某露天煤礦煤生產(chǎn)系統(tǒng)儲(chǔ)煤倉方案優(yōu)化

董志龍，伍紅周

（新疆天池能源有限責(zé)任公司，新疆昌吉 831100）

儲(chǔ)煤場(chǎng)作為露天礦采掘場(chǎng)生產(chǎn)與外運(yùn)之間能力的緩沖，對(duì)露天礦采煤、外運(yùn)工作制度及生產(chǎn)不均衡性進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證各個(gè)系統(tǒng)正常的生產(chǎn)互不影響。由于氣候、坑下設(shè)備檢修及故障等造成露天煤礦減產(chǎn)、停產(chǎn)，利用儲(chǔ)煤場(chǎng)的儲(chǔ)煤保證煤的正常外運(yùn)，或在裝車站設(shè)備檢修、故障時(shí)，利用儲(chǔ)煤場(chǎng)的儲(chǔ)煤容量保證露天煤礦的連續(xù)生產(chǎn)。儲(chǔ)煤場(chǎng)有露天式和封閉式，封閉式存儲(chǔ)符合國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)和生態(tài)文明建設(shè)的要求，倉式儲(chǔ)煤是目前煤炭存儲(chǔ)的主要方式。儲(chǔ)煤倉按結(jié)構(gòu)型式分為3 種，即條形倉、圓筒倉與穹頂倉，其儲(chǔ)存量要根據(jù)露天煤礦的生產(chǎn)能力、外運(yùn)能力、配煤需求、停產(chǎn)大修等綜合因素進(jìn)行核算[1-3]。條形倉、圓筒倉在儲(chǔ)煤量相同的情況下，其費(fèi)用差別不大，一般設(shè)計(jì)單位會(huì)優(yōu)先推薦圓筒倉。儲(chǔ)煤倉結(jié)構(gòu)型式除了受建設(shè)地點(diǎn)的氣候條件、地質(zhì)條件、地區(qū)政策限定外，其安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性也是建設(shè)主要考慮的因素[4-5]。如果有配煤要求的情況下，儲(chǔ)煤倉的數(shù)量還要增加，以保證不同指標(biāo)的煤炭分質(zhì)堆存。因此儲(chǔ)煤倉儲(chǔ)量、數(shù)量及結(jié)構(gòu)型式對(duì)煤炭生產(chǎn)、運(yùn)輸及銷售至關(guān)重要，也是煤生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)重點(diǎn)內(nèi)容。

1 現(xiàn)狀與問題簡(jiǎn)述

某露天煤礦一期工程設(shè)計(jì)規(guī)模10.00 Mt/a，采煤采用單斗-卡車-半移動(dòng)破碎站-帶式輸送機(jī)半連續(xù)生產(chǎn)工藝。該露天煤礦主要可采煤層為B5、B3和B2煤，因煤質(zhì)存在差異，銷售前需要先進(jìn)行配煤。另外為提高資源利用率，部分低熱值煤需要單獨(dú)存儲(chǔ)，摻配銷售。煤生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力10.00 Mt/a 和3 000 t/h，煤生產(chǎn)系統(tǒng)由地面一次破碎站、轉(zhuǎn)載站、帶式輸送機(jī)、二次破碎車間、風(fēng)選車間、儲(chǔ)煤倉及火車裝車站等組成。在原煤加工與產(chǎn)品煤外運(yùn)之間設(shè)置6 座儲(chǔ)煤倉，結(jié)構(gòu)為混凝土筒倉，每座倉容2 萬t，合計(jì)倉容12 萬t。

2017 年露天煤礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)建設(shè)提上日程，整套地面生產(chǎn)系統(tǒng)在采場(chǎng)北側(cè)的燒變巖區(qū)域建設(shè)，建設(shè)前需要對(duì)建設(shè)位置進(jìn)行專項(xiàng)穩(wěn)定性勘察與評(píng)價(jià)，其中篩分破碎車間、轉(zhuǎn)載站、儲(chǔ)煤倉和火車裝車站的建設(shè)位置均為工勘重點(diǎn)，以保證地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與建設(shè)滿足使用要求。

