準(zhǔn)東地區(qū)西黑山露天煤礦半連續(xù)采煤工藝研究

仲召林 李雙

（中聯(lián)潤世新疆煤業(yè)有限公司 新疆奇臺 831799）

近幾年，露天煤礦開采技術(shù)快速發(fā)展，按照運輸系統(tǒng)連續(xù)性，主要分為間斷、半連續(xù)、連續(xù)3 類［1］。半連續(xù)工藝具備間斷和連續(xù)工藝的優(yōu)勢，在國內(nèi)外露天礦山迅速應(yīng)用與發(fā)展，基于作業(yè)設(shè)備的搭配，也形成了多樣化的半連續(xù)工藝系統(tǒng)，適用于不同地質(zhì)情況的礦區(qū)［2］。

針對中聯(lián)潤世露天煤礦采煤運輸運距逐漸增大、運輸成本逐漸增加的問題，運用關(guān)聯(lián)分析方法，得出運距、油價、破碎站初始位置、產(chǎn)量、人員配置等因素對礦區(qū)經(jīng)濟(jì)效益的影響，半連續(xù)工藝系統(tǒng)最大產(chǎn)能可達(dá)20 000t/h以上，系統(tǒng)運行的規(guī)模效應(yīng)更為顯著［2］。本文以具體煤礦為研究對象，對半連續(xù)工藝及設(shè)備進(jìn)行比選，本項目的研究對露天煤礦采煤工藝決策具有重要參考意義。

1 西黑山露天煤礦概述

新疆準(zhǔn)東地區(qū)西黑山露天煤礦位于奇臺縣城北東70～110km、芨芨湖邊檢站以北5～50km 處的沖積戈壁平原荒漠地帶。礦區(qū)南北最大長度36.42km，東西最大寬度34.91km，面積為849.31km2，礦區(qū)煤炭資源儲量46 885.8Mt［3］。中聯(lián)潤世露天煤礦位于奇臺縣城北東90km處，面積12.88km2，最大開采深度400m，一期工程建設(shè)規(guī)模400萬t/a，剝離采用單斗—卡車間斷工藝，采煤初期采用“單斗—卡車—半固定破碎站—帶式輸送機(jī)半連續(xù)”工藝。

首采區(qū)采場東西長1920m，南北寬920m，最大深度103m，排土最小跟蹤距離50m。至2020年末，首采區(qū)采場地表到界，東工作幫深部未到界。形成采剝臺階14個，其中，采煤臺階3個，剝離臺階11個；+650m～+703m之間臺階全部到界，東幫臺階高10m，南北端幫并段臺階高20m，西幫內(nèi)排臺階高20m，采剝工作平盤寬度44m，排土工作平盤寬度50m；東幫邊坡角10°，南北幫邊坡角33°，內(nèi)排土工作幫坡角14°。煤層?xùn)|偏南傾的單斜形態(tài)產(chǎn)出，煤層南北走向，傾角3°～7°。可采煤層3層，從下至上編號為B2、B3、B4。

2 工藝比選的原則

（1）遵循市場經(jīng)濟(jì)原則，力求投資少、成本低、效益好。

（2）貫徹可持續(xù)發(fā)展的原則，所選擇的開采工藝具有可靠性、適應(yīng)性和先進(jìn)性，能實現(xiàn)高產(chǎn)、高效需求，以贏得最佳的經(jīng)濟(jì)效益［4］。

（3）結(jié)合本礦的開采技術(shù)條件，進(jìn)行工藝選擇，推薦的工藝具有較強的適應(yīng)性和靈活性。

（4）生產(chǎn)工藝比選過程中，因各工藝差異較大，為簡化比選的復(fù)雜性，更加清晰明了地得出比選結(jié)論，不同工藝中的相同要素（如爆破、灑水、排土及礦山管理等）不參與重復(fù)計算，但因工藝變化引起的連帶變化環(huán)節(jié)（如剝離物運距變化、剝離卡車數(shù)量變化等）均需進(jìn)行重新分析和計算。

