自移式破碎機半連續(xù)工藝在平朔東露天礦的應用前景

孫金龍，姬長生，陳樹召

(中國礦業(yè)大學礦業(yè)工程學院，江蘇 徐州 221008)

山西平朔礦區(qū)賦存有豐富的煤炭資源，已成為我國重要的煤炭生產基地，2010年中煤平朔公司的煤炭總產量已達1億t以上。平朔公司現(xiàn)有兩個生產露天礦(安太堡和安家?guī)X)，生產能力均達20.00Mt/a以上，新建東露天礦設計能力也為20.00Mt/a。但20世紀80年代投產的安太堡露天礦至今仍以單斗-卡車工藝開采為主，20世紀末建設的安家?guī)X露天煤礦也以單斗-卡車工藝開采為主[1-2]。自安太堡露天礦建設以來，卡車運輸以其機動靈活、生產能力大、建設速度快等優(yōu)勢得到了普遍認可；但隨著露天礦開采規(guī)模和開采深度的加大，卡車運輸成本高的劣勢凸顯出來。柴油、輪胎消耗高是卡車運輸成本高的主要原因，以安太堡露天礦為例，其近幾年消耗情況見表1。

隨著我國柴油和石油化工產品價格的不斷波動上漲以及露天礦逐漸向深大發(fā)展，柴油、輪胎消耗所產生的高昂費用已經逐漸成為露天礦的運營成本上升的主要因素，研究和應用其他露天礦運輸方式部分替代費用高昂的卡車運輸，是近年來我國露天礦開采工藝發(fā)展的主要趨勢[1-4]。因此，在東露天項目開發(fā)過程中積極探討經濟效益更好的工藝來部分取代單斗-卡車工藝是項目研究的一個重點內容。

表1 安太堡露天礦柴油、輪胎消耗情況

1 自移式破碎機半連續(xù)工藝

自移式破碎機半連續(xù)工藝系統(tǒng)的一般構成為單斗挖掘機—自移式破碎機—帶式輸送機，它對于降低露天礦生產成本，實現(xiàn)資源的高效低碳開發(fā)具有重要意義[5-8]。

相對于單斗-卡車間斷工藝而言，自移式破碎機半連續(xù)工藝具有如下優(yōu)勢：①可以在硬巖開采中應用帶式輸送機運輸，有利于降低生產費用；②可以避免卡車出動率波動和卡車入換對挖掘機的影響，有利于提高挖掘機效率；③帶式輸送機的爬坡能力較強，因此可以采用傾斜分層開采，有利于選采，同時可縮短運距，減少溝道工程量；④帶式輸送機運輸代替卡車運輸，可以在主要能源消耗上實現(xiàn)以電代油，在國內油價持續(xù)上漲的背景下，可以避免燃料價格波動對露天礦生產的影響。

但是，自移式破碎機半連續(xù)工藝也存在如下兩個典型的缺點：一是自移式破碎機價格較高，導致系統(tǒng)投資較高，而且對于巖石剝離而言破碎是無效益的；二是系統(tǒng)靈活性差，工程接續(xù)較復雜，生產組織難度大。

自移式破碎機半連續(xù)工藝的應用歷史已有數(shù)十年，大型自移式破碎機的生產能力已達10000t/h。但我國受露天礦建設和裝備制造水平限制，我國大型自移式破碎機的應用是從“十一五”以來才開始的。截至2010年底，我國真正在現(xiàn)場生產實踐中得到成功應用的大型自移式破碎機(3000t/h以上)只有華能伊敏煤電公司露天礦的一套采煤系統(tǒng)，而且全套設備均引進自德國KRUPP公司[7-9]。由此可見，我國缺乏大型自移式破碎機半連續(xù)工藝的配套設備生產能力和生產組織管理經驗[5,10]。

2 應用研究

2.1 東露天概況

平朔東露天開采境界面積46.52km2(地表)，境界內可采原煤量1651.35Mt，平均剝采比5.24m3/t；首采區(qū)工作線長度1400m，平均剝采比4.91m3/t，均衡期9a。

