孫 鑫

（中煤科工集團(tuán)沈陽設(shè)計(jì)研究院，遼寧 沈陽 110015）

采礦工程

別斯庫都克露天煤礦開采工藝優(yōu)化研究

孫 鑫

（中煤科工集團(tuán)沈陽設(shè)計(jì)研究院，遼寧 沈陽 110015）

根據(jù)別斯庫都克露天煤礦開采條件，對(duì)現(xiàn)有開采工藝進(jìn)行優(yōu)化，列出了可能的剝離和開采工藝方案，分別對(duì)各方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析，從技術(shù)可行和經(jīng)濟(jì)合理角度進(jìn)行比選，最終確定合理的開采工藝方案，有效地降低生產(chǎn)成本。

露天煤礦；開采工藝；半連續(xù)工藝；優(yōu)化

1 開采條件分析

1）氣候條件。礦田所在地屬大陸干旱荒漠氣候，年溫差和晝夜溫差很大，年平均氣溫1.8℃。5—8月為夏季，7月平均氣溫25℃，白天氣溫常在40℃以上。10月下旬至次年3月為冬季，氣候嚴(yán)寒，1月最冷，平均最低氣溫-22℃，絕對(duì)最低氣溫-44.7℃（1969年1月26日）。年降水量100～150 mm，年蒸發(fā)量高達(dá)3 500 mm，年最大積雪厚度0.3 m，年最大凍土深1.5 m。區(qū)內(nèi)常年多風(fēng)，3—6月和冬季最大，風(fēng)力4～5級(jí)，經(jīng)常有7～8級(jí)大風(fēng)，最大可達(dá)10級(jí)，以西北風(fēng)為主。

2）地形、地貌。礦田位于科克塞爾克山與紙房盆地的交接處，地形總體趨勢(shì)北高南低、東高西低，地貌形態(tài)為殘丘狀剝蝕平原，海拔1 269～1 339 m，東西比高70 m，高差在5～10 m左右。礦區(qū)內(nèi)地表無常年水流。

3）煤層賦存條件。礦區(qū)內(nèi)可采煤層僅為1層，B2#煤層平均可采厚度為26.71 m。煤層整體結(jié)構(gòu)為不對(duì)稱的貝殼狀形態(tài)，煤層?xùn)|北部區(qū)域傾角在45°～70°，南部區(qū)域傾角在50°左右，其余區(qū)域煤層傾角為25°左右，大多數(shù)區(qū)域傾角為 10°～ 15°。

4）煤巖巖性。根據(jù)勘探報(bào)告提供的資料，首采區(qū)內(nèi)剝離物強(qiáng)度小于6 MPa的軟巖僅有ZK306孔控制的93.25～104.47 m含炭泥巖段，介于6～15 MPa的中硬巖類只有邊坡位置的3組，巖性分別為粉砂質(zhì)泥巖、泥巖和礫巖，約占6.5%，其余均為大于15 MPa的硬巖類。首采區(qū)內(nèi)剝離物多為硬巖類。

2 開采工藝方案

目前剝離和采煤均采用單斗-卡車開采工藝，開采現(xiàn)狀剝離運(yùn)距已達(dá)3.2 km，隨著露天礦采掘場(chǎng)工作線不斷推進(jìn)和降深，剝離和采煤運(yùn)距越來越大，運(yùn)輸成本加大。因此，需結(jié)合本礦開采條件，對(duì)現(xiàn)有開采工藝進(jìn)行優(yōu)化，選擇合理的開采工藝，盡量減少初期投資，達(dá)到降本增效的目的。

根據(jù)露天煤礦常用4大開采工藝[1]及對(duì)本礦剝離和采煤可能采用的開采工藝進(jìn)行分析，分別對(duì)剝離和采煤工藝提出以下方案：

1）剝離開采工藝

方案1：?jiǎn)味吠诰驒C(jī)-自卸卡車-半移動(dòng)式破碎機(jī)-帶式輸送機(jī)-帶式排土機(jī)半連續(xù)開采工藝；

方案2：?jiǎn)味吠诰驒C(jī)-自移式破碎機(jī)-帶式輸送機(jī)-帶式排土機(jī)半連續(xù)開采工藝；

方案3：?jiǎn)味吠诰驒C(jī)-自卸卡車-篩分設(shè)備-帶式輸送機(jī)-帶式排土機(jī)半連續(xù)開采工藝。

2）采煤開采工藝

方案1：?jiǎn)味吠诰驒C(jī)-自卸卡車-半移動(dòng)式破碎站（布置在地面）-帶式輸送機(jī)半連續(xù)開采工藝；

方案2：?jiǎn)味吠诰驒C(jī)-自卸卡車-半移動(dòng)式破碎站（布置在采掘場(chǎng)內(nèi)）-帶式輸送機(jī)半連續(xù)開采工藝；

