蘇海云,孫 磊,黃月軍,肖 兵
(神華北電勝利能源有限公司,內(nèi)蒙古 錫林浩特 026000)
勝利露天礦合理工作線長(zhǎng)度優(yōu)化
蘇海云,孫 磊,黃月軍,肖 兵
(神華北電勝利能源有限公司,內(nèi)蒙古 錫林浩特 026000)
通過(guò)對(duì)勝利露天煤礦各煤層的工作線長(zhǎng)度的分析確定了5#煤層與6#煤層工作線長(zhǎng)度的關(guān)系,分析了技術(shù)可行性工作線長(zhǎng)度,綜合考慮工作線長(zhǎng)度與剝采比、剝離采排費(fèi)用、剝離運(yùn)輸費(fèi)用的關(guān)系,詳細(xì)地分析確定了勝利露天煤礦5#煤層、6#煤層經(jīng)濟(jì)合理的工作線長(zhǎng)度。
露天礦;工作線長(zhǎng)度;優(yōu)化;經(jīng)濟(jì)效益
勝利一號(hào)露天煤礦坐落于內(nèi)蒙古自治區(qū)錫林郭勒盟錫林浩特市北郊5.0 km。該礦主要的可采煤層包括 5#、6#煤層,其中 5#、6#煤層傾角均小于 5°,5#煤層的平均厚度達(dá)到16.27 m,儲(chǔ)量厚度0.10~32.02 m,平均13.80 m。一采區(qū)5#煤層平均厚度15.6 m,5#煤層頂板以上剝離物,平均厚度45.9 m。煤層厚度的變化規(guī)律是中部較厚,向四周變薄,煤層厚度主要分布在10~20 m,約占62%,屬穩(wěn)定煤層。本礦最主要的可采煤層(6#煤層)的平均厚度達(dá)到32.23 m,儲(chǔ)量厚度17.67~44.30 m,平均31.79 m。一采區(qū)平均厚度達(dá)到31.4 m,5#~6#煤層層間夾層巖石,平均厚度達(dá)到59.7 m。勝利露天煤礦煤層主要參數(shù)如表1所示。
根據(jù)本礦20.0 Mt/a規(guī)模時(shí)現(xiàn)有開采工藝、擴(kuò)能工程產(chǎn)量規(guī)模要求、開采工藝原則和勝利能源公司發(fā)展規(guī)劃,在可行性研究階段從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)2個(gè)方面對(duì)開采工藝及設(shè)備選型進(jìn)行定性和定量分析,優(yōu)化確定了開采工藝及設(shè)備選型,初步設(shè)計(jì)仍采用可研確定的結(jié)果:
表1 勝利露天煤礦煤層主要參數(shù)
1)剝離采用單斗-卡車間斷式開采工藝,剝離系統(tǒng)主要設(shè)備選型:?jiǎn)味吠诰驒C(jī):35 m3級(jí)(采用斗容37 m3);自卸卡車:220 t級(jí)。
2)采煤采用單斗-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)主要設(shè)備選型:履帶式液壓挖掘機(jī):15 m3級(jí)(采用斗容15 m3);單斗挖掘機(jī):35 m3級(jí)(采用斗容 35 m3);自卸卡車:載重91~220 t級(jí);可移式破碎站:原煤3 000 t/h;帶式輸送機(jī):帶寬1 600 mm,生產(chǎn)能力3 000 t/h。
露天礦的工作線長(zhǎng)度可變動(dòng)的,應(yīng)該綜合考慮露天礦的生產(chǎn)能力、市場(chǎng)需求波動(dòng)、地質(zhì)地形變化、開采工藝的改造,對(duì)工作線長(zhǎng)度進(jìn)行適時(shí)地調(diào)整[1],在優(yōu)化露天礦工作線長(zhǎng)度時(shí),應(yīng)當(dāng)充分考慮技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)效益。因此,露天礦的工作線長(zhǎng)度優(yōu)化研究應(yīng)當(dāng)遵守以下原則:在優(yōu)化研究露天礦的工作線長(zhǎng)度時(shí),應(yīng)該不影響露天礦開拓運(yùn)輸系統(tǒng)的布置[2];露天礦的工作線長(zhǎng)度的確定應(yīng)當(dāng)充分考慮到整體礦田范圍的平面形狀,采區(qū)的設(shè)置數(shù)量不易過(guò)多,盡量避免頻繁的采區(qū)轉(zhuǎn)向[3];必須保證有足夠的工作線長(zhǎng)度且每個(gè)采區(qū)的工作線長(zhǎng)度應(yīng)該盡量保持相近,滿足采掘設(shè)備的作業(yè)空間及保證作業(yè)設(shè)備數(shù)量的穩(wěn)定,同時(shí)保證足夠的生產(chǎn)能力,減少采區(qū)轉(zhuǎn)向次數(shù),減小二次剝離量,工作線長(zhǎng)度對(duì)單斗-卡車間斷式開采工藝的剝離運(yùn)距影響非常大。
勝利一號(hào)露天煤礦開采境界內(nèi)共含主采煤層2層,自上而下分別為5#、6#煤層。
