王鳳義

(神華哈爾烏素煤炭分公司, 內蒙古鄂爾多斯市 010300)

哈爾烏素露天煤礦吊斗鏟倒堆工藝作業(yè)方式選擇

王鳳義

(神華哈爾烏素煤炭分公司, 內蒙古鄂爾多斯市 010300)

吊斗鏟倒堆工藝為無運輸?shù)苟?可降低開采成本。該工藝在國內尚未推廣使用,因此國內沒有太多成熟的經(jīng)驗可以參考。對吊斗鏟在哈爾烏素露天煤礦使用時采取的作業(yè)方式進行了討論,并確定出較為合理的作業(yè)方式。

開采工藝;吊斗鏟;倒堆;擴展平臺;露天煤礦

哈爾烏素露天煤礦地處準格爾煤田,可采原煤儲量17.3億t,設計年產(chǎn)量2000萬t。初步設計確定的開采工藝為單斗-卡車和吊斗鏟倒堆綜合工藝,并計劃于達產(chǎn)后第4年投入吊斗鏟設備。

1 吊斗鏟倒堆工藝適用條件及其優(yōu)點

吊斗鏟倒堆工藝是一種合并式工藝,其特點是用吊斗鏟將剝離物從工作面挖出,并直接排入排土場。由于沒有運輸環(huán)節(jié),故與其他開采工藝相比,具有剝離成本低、勞動效率高等顯著優(yōu)點。美國P&H和B-E公司已生產(chǎn)多臺不同型號的吊斗鏟用于露天煤礦上部剝離。吊斗鏟倒堆工藝一般適用于煤層覆蓋物薄,傾角小于8°～10°的水平或近水平礦床。

哈爾烏素露天礦的煤巖傾角一般小于5°,巖性屬中硬巖石,煤層厚度在23～28m,覆蓋層厚度95～178m。雖然礦體覆蓋物較厚,但倒堆工藝用于6#煤層頂板以上一定厚度的巖層的倒堆剝離還是可行的,也是比較經(jīng)濟的。故哈爾烏素露天煤礦6#煤頂板以上45m的巖層采用吊斗鏟倒堆工藝。該礦初步設計確定使用1臺吊斗鏟倒堆,即用1臺吊斗鏟(有時借助于推土機),將采掘側的剝離物直接挖出并倒入內排土場。

2 吊斗鏟倒堆工藝的5種作業(yè)方式

借鑒黑岱溝露天礦以及國外礦山對吊斗鏟的使用情況,對該礦吊斗鏟提出5種可行的作業(yè)方式,并進行對比。

第1種作業(yè)方式如圖1所示,在巖石爆破后,由推土機將爆堆整平做出一個平臺,吊斗鏟站在爆堆平臺上,將剝離物倒入內排土場。

第2種作業(yè)方式如圖2所示,先由推土機對爆堆進行降段處理,整平后再擴展做一個較為寬闊的平臺,吊斗鏟站在擴展平臺上將剝離物倒入內排土場。

圖1 吊斗鏟位于平整后的爆堆上的作業(yè)方式

圖2 吊斗鏟位于降段擴展平臺上的作業(yè)方式

第3種作業(yè)方式與第2種方式類似,由吊斗鏟在爆堆上建立擴展平臺,然后站在該平臺上,將剝離物倒入內排土場。

第4種作業(yè)方式如圖3所示,該方式類似于再倒堆方式。吊斗鏟先站在由推土機整平過的爆堆上,將一部分剝離物倒入采空區(qū)較近位置,做出一個擴展平臺,然后移至該擴展平臺上,將其余剝離物倒入內排土場的更遠位置。

第5種作業(yè)方式如圖4所示,是推土機和吊斗鏟聯(lián)合擴展平臺的作業(yè)方式。該作業(yè)方式中的平臺是由推土機對爆堆進行降段處理和吊斗鏟擴展作業(yè)聯(lián)合形成。吊斗鏟站在擴展平臺之上,將剝離物倒入內排土場。

圖3 吊斗鏟分別位于倒堆側和排土側的作業(yè)方式

圖4 吊斗鏟位于聯(lián)合擴展平臺上作業(yè)的方式

3 吊斗鏟倒堆作業(yè)方案比選

第1種倒堆作業(yè)方式應用較為普遍,而且簡單易于實現(xiàn)。但是結合本礦的具體條件,倒堆臺階高度45m,煤層厚度23～28m,且煤臺階坡面角75°。如圖1所示,由于吊斗鏟站在距爆堆坡頂線以內20 m的位置上,不能挖出煤臺階坡角附近的剝離物,本礦不適合使用該作業(yè)方式。

