阿帕爾塔克露天煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備選型設(shè)計

韓太明

（中煤科工集團沈陽設(shè)計研究院有限公司，遼寧 沈陽 110015）

生產(chǎn)系統(tǒng)是露天煤礦的重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)，主要由剝離系統(tǒng)和采煤系統(tǒng)組成，生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)備選型對露天煤礦的建設(shè)和運營至關(guān)重要。阿帕爾塔克露天煤礦位于烏茲別克斯坦東部，其剝離和采煤生產(chǎn)系統(tǒng)均設(shè)計采用單斗-卡車＋半移動式破碎機-帶式輸送機半連續(xù)開采工藝。半連續(xù)開采工藝是在連續(xù)開采工藝和間斷開采工藝2 種基本方式基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，單斗-卡車＋半移動式破碎機-帶式輸送機工藝作為半連續(xù)開采工藝的2 種主要形式之一，目前已被國內(nèi)外大型露天煤礦廣泛應(yīng)用，節(jié)能、環(huán)保、高效、經(jīng)濟始終是其設(shè)備選型的基本要求[1]。

1 剝離生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備選型設(shè)計

針對阿帕爾塔克露天煤礦的剝離物，設(shè)計由斗容6.5 m3液壓反鏟采裝，由載重70 t 自卸卡車經(jīng)工作幫移動坑線運至地面剝離破碎站，破碎后物料經(jīng)地面帶式輸送機、出入溝帶式輸送機運至排土場排棄。

剝離系統(tǒng)的年剝離量實方為1 899×104 m3/a，實方密度為2.22 t/m3，松散系數(shù)為1.3，工作制度考慮年工作日數(shù)為330 d，每天有效的工作小時數(shù)為16 h。根據(jù)露天采礦設(shè)計，剝離系統(tǒng)采用4 套半移動式破碎站和1 套帶式輸送機+排土機系統(tǒng)。

計算得出阿帕爾塔克露天礦的剝離年產(chǎn)量為4 216×104t/a，松散密度1.7 t/m3，確定剝離系統(tǒng)生產(chǎn)能力為10 400 t/h，每套破碎站的生產(chǎn)能力為2 600 t/h，帶式輸送機及排土機的生產(chǎn)能力為10 400 t/h。

1.1 剝離系統(tǒng)工藝布置

阿帕爾塔克露天礦在首采區(qū)西出入溝附近地面設(shè)置2 套半移動式破碎機，在首采區(qū)北出入溝口附近地面設(shè)置2 套半移動式破碎機。剝離生產(chǎn)采用單斗挖掘機采掘，由自卸卡車將剝離物分別運至4 座破碎站，將剝離物破碎至400 mm×400 mm×400 mm以下。西出入溝附近的2 座破碎站將剝離物破碎后，通過排料帶式輸送機B-1、B-2、B-3 將剝離物轉(zhuǎn)載至B-4 帶式輸送機；北出入溝附近的2 座破碎站將剝離物破碎后，通過排料帶式輸送機B-4、B-5 運至排土場，轉(zhuǎn)載給布置在排土工作面上的B-6 移動式帶式輸送機，經(jīng)卸料車轉(zhuǎn)載，由排土機排棄[2]。

1.2 剝離系統(tǒng)破碎站

剝離系統(tǒng)破碎站的作用是將單斗挖掘機開采的剝離物破碎至適合帶式輸送機運輸?shù)牧６龋⑼ㄟ^帶式輸送機實現(xiàn)連續(xù)運輸。根據(jù)露天采礦設(shè)計，4 臺1 次破碎站均設(shè)置在地面，隨著開采工作面向前推進作業(yè)的實際情況，破碎站選擇適當?shù)臅r間搬遷移設(shè)到合適的位置。為適應(yīng)破碎站搬遷移設(shè)的要求，確保移設(shè)方便快捷，盡量減少移設(shè)工作量對露天礦生產(chǎn)作業(yè)時間的影響，設(shè)計采用物料堆積形成卸車平臺和簡易受料倉的半移動式破碎機，主要由簡易受料倉、刮板給料機、破碎機、排料帶式輸送機、電氣控制設(shè)備、支撐結(jié)構(gòu)和司機室等組成[3]。破碎站卸車臺位的數(shù)量是根據(jù)自卸卡車的載重量、卸車次數(shù)和時間以及破碎機的破碎能力等因素綜合考慮確定的，使自卸卡車的間斷作業(yè)能滿足破碎機連續(xù)作業(yè)的要求，確保生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備充分地發(fā)揮生產(chǎn)作業(yè)效益。破碎機生產(chǎn)能力設(shè)計為2 600 t/h，破碎站平均每小時卸車37 次。為滿足破碎機連續(xù)作業(yè)要求，每臺破碎機設(shè)3 個卸車臺位。考慮露天礦巖石最大抗壓強度，破碎機設(shè)計采用雙齒輥破碎機，入料粒度設(shè)計為0～1 000 mm×1 000 mm×1 000 mm，排料粒度為0～400 m×400 m×400 m，松散密度為1.7 t/m3，受料倉容積為150 m3。破碎機移設(shè)方式主要有履帶運輸車馱運搬遷和推土機拖牽搬遷2 種。履帶運輸車移設(shè)方式搬遷移設(shè)半移動式破碎機方便快捷，但價格較高。因移設(shè)周期較長，利用率低，對阿帕爾塔克露天礦設(shè)計采用推土機拖牽搬遷半移動式破碎機[4]。