優(yōu)化研究的工作線長(zhǎng)度為勝利露天煤礦的5#煤層的工作線長(zhǎng)度及6#煤層的工作線長(zhǎng)度,通過(guò)對(duì)勝利露天煤礦垂直于推進(jìn)方向的采場(chǎng)斷面圖分析,運(yùn)用幾何方法分析勝利露天煤礦各煤層的工作線長(zhǎng)度之間的關(guān)系[4]。
以L表示6#煤層的工作線長(zhǎng)度,則6#煤層的工作線長(zhǎng)度與5#煤層的工作線長(zhǎng)度之間存在如下關(guān)系:
式中:L5為5#煤工作線長(zhǎng)度,m;h1為5#煤與6#煤間距,m;β1是北端幫幫坡角,(°);β2是南端幫幫坡角,(°)。
其中h1的計(jì)算公式為:
式中:h5煤、h6煤分別為 5#、6#煤平均厚度,m;h56為5#煤與6#煤層間距,m。將煤層厚度、端幫幫坡角等相關(guān)參數(shù)代入到公式中,可以得到勝利露天煤礦2層煤的工作線長(zhǎng)度的關(guān)系式如下:
對(duì)于某些露天煤礦,其煤層賦存為水平或近水平,對(duì)生產(chǎn)能力影響的因素主要有露天礦工作幫推
式中:L為工作線長(zhǎng)度,m;Ap為設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力,t/a;h為煤層平均開采厚度,m;v為工作幫水平推進(jìn)速度,m/a;γ 為煤層容重,t/m3;η 為煤層回采率,%。
由式(4)可得勝利露天煤礦生產(chǎn)能力[6]:
式中:γi為第 i層煤的容重,t/m3;ηi為第 i層煤的回采率,%。
通過(guò)參考GB 50197—2015煤炭工業(yè)露天礦設(shè)計(jì)規(guī)范的相關(guān)規(guī)定及采用同樣生產(chǎn)工藝的類似的露天礦山的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),勝利露天煤礦的水平推進(jìn)速度應(yīng)在150~200 m/a。該礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為1 500萬(wàn)t/a,將式(3)代入式(5)中,得到技術(shù)可行的 6#煤工作線長(zhǎng)度在1 070~1 482 m。
以某一近水平單層礦床露天礦進(jìn)行研究,近水平礦體的2個(gè)方向的采場(chǎng)斷面圖如圖1。
設(shè)工作線的年推進(jìn)速度為v,則年剝離量可以認(rèn)為等于:
式中:L為工作線長(zhǎng)度,km;h為煤層平均開采厚度,m;H 為覆蓋層厚度,m;β1,β2分別為端幫角,(°);v為工作線年推進(jìn)速度,m/a。
年產(chǎn)礦石量:
式中:γ為煤的容重,t/m3。
由上式(6),(7),即可推導(dǎo)出生產(chǎn)剝采比n為:進(jìn)速度及露天礦工作線長(zhǎng)度,不考慮向下延伸問(wèn)題;不同的露天礦開采工藝所對(duì)應(yīng)的推進(jìn)度也有所不同,但是每一種開采工藝都有相對(duì)應(yīng)的合理推進(jìn)度范圍,因此,在可以確定露天煤礦的生產(chǎn)能力情況下,也是存在一個(gè)技術(shù)上可行的工作線長(zhǎng)度的合理范圍[5]。露天煤礦工作線長(zhǎng)度與露天煤礦生產(chǎn)能力、工作幫水平推進(jìn)的速度之間存在如下關(guān)系:
通過(guò)工作線兩端點(diǎn)做鉛垂線,這2條鉛垂線所夾的部分剝離量 1 000·L·H·v,稱為“整剝離量”,余下的部分剝離量 H(H+h)(cot β1+cot β2)× 0.5 ×v,稱為“端幫剝離量”。
圖1 平行工作幫推進(jìn)方向及垂直工作幫推進(jìn)方向的采場(chǎng)斷面圖
經(jīng)過(guò)計(jì)算可知,工作線長(zhǎng)度與內(nèi)排運(yùn)距之間呈一次函數(shù)關(guān)系[7],即:
式中:L排為內(nèi)排運(yùn)距,為排棄線路系數(shù),單環(huán)內(nèi)排取a=1,b為排棄影響距離,主要取決與端幫上的運(yùn)距。
式中:H為煤層頂板上覆層厚度;φ、α、β,分別為采掘工作幫,內(nèi)排土場(chǎng)工作幫、北端幫、南端幫的邊坡角,分別取 12°、19°、17°、19°;m 為采場(chǎng)底盤安全寬,0.1。
因此 b=1.15,所以,L排=L+1.15,L雙排=0.5L+1.15。
生產(chǎn)剝離費(fèi)用可分為采排費(fèi)用和運(yùn)輸費(fèi)兩部分。
1)工作線長(zhǎng)度與采排費(fèi)用的關(guān)系
令每立方米的土巖的采排費(fèi)用為元,則年剝離采排費(fèi)用可由下式表示:
式中:P,q—均為大于零的常數(shù),C1=3.55元/m3。
2)工作線長(zhǎng)度與年剝離運(yùn)輸費(fèi)用的關(guān)系
令每立方米土巖每公里的運(yùn)費(fèi)為C2元,則年剝離運(yùn)輸費(fèi)用y2可表示
