平朔公司東露天煤礦原煤運輸系統優化實踐

李 濤

(中煤西安設計工程有限責任公司，陜西 西安 710054)

0 引言

東露天煤礦設計規模20.0 Mt/a，目前已達到設計生產能力，進入二采區后計劃核定生產能力為25.8 Mt/a。東露天煤礦運煤采用單斗—卡車—一級它移式破碎站—端幫巷道帶式輸送機—運煤大巷帶式輸送機—二級固定破碎站—選煤廠半連續工藝。它移式破碎站分別布置于露天煤礦南幫4號煤和9號煤層底板，由運煤自卸卡車自采煤工作面運往布置在端幫的它移式破碎站破碎[1-3]。

國內露天煤礦原煤運輸系統通常采用單斗—卡車—帶式輸送機半連續工藝，帶式輸送機往往布置于端幫地表或主采煤層頂板[4-6]。國內平朔公司安太堡露天煤礦、安家嶺露天煤礦、國家能源集團黑岱溝露天煤礦、哈爾烏素露天煤礦、伊敏露天煤礦、小龍潭集團布沼壩露天煤礦等礦山均采用帶式輸送機布設于地表的方式[7-9]。國外礦山費爾圖納煤礦、澤耶澤煤礦、什普列耶塔利煤礦，均采用與國內礦山相似輸煤工藝[10-12]。東露天煤礦向北轉向進入二采區以后，現有的原煤運輸巷道能否繼續可靠地提供原煤運輸服務以及是否經濟合理存在不確定性，需要對東露天煤礦二采區原煤運輸系統的布置進行多方案研究比選，確定技術可行、經濟合理的方案。

1 研究背景

1.1 原運輸系統存在的問題

原二采區運輸系統：中煤西安設計工程有限責任公司2013年1月編制的《平朔煤炭工業公司東露天煤礦初步設計》(后簡稱《初步設計》)，東露天煤礦全礦田的原煤運輸系統方式，如圖1所示。可見，二采區的原煤運輸系統采用巷道運輸，巷道需穿過首采區的內排土場，進入二采區端幫。

圖1 東露天煤礦全礦田的原煤運輸系統方式(2013年1月《平朔煤炭工業公司東露天煤礦初步設計》)

原設計中存在的問題：東露天煤礦首采區自東向西推進，至西部邊界后，進行90°向北轉向，進入二采區開采。既有原煤運輸系統布置于首采區南端幫下部，進入二采區開采時，若繼續采用巷道運輸，除解決現存問題外，還需解決原煤巷道如何從首采區過渡到二采區的問題。《初步設計》對原煤運輸系統如何過渡至二采區未進行詳細設計，因此需對二采區原煤運輸系統進行專項研究，同時綜合考慮巷道運輸系統存在的管理及內排空間影響問題。

1.2 項目實施的時間要求

東露天煤礦目前在用的原煤運輸系統繼續向西延伸約1.5 km即要進入北嶺煤礦影響區域。存在采空區、地表進入北嶺煤礦等一系列問題。同時，若二采區原煤運輸系統不繼續采用巷道運輸方案，原煤運輸系統一直向西延伸至開采西部境界，運煤巷道延伸會存在投資浪費的問題。若僅繼續向西延伸1.5 km，目前的原煤運輸系統能夠利用既有設備進行延伸，延伸投資較小，但要求必須在3 a內完成新的二采區原煤運輸系統的建設。

2 線路布置方案

2.1 線路布置方案原則

背景分析：平朔公司具有3座大型露天煤礦(安太堡、安家嶺、東露天)，2座大型井工煤礦(一號井、三號井)，2座小型井工煤礦(北嶺、小回溝)。3座大型露天煤礦中，安太堡煤礦處于蘆子溝背斜影響區，且資源面臨枯竭；安家嶺煤礦處于蘆子溝背斜影響區，剝離運距大，煤質含硫量高，經濟效益一般；東露天煤礦當前處于盈利狀態，但是面臨轉向。2座大型井工煤礦中一號井工煤礦面臨資源枯竭，與潘家窯井工煤礦資源尚待整合；三號井工煤礦煤層風氧化嚴重，處于盈虧平衡狀態。2座小型井工煤礦，北嶺煤業批復0.90 Mt/a，處于虧損狀態；小回溝井工煤礦尚未達產。可見，平朔集團整體面臨形勢嚴峻，東露天煤礦對平朔集團的生產效益影響巨大。