方案3：?jiǎn)味吠诰驒C(jī)-自移式破碎機(jī)-帶式輸送機(jī)-帶式排土機(jī)半連續(xù)開采工藝；

方案4：?jiǎn)味吠诰驒C(jī)-刮板輸送機(jī)-坑內(nèi)破碎站-帶式輸送機(jī)半連續(xù)開采工藝。

3 剝離開采工藝選擇

從技術(shù)上進(jìn)行分析，各方案優(yōu)缺點(diǎn)分析如下：

方案1具有卡車作業(yè)適應(yīng)性強(qiáng)、機(jī)動(dòng)靈活的優(yōu)點(diǎn)，卡車運(yùn)距相對(duì)近，數(shù)量少，破碎后系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了以電代油，降低了成本，充分體現(xiàn)了單斗卡車和帶式輸送機(jī)聯(lián)合運(yùn)輸方案的優(yōu)勢(shì)[2]，運(yùn)營費(fèi)用比方案1少，但初期部分設(shè)備投資相對(duì)較大。

方案2整個(gè)工藝系統(tǒng)無需卡車運(yùn)輸，實(shí)現(xiàn)了以電代油，運(yùn)輸環(huán)節(jié)上大大降低了運(yùn)輸成本，但是由于本礦煤層傾角大，剝離帶式輸送機(jī)干線煤巖混雜，煤巖車輛交叉，存在安全隱患，整個(gè)系統(tǒng)靈活性差，主要設(shè)備需引進(jìn)，初期設(shè)備投資大，且剝離系統(tǒng)尚無應(yīng)用實(shí)例[3]。

方案3即單斗-卡車-固定篩-帶式輸送機(jī)-排土機(jī)半連續(xù)開采工藝，巖石篩分輸送排棄系統(tǒng)投資少，省去破碎環(huán)節(jié)，降低成本[4]，但生產(chǎn)作業(yè)效率較低，生產(chǎn)管理難度大，篩分系統(tǒng)需要設(shè)置擋墻，防止大塊滑落造成一定的安全隱患，土建工程量較大，固定篩耐用性差，使用年限短，剝離物通過篩分后，大塊需要二次倒運(yùn)運(yùn)往排土場(chǎng)，增加卡車費(fèi)用，工程建設(shè)投資和生產(chǎn)作業(yè)成本均較高，目前國內(nèi)外露天礦實(shí)際生產(chǎn)中無相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。

對(duì)方案1和方案3的投資和成本進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見表1。

表1 剝離系統(tǒng)方案1和方案3投資及成本對(duì)比

從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)角度綜合分析，方案1投資和成本均相對(duì)較小，且該系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)豐富，因此剝離系統(tǒng)最終選擇方案1。

4 開采工藝選擇

1）方案1和方案2比選。方案1和方案2采掘環(huán)節(jié)一致，均采用相同挖掘機(jī)進(jìn)行作業(yè)，主要對(duì)運(yùn)輸環(huán)節(jié)完成3.00 Mt/a煤的總投資和成本費(fèi)用指標(biāo)進(jìn)行比較。比較指標(biāo)見表2和表3。

表2 方案1和方案2完成3.00 Mt/a煤運(yùn)輸環(huán)節(jié)總投資

從以上2個(gè)表可以看出，方案1投資少，但是運(yùn)營費(fèi)用高，方案2增加的投資不到半年就能收回，二者相比，方案2優(yōu)于方案1。

表3 方案1和方案2完成3.00 Mt/a煤運(yùn)輸環(huán)節(jié)成本費(fèi)用統(tǒng)計(jì)表

2）方案3。對(duì)于本礦煤層賦存條件，采掘場(chǎng)東南部的煤采用頂板露煤，單獨(dú)劃分采煤臺(tái)階，臺(tái)階水平分層，煤層頂板露出后，布置單斗-自移式破碎機(jī)半連續(xù)工藝系統(tǒng)，開采初期為了提高單斗挖掘機(jī)作業(yè)效率，煤臺(tái)階小三角煤量經(jīng)過推土機(jī)（帶松土犁）、前裝機(jī)進(jìn)行處理后，單斗-自移式破碎機(jī)半連續(xù)工藝系統(tǒng)開始正常作業(yè)，采掘帶寬度20 m。在采煤作業(yè)同時(shí)，剝離臺(tái)階繼續(xù)降段延深，為單斗-自移式破碎機(jī)半連續(xù)工藝系統(tǒng)移設(shè)至下一采煤臺(tái)階做準(zhǔn)備，本水平采煤臺(tái)階開采完成后，將單斗-自移式破碎機(jī)半連續(xù)工藝系統(tǒng)移設(shè)至下一水平采煤臺(tái)階，開始下一循環(huán)作業(yè)[5]。具體采煤流程剖面見圖1。