3 工藝比選計算依據(jù)

由于運煤系統(tǒng)的變化直接影響到剝離卡車運輸?shù)牡缆废到y(tǒng)，因此，本次設(shè)計需對全礦的煤和剝離運輸系統(tǒng)進(jìn)行整體計算。所有系統(tǒng)均以設(shè)備能力充分發(fā)揮為前提，設(shè)備數(shù)量計算結(jié)果取整數(shù)臺，以保證數(shù)據(jù)的真實性。在經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較時，因設(shè)備能力和工作時間差異，本次全部折算成單位小時的費用進(jìn)行計算，再對投資和成本進(jìn)行比較，以保證比選結(jié)果的真實性和可靠性。

設(shè)備成本計算中，選取的材料費、折舊費、修理費等費率及相關(guān)參數(shù)取自《煤炭建設(shè)項目經(jīng)濟(jì)評價方法與參數(shù)》［5］；挖掘機(jī)、卡車等耗油的油價取6.39 元/kg；電價按0.37元/kW·h；油脂、潤滑油等消耗計入材料消耗成本中；考慮當(dāng)前社會發(fā)展水平，挖掘機(jī)司機(jī)平均工資取1.3萬元/月，卡車司機(jī)及其他人員平均工資取0.8萬元/月。小時電費按“設(shè)備功率×負(fù)荷率×電價”得到，小時油費按“設(shè)備馬力數(shù)×不同設(shè)備的單位馬力小時耗油指標(biāo)×負(fù)荷率×油價”得到。相同種類的設(shè)備負(fù)荷率取相同值，本次比選中采掘及運輸設(shè)備的負(fù)荷率均取75%，其他輔助設(shè)備取60%。

4 采煤工藝方案

4.1 方案一：單斗—卡車工藝方案

4.1.1 工藝系統(tǒng)

采掘工作幫在推進(jìn)的過程中，工作幫向南到界靠幫時的運煤綜合運距為2.31km；南側(cè)工作幫剝離，經(jīng)西幫的端幫運輸平盤向北運往內(nèi)排土場各水平排棄，內(nèi)排綜合運距1.5km。工作幫轉(zhuǎn)為東側(cè)時，卡車運煤綜合運距為2.51km，東側(cè)工作幫的剝離物全部通過南端幫運輸平盤運往內(nèi)排土場排棄（南部的到界采坑優(yōu)先排放）。南部采坑回填以后，排土工作幫完全轉(zhuǎn)向以后，卡車運煤綜合運距為3.06km，剝離物內(nèi)排綜合運距2.35km。

4.1.2 設(shè)備及人員配置

轉(zhuǎn)向完成時，露天礦生產(chǎn)剝采比為3.62m3/t，4.00Mt/a 生產(chǎn)規(guī)模對應(yīng)的年剝離量為14.48Mm3，全年采剝總量為17.44Mm3，需配備斗容4m3的采煤挖掘機(jī)3臺、斗容8m3的剝離挖掘機(jī)7臺。再結(jié)合前述煤巖運距條件及礦上實際卡車規(guī)格，經(jīng)計算，本礦運煤卡車數(shù)量為10臺，剝離卡車數(shù)量為31臺。考慮露天礦生產(chǎn)中職工輪休因素，按四班三運轉(zhuǎn)的方式配備人員，經(jīng)計算，該方案采裝及運輸環(huán)節(jié)需編制208人。

4.1.3 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計算

項目轉(zhuǎn)向時期生產(chǎn)剝采比3.62m3/t，煤巖采剝總量為17.44Mm3/a，依據(jù)前述計算的設(shè)備及人員，經(jīng)查詢相關(guān)設(shè)備功率及市場價格，結(jié)合相關(guān)取費標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)計算，單斗卡車方案的投資32 494.89萬元［6-7］。