1.3 剝離系統(tǒng)帶式輸送機

剝離系統(tǒng)帶式輸送機設(shè)計考慮盡可能減少驅(qū)動裝置規(guī)格，便于維護及備件的更換，全部采用鋼繩芯輸送帶，盡可能減少各類部件的規(guī)格和型號，力求驅(qū)動單元、托輥組和輸送帶等型號統(tǒng)一，減少備品備件，便于維護和更換[5]。剝離生產(chǎn)系統(tǒng)帶式輸送機采用不同的結(jié)構(gòu)形式，為滿足一次破碎站搬遷移設(shè)需要，B-1、B-2、B-4、B-5 帶式輸送機采用半固定式結(jié)構(gòu)，沿地面敷設(shè)。為滿足排土工藝需要，排土工作面B-6 帶式輸送機采用移動式結(jié)構(gòu)，隨著排土推進方向扇形移動。帶式輸送機配置打滑檢測裝置、拉線保護裝置、防跑偏裝置、料流檢測裝置、縱向撕裂保護裝置、溜槽堵塞檢測器裝置等保護裝置，確保運行安全。帶式輸送機參數(shù)的設(shè)計如下：其中B-1、B-2、B-3 帶式輸送機輸送能力為5 200 t/h，帶寬為1 600 mm，帶速為4.5 m/s；B-4、B-5、B-6 帶式輸送機輸送能力為10 400 t/h，帶寬為1 800 mm，帶速為6.3 m/s。

1.4 剝離系統(tǒng)排土機和卸料車

根據(jù)排土剝離系統(tǒng)的生產(chǎn)能力和排土場的排土參數(shù)，設(shè)計選型排土機和卸料車。排土機設(shè)計采用緊湊型，主要由受料臂、排料臂、上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)和履帶行走裝置組成[6]，生產(chǎn)能力為10 400 t/h，粒度為0～400 mm×400 mm×400 mm，松散密度1.7 t/m3，受料和排料臂長均為55 mm，裝機功率為1 800 kW，設(shè)備數(shù)量考慮1 臺。卸料車在排土場工作面帶式輸送機的軌道上行走作業(yè)，將帶式輸送機的物料轉(zhuǎn)運到排土機受料臂上，滿足排土機的排土作業(yè)要求。卸料車主要由軌道行走裝置、卸料改向滾筒、拉緊裝置以及相應(yīng)的鋼結(jié)構(gòu)等組成，生產(chǎn)能力10 400 t/h，帶速為6.3 m/s，帶寬為1 800 mm，設(shè)備數(shù)量考慮1 臺。

2 采煤生產(chǎn)系統(tǒng)

針對阿帕爾塔克露天煤礦的煤，設(shè)計由斗容6.5 m3的液壓反鏟（主采）配合1.6 m3的液壓反鏟（薄煤層選采）采裝，由載重70 t 自卸卡車經(jīng)工作幫移動坑線運往地面煤破碎站，破碎后的煤經(jīng)帶式輸送機運至儲煤場或快速裝車站外運。

煤生產(chǎn)系統(tǒng)建設(shè)規(guī)模為3.0 Mt/a，煤密度為1.22 t/m3，松散系數(shù)為1.3。工作制度考慮年工作日數(shù)330 d，每天有效工作小時數(shù)16 h。根據(jù)采礦設(shè)計，煤系統(tǒng)采用單套系統(tǒng)布置。基于上述設(shè)計原則，計算得出采煤系統(tǒng)生產(chǎn)能力為800 t/h。