布置原則：基于東露天煤礦面臨的生產形勢，其原煤運輸系統的安全性、可靠性處于首要位置，其次是經濟性[13-14]。此外，系統布置應保證原煤運輸系統施工建設期間不影響露天煤礦的正常生產，而且能適應露天煤礦后續發展的需要。

2.2 巷道運輸方案

東露天煤礦二采區原煤運輸系統布置方案共分2大類，巷道運輸方案與地表運輸方案。其中，2個巷道運輸方案，3個地表運輸方案。

巷道運輸方案布置：東露天煤礦《初步設計》推薦的二采區原煤運輸系統布置方案為巷道運輸，為本文的方案一，即二采區東幫巷道運輸方案，涉及4/9煤主運巷、輔運巷如何從露天煤礦首采區內排土場過渡至二采區東幫，由于波紋管涵埋設于內排土場中，且為長距離埋設，后期存在不均勻沉降，導致維護困難的技術問題。因此，提出方案二，為二采區西幫巷道運輸方案。巷道運輸方案布置示意，如圖2所示。

圖2 東露天煤礦二采區巷道運輸方案

巷道運輸方案對比：巷道運輸方案主要從安全性、運輸成本、后期運輸系統影響3個方面分析。①安全性。方案一采用波紋管，使得運煤系統從首采區過渡至二采區，采用大管徑波紋管(D=6.0 m)，大埋深(4號煤120 m，9號煤150 m)，在國內尚無工程案例，需進行單項研究、設計，后期使用存在一定維護難度。方案二運輸巷道布置于二采區西幫，需穿過老采空區(紅樓煤礦1989年關閉)，后期需穿過東日升煤礦采空區，存在一定施工難度，存在生產風險；②運行成本。巷道運輸方案一相對方案二，不受采空區影響，同時，后期運行過程中運距節省約3.5 km，帶式輸送機運行成本約0.9元/t·km，露天煤礦原煤產量25.8 Mt/a，方案二較方案一年運行成本多8 127萬元；③后期運輸系統影響。方案一對后期運煤系統影響較小，二采區開采完成后，進入三采區，原煤運輸系統后撤，無需新建原煤運輸系統。方案二后期運煤系統需進入東日升煤業(礦井)，同時露天煤礦由二采區進入三采區時，仍需建設運煤系統。

分析結果：綜上所述，在安全性上，方案一較方案二優，需技術突破，方案二需先后進入紅樓煤礦、東日升煤礦采空區；在運行成本上，方案一帶式輸送機運距較方案二低3.5 km，運煤成本較方案二低8 127萬元/a；在對后期運輸系統影響上，方案一無影響，方案二需新建運煤系統；因此巷道運輸方案，方案一較方案二優。

2.3 地表運輸方案

地表運輸方案布置：東露天煤礦使用端幫巷道運輸系統前文已經分析了使用過程中的一些問題，因此，提出了原煤運輸系統布置地表方案。地表運輸方案對比了3個方案，分別為方案三、四、五。其中，方案三為地表外包駐地方案，方案四為地表內排土場方案，方案五為地表轉載方案。各方案布置圖，如圖3所示。

圖3 二采區地表運輸方案

地表運輸方案對比：①對比因素定性分析。地表建(構)筑物、驅動機房改造、征地、線路及棧橋長度、其他因素等對比分析，各因素對比結果見表1。方案三相對方案四、五核心優勢為機道可進行沖洗；主要劣勢為征地、線路/棧橋長，驅動機房改造較大；方案四相對方案三、五核心優勢線路長度短，棧橋長度適當；主要劣勢為地表建(構)筑物，驅動機房控制室改造較大，內排土場機道需人工清掃；方案五相對方案三、四核心優勢為對驅動機房改造最小，無地表建(構)筑物影響、無征地，線路長度居中；主要劣勢為內排土場機道需人工清掃；②技術經濟對比。估算投資方面主要對比驅動機房改造、征地、線路及棧橋、轉載點等投資估算，各方案部分投資對比見表1。驅動機房改造，方案四最高，方案五最低；征地費用，方案三較方案四、五多884萬元；線路及棧橋，方案四最低，方案三最高；轉載點，方案五較方案三、四多一個轉載點，420萬元。可見，在不含風選場地搬遷的情況下，方案四最優，方案五次之，方案三低了4 306萬元，較方案五低898萬元。但由于風選場地的原因，方案五較方案三更易實施；③運輸成本對比。方案三線路長度最長，為4.84 km，方案四線路長度最短，為4.08 km；方案五線路長度居中，為4.44 km。

