平朔東露天礦運煤系統(tǒng)優(yōu)化改造

李 江，趙天佑，武 懋

（中煤平朔集團有限公司，山西 朔州 036006）

平朔東露天礦2009 年在南端幫下籌建從地面到煤層端幫巷道的運煤系統(tǒng)，并于2011 年8 月建成，端幫原煤巷道運輸系統(tǒng)由它移式破碎站、端幫巷帶式輸送機、大巷帶式輸送機、驅(qū)動機房固定式破碎站組成[1]。該運輸系統(tǒng)已完成了基建期、一期系統(tǒng)和二期系統(tǒng)約90%工程量，二期工程4＃煤大巷剩余270 m 未掘進（設(shè)計全長2 080 m）；9＃煤大巷剩余50 m 未掘進（設(shè)計全長2 136 m），9＃煤輔運大巷剩余260 m 未掘進（設(shè)計全長2 139 m）。未施工巷道如繼續(xù)掘進存在的主要問題：①未掘巷道前方為北嶺礦井田，繼續(xù)掘進因要預(yù)留保安煤柱，巷道需提前轉(zhuǎn)彎，將造成巷道膠帶2 次轉(zhuǎn)載、設(shè)備數(shù)量增加，運輸安全管理難度增加；②巷道向礦坑內(nèi)部轉(zhuǎn)彎，勢必造成后續(xù)露天礦南端幫內(nèi)縮和采煤作業(yè)線縮短，嚴(yán)重影響露天礦的安全高效生產(chǎn)，對露天礦的生產(chǎn)接續(xù)非常不利；③東露天礦計劃2023 年從首采區(qū)向二采區(qū)轉(zhuǎn)向，若繼續(xù)使用原煤巷道運輸系統(tǒng)，將隨之沿采場邊界布置，到三采區(qū)開采結(jié)束時，巷道長度約21 km，要穿越北嶺礦、紅樓礦、東日升礦、周花板礦、二道梁礦等采空區(qū)，安全風(fēng)險高，系統(tǒng)可靠性差，投資大，運維成本較高。為此需要對東露天端幫原煤運輸系統(tǒng)進行優(yōu)化改造。

1 礦山采區(qū)接續(xù)概況

東露天礦是“十一五”規(guī)劃重點建設(shè)項目，設(shè)計生產(chǎn)能力20.0 Mt/a，服務(wù)年限75 年，2016 年通過驗收轉(zhuǎn)為生產(chǎn)礦井[1]。礦井井田煤層賦存穩(wěn)定，主要可采煤層為4#、9#、11#，煤層總厚度近39 m。開采方式為單斗-卡車倒堆內(nèi)排，采煤采用單斗挖掘機-自移式破碎站半連續(xù)工藝，剝離為單斗挖掘機-自卸卡車工藝。東露天礦首采區(qū)將井田分為2 部分，按照開采的先后順序首采區(qū)北部分為二、三采區(qū)，以地面沖溝作為二采區(qū)和三采區(qū)分界線；首采區(qū)南部為四、五采區(qū)。目前首采區(qū)向西推進，首采區(qū)西邊到界向北轉(zhuǎn)向90°到二采區(qū)，二采區(qū)向北推進到界后向南180°轉(zhuǎn)向進入三采區(qū)，三采區(qū)向南推進到首采區(qū)采空區(qū)結(jié)束。首采區(qū)原煤運輸系統(tǒng)主要為端幫巷道帶式輸送機運輸，現(xiàn)需規(guī)劃首采區(qū)向北轉(zhuǎn)向期間和二、三采區(qū)生產(chǎn)期間的原煤運輸系統(tǒng)。開采接續(xù)規(guī)劃和原煤暗道布置示意圖如圖1。