根據(jù)《礦巖土工程詳細(xì)勘察報(bào)告》結(jié)論：工程場(chǎng)地屬火燒區(qū)，多層煤自燃并伴隨著地表移動(dòng)，盡管年代久遠(yuǎn)，自重壓密固結(jié)早已經(jīng)完成，但也使火燒區(qū)存在裂隙帶和較大空洞的可能，工業(yè)場(chǎng)地存在穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)和安全隱患。建議對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)和輔助生產(chǎn)區(qū)影響范圍內(nèi)的火燒區(qū)進(jìn)行專項(xiàng)穩(wěn)定性勘察與評(píng)價(jià)，查明火燒區(qū)裂隙帶和空洞的賦存特征，根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)論有針對(duì)性地采取相應(yīng)措施。

2017 年10 月在儲(chǔ)煤倉的南北各布設(shè)1 個(gè)深100 m 鉆孔，進(jìn)行燒變巖補(bǔ)充勘查，實(shí)際穿孔深度約72 m，火燒深度約43 m。初步確認(rèn)鉆探范圍地下不存在較大空洞，但巖土層空隙較發(fā)育，巖土體分布不均，軟硬層互層現(xiàn)象明顯。燒變巖分層顯著，其中上部承載力均不滿足擬建建筑物500 kPa 的需求。巖土體濕度、密度、強(qiáng)度相差較大，空隙發(fā)育程度不一。鉆孔地下水位為地表下41.8 m，露天礦持續(xù)疏干排水會(huì)引發(fā)地下水變動(dòng)，造成地基不可預(yù)見的沉降，在儲(chǔ)煤倉設(shè)計(jì)時(shí)一定要注意地下水的影響。

由于筒倉為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，單個(gè)容量2 萬t，對(duì)地質(zhì)條件及煤質(zhì)條件要求高，地基處理及基礎(chǔ)沉降是儲(chǔ)煤倉設(shè)計(jì)、建設(shè)要重點(diǎn)研究的；如地基基礎(chǔ)承載力達(dá)不到要求，筒倉在后續(xù)的使用過程中存在因沉降不均導(dǎo)致筒體開裂、甚至傾倒的風(fēng)險(xiǎn)[6-9]。針對(duì)這一情況，產(chǎn)品倉的結(jié)構(gòu)型式需要進(jìn)一步優(yōu)化。

2 煤生產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)品倉方案

2.1 方案1-筒倉方案

筒倉6 座，直徑30 m，倉高約為50 m，單個(gè)倉容2 萬t；筒倉儲(chǔ)量滿足露天煤礦4 d 的末煤最大產(chǎn)量，總儲(chǔ)煤量12 萬t。6 個(gè)倉分為2 列，沿南北方向布置。筒倉為預(yù)應(yīng)力混凝土圓筒倉，圓筒倉通過重力回煤，不需要工程機(jī)械輔助作業(yè)，運(yùn)營成本低。占地面積小，在封閉空間內(nèi)儲(chǔ)煤作業(yè)，環(huán)保效果最好。考慮露天煤礦圓筒倉粘、堵煤等因素和當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件，在圓筒倉直段和倉下漏斗變徑處設(shè)置空氣炮，以減少煤的粘堵。

布設(shè)上倉帶式輸送機(jī)2 條，能力為2 000 t/h 和3 000 t/h。倉上帶式輸送機(jī)2 條，能力分別為3 000 t/h 和2 000 t/h，每條帶式輸送機(jī)上布置有7 臺(tái)犁式卸料器，采用犁式卸料器進(jìn)行卸料、配倉。每個(gè)倉下布置12 臺(tái)1 000 t/h 給煤機(jī)，共72 臺(tái)給煤機(jī)。每套系統(tǒng)倉下布置3 條帶式輸送機(jī)，共6 條2 000 t/h 帶式輸送機(jī)。倉后配煤轉(zhuǎn)運(yùn)站2 座，均可以向火車裝車站和電廠供煤；裝車轉(zhuǎn)運(yùn)站1 座，向火車裝車站轉(zhuǎn)運(yùn)。筒倉方案布置圖如圖1。