由圖2可見,第2種倒堆作業(yè)方式,結合本礦具體條件,以45m倒堆高度為例,如果推土機推棄深度較淺,則擴展平臺寬度較窄。按照吊斗鏟站在擴展平臺坡底線以內20m的安全距離要求,吊斗鏟站位于煤層上的爆堆之上,則導致吊斗鏟挖掘爆堆外側采幅的下部物料比較困難,尤其是煤臺階坡角處物料無法挖到,只能靠輔助設備處理,效率大大下降。要滿足吊斗鏟合理站立位置的要求,即位于采空區(qū)的爆堆之上,推土機的降段深度需要達到14.3 m以上,擴展平臺寬度應超過80m,年推棄工程量高達645萬m3,且平均運距也超過50m,經(jīng)濟性欠佳。因此,設計認為第2種作業(yè)方式也不適合本礦。

第3種作業(yè)方式是由吊斗鏟自身建立擴展平臺。但由于本礦巖石爆堆高度45m和煤臺階高度61.5m,兩者之和較高,若要建比較理想的擴展平臺,則其寬度至少要28m,每年擴展平臺的工程量約達1200萬m3,將會增加吊斗鏟再倒堆工程量,若生產(chǎn)能力不變,則需要增加設備能力,大大增加了機器重量和造價,故該作業(yè)方式也不宜采用。

由圖3可見,第4種作業(yè)方式吊斗鏟先后站在爆堆上和內排土場倒堆作業(yè),使倒堆產(chǎn)生一定的再倒堆工程量和再倒堆系數(shù)。以45m臺階高度為例,雖然再倒堆系數(shù)僅有15%,但在站在內排側再倒作業(yè)時,吊斗鏟回轉角度平均約為180°,挖掘深度達到43m,所以單次挖掘周期時間長,導致吊斗鏟效率降低,年能力有所下降。根據(jù)計算,相同斗容的吊斗鏟其年能力大約下降10%。換而言之,若完成同樣的剝離量,此作業(yè)方式的情況下,吊斗鏟的斗容需增加10%。上述再倒堆工程量和效率降低的雙重因素的影響,吊斗鏟的斗容大約增加22m3,機重和投資有很大幅度的增大。因此,該作業(yè)方式也不宜采用。

由圖4可見,第5種作業(yè)方式的擴展平臺是由推土機推棄降段和吊斗鏟擴展作業(yè)聯(lián)合形成的。該方式具有以下4個特點:吊斗鏟站位比較合適。吊斗鏟作業(yè)中心的投影垂直煤臺階坡底線附近,吊斗鏟可以方便的挖出堆積于煤臺階坡角的剝離物,且效率不致于降低;推土機的推深為10～11m,推棄擴展平臺寬度為15m左右,年推棄量為480～520萬m3,根據(jù)國外實踐,其推棄工程量和深度皆較適宜;吊斗鏟為擴展平臺所增加的再倒堆工程量和再倒堆系數(shù)分別為150～350萬m3/a,和6%～11%,減少了由吊斗鏟自身完成擴展平臺的工程量;由于合理的安排推土機擴展平臺寬度及推棄工程量,所以可以大幅度減少吊斗鏟的工作半徑,提高工作效率,并且吊斗鏟斗容也有所減小,機重和造價也隨之下降。

綜上所述,在5種吊斗鏟作業(yè)方式中,結合本礦的特點,本設計推薦吊斗鏟第5種作業(yè)方式,即推土機與吊斗鏟聯(lián)合擴展平臺的作業(yè)方式。

4 結 論

吊斗鏟倒堆工藝解決了露天礦開采工藝環(huán)節(jié)中成本最高的運輸問題,大大節(jié)約了開采成本。該工藝在美國、澳大利亞等國廣泛使用,但在我國尚未得到普及。因此,如何布置好設備的作業(yè)方式,最大限度的發(fā)揮出設備的生產(chǎn)能力,仍然需要不斷地探索。本文借鑒黑岱溝露天煤礦以及國外礦山生產(chǎn)經(jīng)驗,提出了5種吊斗鏟作業(yè)方式,并進行對比,認為推土機和吊斗鏟聯(lián)合擴展平臺的作業(yè)方式更適合哈爾烏素露天煤礦。該方案是依托經(jīng)驗討論得到的理論方案,仍需要實踐的驗證來優(yōu)化。

[1]中煤國際沈陽設計院.哈爾烏素露天煤礦初步設計[R].沈陽:中煤國際沈陽設計院,2004.

[2]駱中洲.露天采礦學(上冊)[M].徐州:中國礦業(yè)大學出版社,1986.

2010-12-04)

王鳳義(1965-),男,內蒙古通遼人,工程師,主要從事露天煤礦生產(chǎn)管理及機電設備安裝,維修保養(yǎng)工作。