圖1 開采接續(xù)規(guī)劃和原煤暗道布置示意圖

2 原煤運輸系統(tǒng)改造必要性

隨著采區(qū)推進，如繼續(xù)使用原煤巷道運輸系統(tǒng)服務(wù)東露天礦開采二、三采區(qū)，原煤巷道運輸系統(tǒng)將沿礦田西邊界和北邊界布置，原煤巷道持續(xù)加長。如不對原有運輸系統(tǒng)進行改造，將帶來以下幾個方面的問題。

2.1 系統(tǒng)可靠性差安全風(fēng)險高

東露天礦現(xiàn)有原煤運輸系統(tǒng)繼續(xù)向前延伸，將進入北嶺礦界內(nèi)，端幫原煤運輸巷道延伸后與北嶺礦采煤工作面距離不足20 m，不滿足安全距離要求，存在重大安全隱患。為了避開北嶺礦需沿北嶺礦北部礦界進行2 次拐彎轉(zhuǎn)向，需增設(shè)2 處轉(zhuǎn)載點，造成原煤巷道延伸建設(shè)成本和端幫原煤運輸成本將大幅增加，同時，受北嶺礦采煤塌陷影響，東露天礦原煤巷道的安全管理不確定因素增多，安全風(fēng)險加大，日常維護成本勢必也將大幅增加。如果原煤運輸巷道因安全隱患無法正常運行，將直接影響東露天礦原煤生產(chǎn)。

東露天礦開采北部采區(qū)，進入二采區(qū)后采用井巷運輸需先后穿過紅樓礦、東日升礦、周花板礦、二道梁礦等眾多已關(guān)閉小煤礦。小窯采空區(qū)的影響將嚴(yán)重降低原煤運輸巷道系統(tǒng)的可靠性。2014 年8月，安太堡露天礦端幫原煤運輸系統(tǒng)因采空塌陷區(qū)影響，多次發(fā)生頂板冒頂事故，導(dǎo)致露天礦南幫運輸?shù)缆烦霈F(xiàn)大范圍下沉，給安太堡露天礦安全生產(chǎn)帶來嚴(yán)重影響。造成運煤大巷的掘進被迫停掘，坑下原煤破碎站移設(shè)滯后2 年，剝離運輸成本大幅飆升，每年增加成本超3 億元。

2.2 投資大運行成本高

從北嶺礦的東邊界采至三采區(qū)結(jié)束，增加巷道長度約20.4 km，全程需新購設(shè)備。原煤巷道運輸系統(tǒng)估算總投資約13.63 億元。如果采用地面運輸系統(tǒng)，估算總投資約3.26 億元，巷道運輸系統(tǒng)較地面系統(tǒng)投資高出10.37 億元。

1）增加帶式輸送機運輸成本。東露天原煤巷道帶式輸送機成本為1.15 元/（t·km）；安太堡礦原煤地面帶運輸式輸送機運輸成本為0.63 元/（t·km）。由此可見，原煤巷道運輸成本比原煤地面運輸成本高0.52 元/（t·km）。如果繼續(xù)采用巷道帶式輸送機運輸，東露天礦進入北部二采區(qū)后，原煤巷道將沿二采區(qū)西側(cè)向北延伸。以東露天礦首采區(qū)至二采區(qū)轉(zhuǎn)向完成的位置（紅樓礦北側(cè)）進行測算，原煤巷道帶式輸送機長度為8.1 km，運輸成本為9.07 元/t；地面運輸系統(tǒng)帶式輸送機長度為4.45 km，運輸成本為3.52 元/t。原煤巷道系統(tǒng)比地面帶式輸送機系統(tǒng)的運輸成本高5.55 元/t，按每年2 500 萬t 原煤量計算，每年增加成本13 875 萬元。當(dāng)東露天礦進入三采區(qū)后，整個巷道運輸系統(tǒng)將圍繞二采區(qū)1 圈，巷道運輸成本將進一步增加。預(yù)測到三采區(qū)結(jié)束時，原煤巷道長度為20.4 km，運輸成本為22.5 元/t；地面運輸系統(tǒng)帶式輸送機長度為仍4.5 km，運輸成本為3.5 元/t。原煤巷道系統(tǒng)比地面帶式輸送機系統(tǒng)的運輸成本高19 元/t。

