端工作面分台阶的作业方式，为了对不同厚度的煤矸进行有效的选择开采，同时考虑冬季物料硬度的成倍增加，采用切割力较大、选采厚度可灵活调整、产量较大的长臂式采矿机。
露天采矿机的生产能力分理论小时生产能力和年生产能力，可按下式计算：
Qht=60BhV Q= QhtTη
式中：Qht——采矿机理论小时生产能力，m3/h；B——采矿机一次采宽，m；
h——采矿机一次采高，m；V——采矿机一次行走速度，m/min；Qht——采矿机理论小时生产能力，m3/h；T——年实际作业小时数，h；η——综合利用系数。
每年由采矿机开采的不同厚度的煤及矸石量、设备数量以及年实际作业小时数的计算应参考生产报表确定，其中采矿机在不同开采厚度时的综合利用效率系数是按机械生产厂家提供的技术咨询资料确定。
四、露天采矿机毛煤损失与矸石混入模型
理论上露天采矿机可选采薄煤和夹矸最小厚度到10ｃｍ，采矿机是通过其切削转子，高度选择性的开采有用矿藏．对于滚筒式的露天采矿机，当采矿机沿着煤矸分界线开采时，切削转子沿此分界线上下浮动，切削转子的实际轨迹是以Ａ的振幅沿煤矸分界线做正弦运动．从而导致原煤损失及混矸．如图5所示。
如图5所示，由于采矿机切削转子在一个循环内切削长度极小，可认为在一个周期内，煤厚均匀。煤岩分界面处一个循环周期内煤损与混矸量值相同，截面积Ｓ为
式中Ａ为采矿机切削转子振幅，ｍ。可见，煤损和混矸都存在于半个周期内，如把煤损量平均到整个周期内，且把损失量换算成平均厚度，设平均厚度为ｈ，（0，π/2内高为ｈ处的ｘ轴坐标为α（图１）.
式中：ｈ为毛煤损失与混矸平均厚度，ｍ；α为厚度为ｈ处ｘ轴坐标。由图１可知，平均厚度方程
应用Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａ软件对式（3）进行计算，并绘制函数曲线，结果如图6所示。
显然，对于滚筒式采矿机，当其沿煤矸层交界面进行开采时，煤损及混矸量只与采矿机切削转子的振幅有关，可见，特定型号的采矿机在开采时煤损量是固定的。
五、露天采矿机选采厚度确定原则与应用
露天采矿机选采厚度应符合以下条件
（1）开采分层厚Ｍ是露天采矿机开采时的一个重要参数，它对露天采矿机的生产效率、毛煤含矸率及回采率有直接影响。其值取决于采矿机的最大采厚Ｍｅ，及煤、矸分层厚度Ｍｆ，即
为发挥采矿机的生产效率，采厚宜接近采矿机的最大采厚。但为了满足沿煤、矸分层界面选采的要求，当煤、矸分层厚小于采矿机的最大采厚时，采厚应取煤、矸的分层厚。
（2）露天采矿机选采性虽好，可以毫米级精度选采，然而，当煤、矸分层厚度很小时，虽采矿机在技术上能分层开采，但由于采厚的减小导致采矿机生产能力的严重下降。选采厚度与生产能力符合如下函数关系
式中：Ｑ为采矿机实际生产能力，ｍ3／ｈ；ｄ为采矿机采厚，ｍ；Ｄ为采矿机额定采深，ｍ；Ｑ额为采矿机额定生产能力，ｍ3／ｈ。
（3）采矿机生产能力的下降导致生产费用的大幅度提高。这样，由于选采效果的提高（毛煤灰分的降低）所带来的经济效益，很可能难于抵偿由于降低了采矿机生产效率而增加的生产费用。因此，采矿机用于选采时存在一经济合理的最小分层采厚。此采厚即为选采厚度。它需满足
式中：Ｃ1为提高了选采效果（煤炭热值提高增加的售价或较少的选煤成本）而增加的经济效益Ｃ2为采矿机生产效率的降低所引起的生产费用的增加。
根据露天矿采矿原理及经济最优化，选采厚度应满足如下原则：
（1）发热量原则：选采后的含矸率所对应的毛煤发热量应满足用户要求；
（2）推进度原则：在满足发热量的前提下，选采层数应尽量少，以简化选采程序，适应现代化露天矿推进强度较大的要求；
（3）经济合理性原则：即Ｃ1－Ｃ2≥０。
露天采矿机应用在近水平复杂煤层露天矿时可选用Krupp公司生产的KSM—2000采煤机与胶带机配合构成连续式开采工艺系统。该系统不仅可实现1m以下煤层的选择开采，使原煤含矸率降低到1%，灰分可减少5%左右，煤质得到提高并可多回收煤炭，而且经济效益显著，采煤机投资可在1年内回收。此为，也可使用CSM3800或4200采矿机，即采用露天采矿机—卡车—溜井—井巷胶带半连续式系统对较为复杂的煤层分煤层进行选择开采，预测该系统可获得显著的经济效益。
结束语
了解了露天采礦机的类型、开采方法、开采程序及生产能力，建立毛煤损失与矸石混入模型，为露天采矿机的选采厚度的确定及优化提供了理论基础和方法。此选采效果与煤层总厚度正相关，与大夹矸总层数及小夹矸总厚度成负相关。确立了选采厚度优化原则，得出了选采厚度、选采层数及选采后含矸率关系：选采厚越小，则选采层数越多，含矸率越低，热值越高。但过小的选采厚会降低采矿机效率，影响露天矿整体推进度。故确定0.25ｍ为经济合理选采厚度。我国有很多夹矸层多，煤层薄的露天矿，如乌兰察布市白乃庙矿区、 赵家村、小白石崖、小丹岱等煤矿均属此类矿床。因此露天采矿机的推广应用有广阔的前景。
参考文献
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