4.2 方案二：坑內(nèi)半固定破碎站方案

4.2.1 工藝系統(tǒng)

該方案剝離全部采用單斗—卡車間斷工藝，采煤因方案一的卡車運煤綜合運距為3.06km，為尋求更優(yōu)的運輸方案，在采場坑底設(shè)置破碎站1座，原煤經(jīng)破碎后，由帶式輸送機(jī)運至地面生產(chǎn)系統(tǒng)預(yù)設(shè)位置，因此，該方案采煤工藝為“單斗—卡車+半固定破碎站半連續(xù)”工藝。因南部幫坡角遠(yuǎn)大于帶式輸送機(jī)運輸?shù)淖畲髢A角，帶式輸送機(jī)系統(tǒng)只能沿南幫偽斜方式布置。受入坑帶式輸送機(jī)系統(tǒng)影響，南部端幫運輸?shù)膬?nèi)排道路系統(tǒng)被阻斷，為保證剝離物南部內(nèi)排運輸系統(tǒng)通暢，本方案采用入坑帶式輸送機(jī)系統(tǒng)架空的形式，留出剝離卡車運輸通路。系統(tǒng)布設(shè)完成后，卡車運煤綜合運距由原單斗—卡車方案的3.06km 降為0.6km，剝離物內(nèi)排綜合運距由2.35km 增至2.50km，地面增加2 條帶式輸送機(jī)。

4.2.2 設(shè)備及人員配置

該方案前部采裝和后續(xù)排土設(shè)備與單斗卡車方案相同，運輸環(huán)節(jié)中，載重45t運煤卡車由方案一的10臺減為6 臺，載重91t 剝離卡車由方案一的31 臺增至32臺。地面增設(shè)2條帶式輸送機(jī)，總長度L=1500m，帶寬B=1000mm，帶速v=3.5m/s，帶強ST=1000，能力Q=1000t/h，驅(qū)動電機(jī)總功率P=219kW。南幫增設(shè)提升帶式輸送機(jī)L=594m，最大架空高度Hmax=26m，帶寬B=1000mm，帶速v=3.15m/s，帶強ST=1600，能力Q=1000t/h，驅(qū)動電機(jī)總功率P=560kW。坑內(nèi)增設(shè)半固定破碎站1套，能力Q=1000t/h，驅(qū)動電機(jī)功率P=550kW。

因系統(tǒng)變化，本方案單斗—卡車環(huán)節(jié)減少16 人，帶式輸送機(jī)巡檢增加4 人，破碎站值守增加4 人，總?cè)藛T編制為200人。

4.2.3 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計算

依據(jù)上述設(shè)備及人員，經(jīng)查詢相關(guān)設(shè)備參數(shù)及市場價格，結(jié)合相關(guān)取費標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)計算，坑內(nèi)半固定破碎站方案的投資為35 683.10萬元。

4.3 方案三：地面半固定破碎站方案

4.3.1 工藝系統(tǒng)

方案一的卡車運煤綜合運距為3.06km，運距較遠(yuǎn)；方案二的坑內(nèi)破碎站方案對南幫剝離運輸系統(tǒng)影響較大，同時，受坑內(nèi)破碎站影響，內(nèi)排推進(jìn)受到較大制約，另外，方案二的南幫提升帶式輸送機(jī)由于移設(shè)不便，內(nèi)排需在南幫西側(cè)留溝，也對內(nèi)排的推進(jìn)產(chǎn)生了較大影響。為解決以上問題，本方案帶式輸送機(jī)系統(tǒng)沿南幫地面布置，破碎站設(shè)置在工作幫地表的南部。

