论文从中国大型露天煤矿应用轮斗工艺的实际需要出发,基于黑岱沟露天煤矿、元宝山露天煤矿、扎哈淖尔露天煤矿、伊敏露天煤矿的轮斗工艺生产实践和工艺流程等,应用数据统计分析技术、矿山系统工程原理、计算机三维地质建模技术、系统可靠性分析技术、技术经济学原理等研究手段,在中国露天煤矿资源赋存条件评价、轮斗工艺应用内外部条件、轮斗工艺系统可靠性、轮斗工艺系统若干关键技术问题、复杂地形条件下轮斗工艺适用性及可行性方面进行了研究。论文的主要研究工作和内容如下:(1)中国大型露天煤矿资源条件分析系统调研中国主要露天煤矿的区域分布情况,对中国主要大型露天煤矿的开发现状、未来发展规划进行系统整合归类,基于中国主要露天煤矿的区域分布特征、矿区气候特点、煤层赋存情况、地质复杂程度、矿山规模、矿区平面尺寸、采运排数据、剥采比等资源信息,对中国现有、即将开发、改扩建的主要露天采煤区进行资源条件的评价,为轮斗工艺的适用性研究提供基础信息支撑。(2)轮斗工艺应用内外部条件及评价体系研究以黑岱沟、元宝山、扎哈淖尔露天煤矿为研究对象,调研、收集、分析上述矿山轮斗工艺及其他工艺系统的历史运行数据、经济数据、技术参数数据、故障信息数据,定量研究轮斗工艺在中国露天煤矿应用的发展变化,分析影响轮斗工艺应用的关键性问题。以黑岱沟、元宝山、扎哈淖尔、伊敏露天煤矿轮斗工艺为研究对象,系统分析、研究上述4套轮斗工艺在各自矿山应用的地形条件特征、所在矿区的气候条件特征、表土层物料特征、工艺布置参数、经济效益对比、应用现状评价等,从各项细分研究要素中提炼轮斗工艺应用适用性的共性条件,形成轮斗工艺综合评价体系,结合中国主要露天煤矿的各项数据和特征特点,研究轮斗工艺对于中国露天煤矿资源条件的适用性。(3)基于故障树分析理论的轮斗工艺系统可靠性研究基于系统可靠性理论,轮斗工艺系统属于串联的可修复复杂系统。根据黑岱沟、元宝山、扎哈淖尔露天煤矿轮斗工艺的布置方式,研究总结提出了4种轮斗工艺系统的逻辑结构,通过系统调研、统计国内大型轮斗工艺和紧凑型轮斗工艺的故障类型、故障特点、故障数据等,引入故障树分析原理,构建了符合轮斗工艺系统故障特点的故障树,通过一系列运算对轮斗工艺的故障树进行了定性、定量分析,为寻找轮斗工艺的主要故障模式提供了新的研究方法。(4)轮斗工艺作业若干关键技术问题研究通过对黑岱沟、元宝山、扎哈淖尔露天煤矿轮斗工艺运行的现场调研,基于轮斗工艺运行遇到的实际问题和轮斗工艺与其他工艺配合提升矿山整体综合效率的思路,对轮斗工艺在富水工作面条件下作业的工作面布置进行优化研究,对轮斗工艺之间联合作业提升表土剥离效率的工艺进行优化研究,对轮斗工艺与辅助工艺形成的联合工艺系统进行优化研究。(5)复杂地形条件下轮斗工艺可行性研究基于露天煤矿由于采煤区的过渡,轮斗工艺应用的地质条件发生了剧烈变化,采区内表土层厚度降低、表土层厚度分布不均匀、地表地形起伏变化较大、沟壑多且深的条件特点形成了轮斗工艺在复杂地形条件下运行的现实条件。基于复杂地形矿区的地质数据,构建能够真实反映矿区地质复杂情况的三维地质模型,在模型的基础上,结合轮斗工艺的作业特点和作业条件要求,研究轮斗工艺在矿区内的若干种布置方案,通过系统优化,研究出二机-一线、一机一线的优化轮斗工艺布置方案,根据各自方案的布置特点,对各自方案的生产能力和辅助工艺的辅助工程量进行了系统详尽的计算,基于轮斗工艺和替代工艺单斗-卡车工艺的历史经济数据,详细对比了轮斗工艺与单斗-卡车工艺的经济性,通过系统工程的方法,定性分析了轮斗工艺在复杂地形条件下运行的优劣关系,为轮斗工艺在复杂地形条件下的应用提出系统的研究方法。