2.1 采煤系統(tǒng)破碎站

一次破碎站的作用除使原煤粒度加工滿足帶式輸送機運輸條件外，也為原煤后續(xù)加工創(chuàng)造條件。為保證自卸卡車在合理的運距范圍內(nèi)作業(yè)運行，降低生產(chǎn)作業(yè)成本，提高經(jīng)濟效益，初期考慮將破碎站設(shè)置在露天礦坑上，隨著開采工作面向前推進作業(yè)的實際情況，破碎站選擇適當?shù)臅r間搬遷移設(shè)到合適的位置。為適應(yīng)破碎站搬遷移設(shè)的要求，確保移設(shè)方便快捷，盡量減少移設(shè)工作量和對露天礦生產(chǎn)作業(yè)時間的影響程度，考慮其移設(shè)周期較長，設(shè)計采用半移動式破碎機。考慮到露天礦年產(chǎn)量為3.0 Mt/a，自卸卡車載重量為70 t，計算卸車次數(shù)和時間，為盡可能的減少工程建設(shè)投資和生產(chǎn)作業(yè)成本，提高經(jīng)濟效益。設(shè)計采用不帶擋墻形式的半移動式破碎機。半移動式破碎機坐落在夯實基礎(chǔ)上，通過現(xiàn)場施工將剝離物沿破碎機受料斗周圍堆積形成1 個卸車平臺，汽車爬升至卸車平臺上將煤卸至破碎機受料斗內(nèi)。半移動式破碎機主要由受料斗、刮板給料機、破碎機、排料帶式輸送機、電氣控制設(shè)備、支撐結(jié)構(gòu)和司機室等組成。露天礦的毛煤由自卸卡車運至堆積而成的卸車平臺，將物料卸入受料斗內(nèi)并通過受料斗下的刮板給料機均勻給入1 次破碎機破碎。破碎后的原煤，通過排料帶式輸送機M-1 和M-2 運往二次破碎車間。卸車臺位的數(shù)量根據(jù)自卸卡車的載重量、卸車次數(shù)和時間，破碎機的破碎能力等因素綜合考慮確定，使自卸卡車的間斷作業(yè)能滿足破碎機連續(xù)作業(yè)的要求，確保生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備充分地發(fā)揮生產(chǎn)作業(yè)效益[7]。通過計算和綜合分析考慮，破碎機設(shè)1 個卸車臺位。考慮露天礦毛煤的最大抗壓強度，設(shè)計采用單齒輥破碎機，額定生產(chǎn)能力為800 t/h，入料粒度為0～1 000 mm×1 000 mm×1 000 mm，排料粒度為0～300 mm×300 mm×300 mm，收料斗容積為105 m3，松散密度為0.94 t/m3，設(shè)備數(shù)量考慮1 臺。

露天礦產(chǎn)品煤為0～50 mm×50 mm×50 mm 粒度的混煤，將0～300 mm×300 mm×300 mm 粒度的原煤進行二次破碎，二次破碎是在二次破碎車間內(nèi)由二次破碎機實現(xiàn)。根據(jù)類似條件的使用經(jīng)驗，設(shè)計選用雙齒輥二次破碎機，生產(chǎn)能力為800 t/h，入料粒度為0～300 mm×300 mm×300 mm，排料粒度為0～50 mm×50 mm×50 mm，電動機功率為2×200 kW，設(shè)備數(shù)量考慮1 臺。

2.2 采煤系統(tǒng)帶式輸送機

考慮到露天礦汽車來煤的不均衡性，設(shè)計儲煤場前系統(tǒng)能力為800 t/h，帶式輸送機輸送能力800 t/h、帶寬為1 000 mm、帶速為3.15 m/s。未匹配裝車系統(tǒng)能力，儲煤場后帶式輸送機輸送能力為5 000 t/h、帶寬為2 000 mm、帶速為4.5 m/s。根據(jù)氣候條件和使用要求，采煤生產(chǎn)系統(tǒng)帶式輸送機采用不同的結(jié)構(gòu)形式。M-1 帶式輸送機遠離工業(yè)場地，運輸距離長，供熱和給排水條件差，受料點位置和安裝位置隨露天礦的開采推進和破碎站的移設(shè)在不同時期有變化，設(shè)計采用半固定式結(jié)構(gòu)，露天安裝。M-2 帶式輸送機采用機頭及中間架固定式，機尾站半固定式結(jié)構(gòu)，固定部分采用封閉式采暖走廊內(nèi)安裝。其余帶式輸送機采用固定式結(jié)構(gòu)，封閉式采暖走廊內(nèi)安裝的形式。M-3 帶式輸送機機頭為機頭站的形式，拉緊裝置設(shè)置在機頭站內(nèi)，采用液壓自動拉緊。其余帶式輸送機拉緊裝置采用重錘拉緊的形式。帶式輸送機配置打滑檢測裝置、拉線保護裝置、防跑偏裝置、料流檢測裝置、縱向撕裂保護裝置、溜槽堵塞檢測器裝置等保護裝置，確保運行安全[8]。

3 結(jié)語

對于阿帕爾塔克露天煤礦來說，采用小型采掘設(shè)備更具有優(yōu)勢。考慮到烏茲別克斯坦當?shù)厝加凸?yīng)十分緊張，生產(chǎn)系統(tǒng)工藝選擇以用電設(shè)備為主，相關(guān)設(shè)備的選型，性能匹配最優(yōu)，投資較少，既能夠滿足露天煤礦的實際生產(chǎn)要求，又可保障露天煤礦設(shè)備的作業(yè)安全。