東露天煤礦開采境界內黃土廣布，植被稀少，水土流失嚴重，切割深度大，大部分沖溝呈“V”字型，溝谷兩側黃土近于直立，為典型的黃土丘陵地貌。開采范圍內地勢北高南低，中部高，兩側低，地表高差變化較大。由于地表黃土賦存不連續(xù)，布置工作面帶式輸送機難度較大，因此不適用自移式破碎機半連續(xù)工藝。

東露天礦存在三個主采煤層，單煤層開采量小于7.0Mm3/a，不能與剝離臺階采用同類型設備；結合東露天礦煤層賦存條件，研究只考慮4煤頂板以上剝離臺階應用自移式破碎機半連續(xù)工藝的可行性。

2.2 設備初選

東露天礦設計生產規(guī)模均達20.00Mt/a，年剝離總量達100.00Mm3，根據(jù)國內外露天礦生產經驗東露天礦開發(fā)應選擇50m3以上的大型單斗挖掘機。結合安太堡和安家?guī)X兩個露天礦的現(xiàn)有主采設備情況，研究建議選用PH4100XP系列單斗挖掘機作為主采設備，其主要參數(shù)見表2。與之相匹配，應選用8000t/h以上的自移式破碎機。

表2 PH4100XP系列單斗挖掘機參數(shù)

2.3 4#煤頂板臺階剝離工藝選擇

東露天礦轉入正常生產后，剝離物全部內排，下部的剝離臺階可以通過兩側端幫或采場中間搭橋實現(xiàn)內排。越下部的剝離臺階內排運距越小，考慮應用半連續(xù)工藝的前提是應有足夠的運距保證增加的破碎費用可以通過節(jié)省的運輸費用來補償。

達產后，4#煤頂板剝離臺階工作線長度約1800m，端幫內排運距長度約1000m，據(jù)此計算兩工藝的生產費用見表3。

表3 4煤頂板剝離臺階生產費用對比

由表3可知，東露天礦4#煤頂板剝離臺階采用兩種開采工藝的生產費用相近，該臺階采用半連續(xù)工藝的效益并不明顯，因此4煤以下各剝離臺階采用單斗-卡車工藝剝離更為合理。對于4#煤頂板以上的其他剝離臺階而言，隨著工作線長度和端幫運距的增大，剝離物的內排運距也隨之增大，采場中間搭橋的可行性降低，半連續(xù)工藝應用的經濟效益會逐漸明顯。綜合考慮生產規(guī)模擴大和工作線延長的可能性，以及燃油價格和人工工資上漲的趨勢，研究建議半連續(xù)工藝服務范圍為4#煤頂板以上剝離臺階至1360m水平(1360m以上水平受沖溝影響嚴重，難以布置工作面帶式輸送機)。

3 效益分析

根據(jù)東露天資源賦存條件和開采進度計劃，預計東露天礦生產剝采比均衡一期4#煤頂板至1360水平的剝離量在50.0Mm3/a以上。據(jù)此確定需布置半連續(xù)工藝系統(tǒng)4套，計算半連續(xù)工藝與單斗-卡車工藝所需主要采運排設備投資及運營費用見表4。

表4 主要設備對比 單位/萬元

由表4分析可知，平朔東露天4#煤頂板以上臺階剝離應用自移式破碎機半連續(xù)工藝是合理的。參考安太堡露天礦生產數(shù)據(jù)，由于采用單斗-卡車工藝剝離的單位油耗高達0.6kg/m3，因此燃油價格的波動將對工藝評價結果產生顯著影響。根據(jù)近幾年國內油價變化趨勢，如果柴油價格上漲10%，則單位剝離費用將上漲約0.5元/m3，評價范圍內生產費用將增加約2500萬元。由此可見，采用半連續(xù)工藝對于規(guī)避成本變動風險也具有積極意義。

4 研究結論

論文研究得出如下結論：

1)隨著油價上漲以及露天礦逐步向深部發(fā)展，在平朔東露天礦研究帶式輸送機替代卡車運輸?shù)目尚行跃哂兄匾饬x；

2)平朔東露天礦設計開發(fā)規(guī)模大，適合采用大型自移式破碎機半連續(xù)工藝；

3)平朔東露天礦4#煤頂板以上巖石剝離臺階采用自移式破碎機半連續(xù)工藝可節(jié)省運營費用2000萬元/a，同時可規(guī)避燃油價格變動帶來的成本風險。

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