圖1 筒倉方案布置圖

2.2 方案2-穹頂倉方案

穹頂倉3 座，“品字形”布置，直徑120 m，煤堆高度約25.79 m，圓形堆場(chǎng)上部用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)封閉，環(huán)保效果最好；圓形堆場(chǎng)不設(shè)擋煤墻，利用返煤地道及取料刮板進(jìn)行返料，單個(gè)圓形堆場(chǎng)儲(chǔ)煤能力為8 萬t，總儲(chǔ)煤能力為24 萬t，滿足露天礦8d 的儲(chǔ)煤能力。

儲(chǔ)煤倉具有配煤功能，不同煤層生產(chǎn)的混煤、B2產(chǎn)品煤、B5產(chǎn)品煤以及B3煤與中灰煤分別儲(chǔ)存在各自的圓形堆場(chǎng)內(nèi)，當(dāng)需要配煤時(shí)通過配煤軟件系統(tǒng)給出配煤方案，由圓形堆場(chǎng)取料刮板及返煤地道布置的給煤機(jī)進(jìn)行取料，控制各品種煤的取料量進(jìn)行配煤，由皮帶上的灰、水檢測(cè)儀反饋成品煤指標(biāo)，根據(jù)其指標(biāo)情況調(diào)整給料量。在產(chǎn)品銷售時(shí)，可根據(jù)用戶對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求進(jìn)行配煤裝車。

產(chǎn)品煤帶式輸送機(jī)2 條，1 條為風(fēng)選末煤帶式輸送機(jī)，能力2 000 t/h；1 條為破碎末煤帶式輸送機(jī)，能力3 000 t/h。2 條產(chǎn)品煤帶式輸送機(jī)在轉(zhuǎn)運(yùn)站通過三叉溜槽向任意上倉帶式輸送機(jī)供煤。上倉帶式輸送機(jī)3 條，能力為3 000 t/h，每個(gè)倉1 條。每個(gè)倉下返煤地道設(shè)有雙排24 個(gè)受煤漏斗，設(shè)置24 臺(tái)1 200 t/h 給煤機(jī)，共72 臺(tái)給煤機(jī)。每個(gè)倉下布置1條帶式輸送機(jī)，共3 條5 000 t/h 帶式輸送機(jī)。每個(gè)倉內(nèi)安裝1 臺(tái)堆取料機(jī)（帶配重），堆料能力（額定）3 000 t/h，取料能力（額定）2 000 t/h。倉后配煤轉(zhuǎn)運(yùn)站1 座，向火車裝車站和電廠供煤。設(shè)裝車轉(zhuǎn)運(yùn)站1座，向火車裝車站轉(zhuǎn)運(yùn)。穹頂倉方案布置圖如圖2。

圖2 穹頂倉方案布置圖

3 方案對(duì)比

3.1 地基處理

儲(chǔ)煤倉建設(shè)區(qū)域?yàn)榛馃齾^(qū)地層，巖土層空隙較發(fā)育，巖土體分布不均，軟硬層互層現(xiàn)象明顯，空隙發(fā)育程度不一。火燒地層透水性好，地下水位為地表下41.8 m，地下水位易受東側(cè)沖溝地表水補(bǔ)給，造成地基不可預(yù)見的沉降。筒倉在燒變巖地層建設(shè)，技術(shù)上存在風(fēng)險(xiǎn)，地基需要特殊處理。筒倉建設(shè)前先進(jìn)行樁基礎(chǔ)施工（深度39 m），單個(gè)倉樁基礎(chǔ)造價(jià)450萬元，合計(jì)2 700 萬元。

穹頂倉質(zhì)量輕，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在地面建設(shè)，占地面積大，對(duì)比比壓小，即使在燒變巖地層建設(shè)，地基也無需特殊處理。穹頂倉內(nèi)安裝1 臺(tái)堆取料機(jī)，堆取料機(jī)中心柱承載大，其下部需要樁基礎(chǔ)（深度39 m），單個(gè)倉樁基礎(chǔ)造價(jià)300 萬元，合計(jì)900 萬元。

3.2 設(shè)備設(shè)施造價(jià)

2 種儲(chǔ)煤倉方案不同，與之配套的設(shè)備也不同，與之前后配套的帶式輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載站也有差異，因此2 個(gè)方案設(shè)施造價(jià)對(duì)比涉及上倉帶式輸送機(jī)、倉上帶式輸送機(jī)、倉下帶式輸送機(jī)及轉(zhuǎn)運(yùn)站等。