圖1 B2#煤水平分層采煤流程剖面

從開采方法和作業(yè)程序分析，采用該工藝進(jìn)行開采，東南部煤層采煤工作線應(yīng)該長一些設(shè)備利用率才會(huì)高，避免增加自移式破碎機(jī)調(diào)頭次數(shù)，本礦目前采掘場(chǎng)深部采煤工作線650 m，隨著不斷降段延深，深部采煤工作線越來越短，同時(shí)西北部工作幫上的煤位于多個(gè)煤巖混雜臺(tái)階上，采煤帶式輸送機(jī)干線煤巖混雜，煤巖車輛交叉，技術(shù)上不可行[6]，因此本方案不適用于本礦。

3）方案4。刮板輸送機(jī)是一種撓性牽引機(jī)構(gòu)的連續(xù)運(yùn)輸機(jī)械，主要應(yīng)用于井下采煤工作面和采區(qū)巷道轉(zhuǎn)載運(yùn)煤[7]，本方案將刮板機(jī)應(yīng)用于露天礦工作面煤炭運(yùn)輸，其煤炭運(yùn)輸線路如下：坑底采煤工作面單斗挖掘機(jī)→刮板輸送機(jī)→坑底煤破碎站→帶式輸送機(jī)→主工業(yè)場(chǎng)地生產(chǎn)系統(tǒng)。坑底煤炭運(yùn)輸系統(tǒng)如圖2。

圖2 坑底煤炭運(yùn)輸系統(tǒng)示意圖

將刮板輸送機(jī)應(yīng)用于露天坑底工作面煤炭運(yùn)輸，相對(duì)于汽車運(yùn)輸，具有運(yùn)輸連續(xù)性好、轉(zhuǎn)載環(huán)節(jié)少、運(yùn)營費(fèi)用省、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理等優(yōu)點(diǎn)。但是，刮板輸送機(jī)應(yīng)用于露天坑底工作面煤炭運(yùn)輸，沒有先例，設(shè)備需定制生產(chǎn)；存在著運(yùn)輸距離長、故障環(huán)節(jié)多；移位工作復(fù)雜，尤其是斜面上移位較難實(shí)現(xiàn)；煤炭易散落到刮板機(jī)外、清理工作繁瑣；刮板鏈及其相關(guān)設(shè)備防凍等缺點(diǎn)[8]。

5 結(jié)論

綜上所述，結(jié)合該礦開采條件和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，從技術(shù)可行和經(jīng)濟(jì)合理角度分析比選，采煤和剝離系統(tǒng)均采用單斗挖掘機(jī)-自卸卡車-半移動(dòng)式破碎站-帶式輸送機(jī)半連續(xù)開采工藝，采煤系統(tǒng)將半移動(dòng)式破碎站布置在采掘場(chǎng)內(nèi)，剝離系統(tǒng)將半移動(dòng)式破碎站布置在采掘場(chǎng)端幫，可大大降低卡車運(yùn)輸成本，其投資及成本與其他各方案比較最小，經(jīng)濟(jì)效益最好，本次方案設(shè)計(jì)的半連續(xù)系統(tǒng)可以有效的降低生產(chǎn)成本，達(dá)到降本增效的目的。

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［2］楊朝陽，王文新.剝離半連續(xù)工藝的關(guān)鍵技術(shù)-移動(dòng)式破碎機(jī)［J］.露天采礦技術(shù)，2006（4）：16-17.

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Research of mining technology optimization in Biesikuduke Open-pit Coal Mine

SUN Xin
(China Coal Technology and Engineering Group Shenyang Design&Research Institute,Shenyang 110015,China)

According to the mining conditions in Biesikuduke Open-pit Coal Mine,the article optimizes the existing mining technology,lists the possible stripping and mining schemes,analyzes the advantages and disadvantages of each scheme respectively.The article carries on the comparison through technically feasible and economically reasonable,finally determines the rational mining process,which effectively reduces the production cost.

open-pit coal mine;mining technology;semi-continuous technology;optimization

TD824.5

B

1671－9816（2017）11－0001－04

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.11.001

孫鑫.別斯庫都克露天煤礦開采工藝優(yōu)化研究［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（11）：1-3.

2017-05-16

孫 鑫（1986—），女，內(nèi)蒙古赤峰人，碩士，2012年畢業(yè)于遼寧工程技術(shù)大學(xué)露天采礦專業(yè)，現(xiàn)在中煤科工集團(tuán)沈陽設(shè)計(jì)研究院從事露天礦設(shè)計(jì)工作。

【責(zé)任編輯：張東旭】