經(jīng)分析，運煤卡車綜合運距由單斗—卡車方案的3.06km 降為1.9km，本方案內(nèi)排土場無需留設(shè)運煤出入溝，剝離物內(nèi)排綜合運距由2.35km降為2.10km。南幫地面增加2 條帶式輸送機(jī)，長度分別為1000m 和1800m。東南側(cè)設(shè)半固定破碎站1座，破碎站隨工作幫的向東推進(jìn)而定期移設(shè)。

原煤由卡車經(jīng)東部工作幫移動坑線運至地面半固定破碎站，破碎后的煤由地面帶式輸送機(jī)運至生產(chǎn)系統(tǒng)預(yù)設(shè)位置。所有剝離物均通過南幫各運輸平盤運往內(nèi)排土場各水平排棄。

4.3.2 設(shè)備及人員配置

該方案前端采裝生產(chǎn)環(huán)節(jié)及后續(xù)排土環(huán)節(jié)與方案一相同。運輸環(huán)節(jié)中，載重45t 運煤卡車由方案一的10 臺減為8 臺，載重91t 剝離卡車由方案一的31 臺減為30 臺。地面2 條帶式輸送機(jī)總長度L=2800m，帶寬B=1000mm，帶速v=3.5m/s，帶強ST=1600，能力Q=1000t/h，驅(qū)動電機(jī)總功率P=416kW。地表設(shè)置半固定破碎站1套，能力Q=1000t/h，驅(qū)動電機(jī)功率P=550kW。

本方案單斗—卡車環(huán)節(jié)比方案一減少16人，帶式輸送機(jī)巡檢增加4 人，破碎站值守增加4 人，總?cè)藛T編制與方案二相同，為200人。

4.3.3 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計算

依據(jù)上述設(shè)備及人員，經(jīng)查詢相關(guān)設(shè)備參數(shù)及市場價格，結(jié)合相關(guān)取費標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)計算，地面半固定破碎站方案的投資為34 916.44萬元［8-9］。

5 工藝方案比選

在露天礦生產(chǎn)規(guī)模4.00Mt/a、生產(chǎn)剝采比3.62m3/t的條件下，設(shè)計分別對全單斗—卡車工藝方案、坑內(nèi)半固定破碎站方案、地面半固定破碎站方案進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)靜態(tài)分析和計算，在穿爆、灑水、排土及其他相同輔助環(huán)節(jié)不參與重復(fù)計算的條件下，各方案就采運環(huán)節(jié)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行了計算，各方案投資及成本計算結(jié)果對比見表1。

表1 各方案經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比表

比較結(jié)果顯示，在本礦比選的3個方案中，方案一采用單斗—卡車工藝，采剝運環(huán)節(jié)投資為32 494.89萬元，年生產(chǎn)成本為13 181.18 萬元；方案二采用單斗—卡車+坑內(nèi)半固定破碎站方案，投資為35 683.10萬元，年生產(chǎn)成本為13 559.24 萬元。可見方案二比方案一不僅投資高出3188.21萬元，年生產(chǎn)成本還增加378.06萬元，方案二明顯不占優(yōu)勢，不予推薦方案二。

方案三采用單斗—卡車+地面半固定破碎站方案，投資為34 916.44 萬元，年生產(chǎn)成本為13 294.80 萬元，方案三比方案一投資高了2421.55萬元，年生產(chǎn)成本高113.62 萬元，從經(jīng)濟(jì)方面不占優(yōu)勢，不予推薦方案三［10］。

6 結(jié)語

半連續(xù)工藝兼具連續(xù)工藝和間斷工藝的優(yōu)勢，可以在中、硬礦巖開采中應(yīng)用帶式輸送機(jī)運輸，有利于減少露天礦生產(chǎn)中的運輸卡車數(shù)量，為礦山規(guī)避燃油價格變動帶來的成本風(fēng)險有積極作用，對于建設(shè)大型高效低碳露天煤礦和提高資源開發(fā)效益具有重要意義。本項目通過3 個采煤工藝方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選，推薦當(dāng)前采用單斗—卡車開采工藝。