將(8)式代入(12)中,則每年剝離運(yùn)輸費(fèi)用y2同工作線長(zhǎng)度的關(guān)系式如下:
式中:C2為每立方米每公里的運(yùn)輸費(fèi)用,元/m3·km。
經(jīng)濟(jì)的工作線長(zhǎng)度L應(yīng)為年剝離總費(fèi)用(直接費(fèi)用)最小工作線長(zhǎng)度[8]。年剝離總費(fèi)用y為采排費(fèi)與運(yùn)輸費(fèi)還有基建費(fèi)用的總和,即:
將y1、y2之表達(dá)式代入,得:
于是,最經(jīng)濟(jì)的工作線長(zhǎng)度L0為:
分別分母同乘以H,可以看到V整=1 000 LH為整剝離面積,為端幫剝離面積。得:
式中:Sd1、Sd2為工作幫端幫部分的垂直投影面積;
圖2 端幫量部分與整剝離量部分垂直投影面積計(jì)算
Sz為工作幫整剝離部分的垂直投影面積。則式可改寫成:
以上理論分析主要針對(duì)水平或近水平單層礦床結(jié)構(gòu)的露天礦的經(jīng)濟(jì)合理工作線長(zhǎng)度優(yōu)化,此理論同樣適用復(fù)雜礦床,運(yùn)用同樣的原理,求解多層礦床條件下的經(jīng)濟(jì)工作線長(zhǎng)度[8]。圖3是近水平2層礦床露天礦工作線長(zhǎng)度的確定。
神華北電勝利能源有限公司勝利露天煤礦屬于近水平兩層礦床露天煤礦,土巖的采排費(fèi)用為C1=3.55元/m3,運(yùn)輸費(fèi)用C2=1.9元/km/m3。運(yùn)用公式(19)可得勝利露天煤礦6#煤層經(jīng)濟(jì)合理工作線長(zhǎng)度為1 386 m,根據(jù)5#煤與6#煤工作線長(zhǎng)度分析可得,5#煤層經(jīng)濟(jì)合理工作線長(zhǎng)度為1 899 m,因此,6#煤層經(jīng)濟(jì)合理工作線長(zhǎng)度取1.4 km,5#煤層經(jīng)濟(jì)合理工作線長(zhǎng)度取1.9 km。
圖3 近水平兩層礦床露天礦工作線長(zhǎng)度的確定
在遵循確定露天礦工作線長(zhǎng)度的基本原則下,保證技術(shù)可行性的條件下,提出以降低采運(yùn)排費(fèi)用,提高露天礦經(jīng)濟(jì)效益,對(duì)勝利一號(hào)露天煤礦5#煤和6#煤工作線長(zhǎng)度進(jìn)行了優(yōu)化,得出5#煤經(jīng)濟(jì)合理工作線長(zhǎng)度為1.9 km,6#煤經(jīng)濟(jì)合理工作線長(zhǎng)度為1.4 km。
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Optimization of reasonable working line length in Shengli Open-pit Mine
SU Haiyun,SUN Lei,HUANG Yuejun,XIAO Bing
(Shenhua Beidian Shengli Energy Co.,Ltd.,Xilinhot 026000,China)
Through the analysis of each coal seam working line length,the article determines the relationship of the working line length of 5#and 6#coal seam,and analyzes the technical feasibility of working line length.Considering the relationship of the working line length and stripping ratio,mining cost and transportation cost,the author analyzes and determines the economic and reasonable working line length of 5#,6#coal seam in Shengli Open-pit Mine.
open-pit mine;working line length;optimization;economic benefit
TD824
B
1671-9816(2017)11-0008-04
10.13235/j.cnki.ltcm.2017.11.003
蘇海云,孫磊,黃月軍,等.勝利露天礦合理工作線長(zhǎng)度優(yōu)化[J].露天采礦技術(shù),2017,32(11):8-11.
2017-05-21
蘇海云(1979一),男,工程師,學(xué)士,2003年畢業(yè)于太原科技大學(xué)交通運(yùn)輸專業(yè),現(xiàn)任神華北電勝利能源有限公司露天礦安全礦長(zhǎng)。
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