2）增加卡車運輸成本。目前使用的原煤巷道運輸系統(tǒng)，由于破碎站不能實時移設(shè)，導(dǎo)致了每年約7 000 萬m3的剝離量運距增加0.8 km。經(jīng)測算，2021 年約6 750 萬m3的剝離量增加運輸成本，即增加5 400 萬m3·km 的運輸成本。如果原煤運輸系統(tǒng)移設(shè)到地面，將導(dǎo)致每年2 500 萬t（1 600 萬m3）原煤運距增加2 km，即每年增加3 200 萬m3·km 的煤炭運輸成本。減少的剝離物和增加的原煤卡車運輸成本相抵后，每年減少2 200 萬m3·km 運輸成本，根據(jù)東露天礦歷年統(tǒng)計，卡車運輸成本為2.4 元/（m3·km）（不含折舊），即原煤運輸系統(tǒng)移設(shè)到地面后，每年可節(jié)省卡車運營成本5 280 萬元。

綜合以上因素，估算從2021 年至北部二、三采區(qū)資源開采結(jié)束約30 年服務(wù)年限的運輸總費用，巷道運輸系統(tǒng)為193.89 億元，地面運輸為87.36 億元，地面運輸系統(tǒng)總費用比巷道運輸系統(tǒng)低106.53 億元。

2.3 制約東露天礦擴能需要

現(xiàn)有的巷道帶式輸送機運輸系統(tǒng)設(shè)計能力為2 000 萬t/a，按帶式輸送機系統(tǒng)不均衡系數(shù)下限1.2取值，最大輸送能力為2 640 萬t/a。在煤炭價格基本穩(wěn)定的情況下，東露天礦2019、2020 年產(chǎn)量規(guī)模較2018 年分別增加了347 萬t 和471 萬t，相應(yīng)的模擬利潤分別增加了6.6 億元和10.6 億元，充分表明增量的規(guī)模效益明顯。預(yù)計“十五五”期間，北嶺礦、井工一礦將相繼達(dá)到服務(wù)年限，為穩(wěn)定平朔礦區(qū)規(guī)模，建議東露天礦在擴能到2 500 萬t 后，“十五五”期間繼續(xù)擴能至3 000 萬t/a（東露天礦二、三采區(qū)采煤工作線長度2 km，生產(chǎn)條件具備3 000 萬t規(guī)模），現(xiàn)有巷道運輸系統(tǒng)需更換驅(qū)動、輸送帶（張力不足）、以及托輥等，僅機架能夠使用。巷道運輸系統(tǒng)的改造將導(dǎo)致露天礦較長時間停產(chǎn)，成為露天礦今后規(guī)模擴大的限制因素。

2.4 日常監(jiān)管復(fù)雜

根據(jù)東露天礦巷道原煤運煤系統(tǒng)的通風(fēng)需要，如果巷道繼續(xù)向前延伸，至少需要建設(shè)2 處地面回風(fēng)井才能實現(xiàn)分區(qū)通風(fēng)。同時根據(jù)地方安全監(jiān)管要求，需完善“六大系統(tǒng)”并配全配齊相關(guān)的“一通三防”安全管理人員，額外成本增加，日常監(jiān)管局面更加復(fù)雜[2-3]。由于“六大系統(tǒng)”建設(shè)不全，巷道原煤運輸系統(tǒng)因監(jiān)管存在問題，運輸間斷時有發(fā)生，平均每年由于地方監(jiān)管造成系統(tǒng)停運都在70 d 左右，影響運輸能力發(fā)揮。