方案1 上倉帶式輸送機(jī)2 條（含棧橋），造價(jià)為2 226 萬元；倉上帶式輸送機(jī)6 條（含棧橋），造價(jià)為1 051 萬元；筒倉6 座（含筏板基礎(chǔ)、暗道基礎(chǔ)），造價(jià)16 926 萬元；樁基礎(chǔ)6 組，造價(jià)2 700 萬元；給煤機(jī)72 臺(tái)，造價(jià)為1 148 萬元；倉下帶式輸送機(jī)6 條（含棧橋），造價(jià)為1 355 萬元；轉(zhuǎn)運(yùn)站3 座，造價(jià)為1 121 萬元；方案1 合計(jì)造價(jià)為26 527 萬元。

方案2 上倉帶式輸送機(jī)2 條（含棧橋），造價(jià)為1 900 萬元；倉上帶式輸送機(jī)3 條（含棧橋），造價(jià)為1 200 萬元；穹頂倉3 座，造價(jià)為4 500 萬元；樁基礎(chǔ)3 組，造價(jià)為900 萬元；堆取料機(jī)3 臺(tái)，造價(jià)為4 800萬元；暗道土建施工，造價(jià)為3 600 萬元；給煤機(jī)72臺(tái)，造價(jià)為1 148 萬元；倉下帶式輸送機(jī)3 條，造價(jià)為1 200 萬元；轉(zhuǎn)運(yùn)站2 座，造價(jià)為587 萬元；方案2合計(jì)造價(jià)為19 835 萬元。

經(jīng)過比較，在儲(chǔ)煤配套設(shè)備及設(shè)施造價(jià)上，方案1 造價(jià)為26 527 萬元，方案2 造價(jià)為19 835 萬元，方案2 造價(jià)較方案1 低6 692 萬元。

3.3 能 耗

方案1 的上倉帶式輸送機(jī)提升高度較方案2 高20 m，方案1 帶式輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率2 240 kW，方案2 帶式輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率1 420 kW，方案1 比方案2 高820 kW。方案2 的3 臺(tái)堆取料機(jī)按運(yùn)行頻率估算，相當(dāng)于1 臺(tái)常年運(yùn)行；方案2 比方案1 驅(qū)動(dòng)功率增加約560 kW。綜合對(duì)比，方案1 比方案2 驅(qū)動(dòng)功率高260 kW，按照50%額定電流運(yùn)轉(zhuǎn)，年度電量差額為68.62 萬kW·h，按照電費(fèi)0.45 元/（kW·h），差額30.88 萬元。

3.4 安全可靠

方案1 筒倉占地面積小但質(zhì)量大，儲(chǔ)煤后倉體對(duì)地比壓更大，對(duì)地基基礎(chǔ)承載力要求更高；即使先進(jìn)行樁基礎(chǔ)施工再建設(shè)筒倉，筒倉在后續(xù)的使用過程中還是存在因沉降不均導(dǎo)致筒體開裂的風(fēng)險(xiǎn)。方案2 儲(chǔ)煤量為24 萬t，較方案1 高1 倍，對(duì)生產(chǎn)、配煤銷售更為可靠，更有利于系統(tǒng)大修停產(chǎn)期間煤炭的銷售外運(yùn)。因此，方案2 安全性、可靠性更高。

4 結(jié)語

儲(chǔ)煤倉選型優(yōu)化后，較筒倉方案比較，穹頂倉方案投資節(jié)省6 692 萬元，且能耗相對(duì)低。另外，在燒變巖區(qū)域建設(shè)穹頂倉，安全上更有保障。穹頂倉的儲(chǔ)煤量為24 萬t，較筒倉高1 倍，對(duì)生產(chǎn)、配煤銷售更為可靠。因此該露天煤礦儲(chǔ)煤倉選用方案2，即采用3 座8 萬t 的穹頂倉。此項(xiàng)儲(chǔ)煤倉選型優(yōu)化使得煤生產(chǎn)系統(tǒng)儲(chǔ)煤量更大、造價(jià)更低、可靠性更高，同時(shí)兼具施工周期短、工藝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。