表1 各方案部分投資估算對比

方案三、四成本相當，0.90元/(t·km)；方案五噸公里成本略高，約0.92元/(t·km)；輸送機噸煤運輸成本依次為4.36元/t、3.68元/t、4.08元/t。

分析結果：方案三優點是布置于露天煤礦影響外部，機道可進行沖洗，但是其技術經濟效果最差，因此不做推薦方案。方案四技術經濟最優，投資低、運營成本低，但是受到地面建(構)筑物影響、驅動機房改造周期較長(9號煤驅動機房控制室重建)，因此不做推薦方案。方案五技術經濟居中，投資、運營成本居中，但是無地面建(構)筑物影響、無征地、驅動機房改造容易，內排土場機道人工清掃。

3 方案確定

3.1 巷道與地表運輸方案對比

巷道運輸方案推薦的是方案一，即二采區東幫巷道運輸方案；地表運輸方案推薦的是方案五，即地表轉載方案。對比主要從可靠性及使用風險分析、原煤卡車使用數量、既有設計系統利用、對剝離運輸系統影響、運輸成本等因素、估算投資6個方面展開[15]。綜合對比分析見表2，值得注意的是鋼橋未計入方案五估算投資。由表2可知，巷道運輸方案(方案一)除可靠性及使用風險存在疑問以外，其余指標較地表運輸方案(方案五)更優。但考慮到平朔公司目前面臨的生產困境，可靠性排在首位，因此選擇推薦方案五。其雖較方案一投資高0.2億元，使用成本高2.2元/t，但是使用過程中風險低，系統可靠性高。

表2 巷道與地表運輸方案綜合對比表

3.2 具體優化方案

總體方案：通過定性、定量的技術經濟比選，推薦采用方案五，即地表轉載運輸方案。帶式輸送機從一級破碎站引出后，經帶式輸送機至1號轉載點，1號轉載點至2號轉載點帶式輸送機從西向東布置于露天煤礦首采區北幫，經2號轉載點轉載后，帶式輸送機布設于內排土場，經3號轉載點與驅動機房搭接，搭接方向與露天煤礦一期原煤運輸帶式輸送機相同。

方案參數：4號煤輸送系統帶式輸送機為新增設備，帶寬1 600 mm，V=4.3 m/s。9號煤輸送系統利用原有剝離系統帶式輸送機，帶寬1 800 mm，V=5.6 m/s。一級破碎站至一號轉載點，4號煤線路長度110 m，9號煤線路長度115 m；一號轉載點至二號轉載點，4號煤線路長度2 147 m，9號煤線路長度2 149 m；二號轉載點至三號轉載點，4號煤線路長度1 744 m，9號煤線路長度1 697 m；三號轉載點至驅動機房，4號煤線路長度457 m，9號煤線路長度463 m；4號煤線路總長度4 458 m，9號煤線路總長度4 424 m。線路中設置架空棧橋3座，一號棧橋為跨路棧橋，長度160 m，路面凈寬32 m，跨路凈高12 m；二號棧橋位于內排土場，棧橋兩側使用堆料，不設置支腿，用于排灰車輛通過，棧橋長度120 m；三號棧橋兼具夸矸石倉運輸帶與驅動機房搭接，4號煤架空棧橋長度約210 m，9號煤架空棧橋長度約190 m。

4 結論

通過多因素的分析，全面對比分析了5個方案的技術、經濟層面的優、缺點，在保證原煤運輸系統的安全性、可靠性的基礎上，確定技術可行、經濟合理的地表運輸方案。該運輸系統對驅動機房改造最小，無地表建(構)筑物影響、無征地，線路長度適中；在施工建設期間對露天煤礦的正常生產較小，較易實施，而且能適應露天煤礦后續發展的需要。該方案的確定不僅能為東露天煤礦二采區原煤運輸系統的實施提供實際指導，還可以為類似條件的礦井在設計時提供思路上的借鑒。