3 地面原煤運輸布置方案比選

3.1 原煤布置方案

從安全、經(jīng)濟、生產(chǎn)組織難度等方面決定原煤暗道運行系統(tǒng)改造為地面帶式輸送機運輸系統(tǒng)。考慮原煤運輸系統(tǒng)安全性、可靠性、經(jīng)濟性[4]，原煤運輸系統(tǒng)施工建設(shè)期間不影響露天礦的正常生產(chǎn)和適應(yīng)露天礦后續(xù)發(fā)展的需要，提出以下3 個地面帶式輸送機系統(tǒng)布置方案。

1）方案1：地表外包駐地方案。帶式輸送機從一級破碎站引出至1 號轉(zhuǎn)載點，1 號轉(zhuǎn)載點至2 號轉(zhuǎn)載點帶式輸送機從西向東依次布置于露天煤礦首采區(qū)北幫、外包駐地，經(jīng)2 號轉(zhuǎn)載點轉(zhuǎn)載后，與驅(qū)動機房從北方向搭接。

2）方案2：地表內(nèi)排土場方案。帶式輸送機從一級破碎站引出至1 號轉(zhuǎn)載點，1 號轉(zhuǎn)載點至2 號轉(zhuǎn)載點帶式輸送機從西向東布置于露天煤礦首采區(qū)北幫，經(jīng)2 號轉(zhuǎn)載點轉(zhuǎn)載后，帶式輸送機布設(shè)于內(nèi)排土場，與驅(qū)動機房從西北方向搭接。

3）方案3：地表轉(zhuǎn)載運輸方案。帶式輸送機從一級破碎站引出至1 號轉(zhuǎn)載點，1 號轉(zhuǎn)載點至2 號轉(zhuǎn)載點帶式輸送機從西向東布置于露天煤礦首采區(qū)北幫，經(jīng)2 號轉(zhuǎn)載點轉(zhuǎn)載后，帶式輸送機布設(shè)于內(nèi)排土場，經(jīng)3 號轉(zhuǎn)載點與驅(qū)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。

3.2 布置方案比選

方案1 線路布置于外包場地，線路長，架空棧橋多，投資24 068 萬元（未含利息及其他費），運輸成本10.76 元/t，投資大，運輸成本高；方案2 線路在內(nèi)排土場與風(fēng)選場地、電廠儲灰場交叉，技術(shù)不可行，故沒有推薦方案2；方案3 相對方案2，通過增加轉(zhuǎn)載點的方式，避開風(fēng)選場地與儲灰場，線路短，投資20 802 萬元（未含利息及其他費），相對方案1 投資低3 266 萬元，運輸成本10.42 元/t，比方案1 低0.34 元/t。因此推薦方案3 地表轉(zhuǎn)載運輸方案。方案3 地面帶式輸送機運輸系統(tǒng)布置示意圖如圖2。

圖2 方案3 地面帶式輸送機運輸系統(tǒng)布置示意圖

4 原煤運輸系統(tǒng)改造效果

1）東露天礦北部采區(qū)開采規(guī)劃與原煤運輸系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性。東露天礦北部計劃規(guī)劃為2 個采區(qū)，由于受到轉(zhuǎn)向期間排土空間的限制，從首采區(qū)向二采區(qū)過渡時，二采區(qū)的初始工作線長度較短，轉(zhuǎn)向完成時，逐步進行擴幫，最終北部布置為2 個采區(qū)。當(dāng)東露天礦開采北部采區(qū)，進入二采區(qū)后采用井巷運輸需先后穿過紅樓礦、東日升煤礦采空區(qū)；當(dāng)進入三采區(qū)開采時，井巷運輸存在大量的反向運輸，整個巷道運輸系統(tǒng)將圍繞二采區(qū)1 圈，導(dǎo)致運輸距離不合理，同時全程均新購設(shè)備；地表轉(zhuǎn)載運輸方案，線路布設(shè)于地表，二采區(qū)向北推進時，輸送機向北延伸，當(dāng)開采三采區(qū)時，輸送機進行回撤即可，即開采三采區(qū)無需再次進行新購設(shè)備。地表運輸與露天礦開采北部采區(qū)資源規(guī)劃更協(xié)調(diào)。

2）可靠性及使用風(fēng)險分析。既有巷道運輸系統(tǒng)從首采區(qū)過渡至二采區(qū)西幫，需穿過較多采空區(qū)，成本高且存在一定的安全風(fēng)險。地表運輸方案原煤運輸系統(tǒng)線路布置于地表，技術(shù)難點少，且為露天空間，維修難度小。

3）原煤卡車使用數(shù)量比較。使用220 t 級卡車運煤，地表運輸方案使用卡車11 臺，井巷運煤系統(tǒng)使用卡車8 臺。

4）既有原煤運輸系統(tǒng)設(shè)備利用情況。巷道原煤運輸系統(tǒng)既有運輸設(shè)備全部可繼續(xù)使用，后續(xù)新增設(shè)備需新購。地表原煤運輸系統(tǒng)，設(shè)計4#煤、9#煤各1 套運輸系統(tǒng)，除破碎站以外均采用新購設(shè)備。

5）對既有剝離運輸系統(tǒng)的影響。巷道運輸方案為露天礦既有運輸系統(tǒng)的延伸，主要是移設(shè)滯后和影響內(nèi)排空間問題。地表運輸方案對剝離運輸系統(tǒng)的影響主要為運煤卡車與剝離卡車線路交叉問題。轉(zhuǎn)向期間露天礦將出入溝由南側(cè)布置于北側(cè)，此時外包車輛與自營車輛運輸線路產(chǎn)生交叉。但線路交叉問不是因為原煤運輸系統(tǒng)布置于地表產(chǎn)生的，而是因為出入溝位置產(chǎn)生的，因此可以認(rèn)為地表原煤運輸系統(tǒng)對剝離運輸無影響[5]。

6）原煤運輸系統(tǒng)改造工程。井巷運輸系統(tǒng)隨著露天礦的推進進行逐步建設(shè)。地面運輸系統(tǒng)前期建設(shè)完成后，露天礦進入二采區(qū)開采時，隨露天礦推進，逐步建設(shè)[6-8]。當(dāng)前原煤巷道位于二期巷道即將結(jié)束位置，由于規(guī)劃的地表運輸系統(tǒng)尚未建成，因此需要繼續(xù)進行部分三期工程，規(guī)劃三期實施至北嶺礦轉(zhuǎn)載處，此時地表運輸線路建成，井巷運輸系統(tǒng)停止服務(wù)。

5 結(jié)語

1）東露天礦原煤運輸改為地面帶式輸送系統(tǒng)在二、三采區(qū)，服務(wù)期內(nèi)可大大縮短運輸距離，減少了運輸環(huán)節(jié)，不僅運輸帶式輸送機投入少，而且設(shè)備安裝、更換、拆除等不受空間限制，使得運輸更加通暢、設(shè)備維護和安全管理更加便捷。

2）地面帶式輸送運輸系統(tǒng)不影響采剝工作線布置，能兼顧協(xié)調(diào)采運排關(guān)系，礦坑采煤工作面作業(yè)線推進和剝離內(nèi)排運距不受影響，且與坑下卡車運煤銜接總體路徑最短、方式最優(yōu)，地面帶式輸送運輸系統(tǒng)改造一次性投資和運行費用等都低于端幫巷道運煤系統(tǒng)，服務(wù)年限長，投資回報率高。

3）端幫巷道運煤系統(tǒng)改為地面帶式輸送式輸送機棧橋運輸系統(tǒng)安全可靠，技術(shù)可行，經(jīng)濟合理，短期內(nèi)對礦井安全高效生產(chǎn)極為有利，長遠(yuǎn)有利于礦井的可持續(xù)發(fā)展。