準(zhǔn)東露天煤礦開(kāi)采工藝的選擇

張建武

摘要：開(kāi)采工藝方案的選擇對(duì)露天礦的安全生產(chǎn)和核定產(chǎn)量有很大的影響。本文就如何進(jìn)行開(kāi)采工藝的選擇進(jìn)行了分析，對(duì)指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐具有重要的理論和實(shí)踐意義。

關(guān)鍵詞：露天煤礦開(kāi)采工藝選擇

1 露天煤礦開(kāi)采工藝選擇的原則

①開(kāi)采工藝選擇必須遵循市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)原則，力求投資少，成本低、效益好，尤其是初期效益更為重要；②工藝的選擇既要與露天的當(dāng)前規(guī)模相適應(yīng)，又要考慮露天礦規(guī)模的滾動(dòng)發(fā)展；③應(yīng)優(yōu)先選擇大型的先進(jìn)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、高效，以贏得最佳的經(jīng)濟(jì)效益；④應(yīng)根據(jù)本礦特點(diǎn)，選擇適應(yīng)本礦開(kāi)采技術(shù)條件的開(kāi)采工藝；⑤結(jié)合本礦區(qū)具體條件，對(duì)該地區(qū)大陸干旱荒漠氣候，夏季高溫炎熱，冬季嚴(yán)寒，常年多風(fēng)等不利因素應(yīng)充分考慮。

2 開(kāi)采工藝選擇

2.1 開(kāi)采工藝綜述 本礦煤層傾角4°～31°，淺部陡，深部緩，露天開(kāi)采煤層淺部為單一巨厚煤層，向深部逐漸變?yōu)榉植黼p煤層至深部變?yōu)槎嗝簩?，其單一煤層區(qū)Bm煤層的平均厚度達(dá)69.43m。因此從工藝的適宜性和可靠性上來(lái)講，目前開(kāi)采工藝中開(kāi)采成本比較低的兩種工藝——吊斗鏟倒堆開(kāi)采工藝和輪斗——膠帶連續(xù)開(kāi)采工藝在本礦的使用上受到一定限制。

就輪斗——膠帶連續(xù)開(kāi)采工藝而言，由于本礦目前暫無(wú)土巖的巖石物理力學(xué)指標(biāo)及切割力試驗(yàn)結(jié)論，且礦區(qū)地處嚴(yán)寒地區(qū)，氣候條件惡劣，臺(tái)階表層在漫長(zhǎng)的冬季易形成堅(jiān)硬的凍結(jié)層，會(huì)影響輪斗挖掘機(jī)采裝效率的發(fā)揮。故本次設(shè)計(jì)不再將輪斗——膠帶工藝作為參選工藝進(jìn)行比選。

其次從吊斗鏟倒堆開(kāi)采工藝來(lái)看，當(dāng)煤層傾角在10°以下時(shí)，符合采用吊斗鏟工藝倒堆剝離物的必需條件，而本礦煤層埋藏傾角在4°～31°，尤其首采區(qū)開(kāi)采的淺部煤層傾角較陡，無(wú)法采用吊斗鏟工藝倒堆剝離物。

此外，從單斗鐵道開(kāi)采工藝分析，該工藝優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)輸成本較低，但要求限制坡度小，一般不大于20‰，折返站長(zhǎng)度至少要250m，要求煤層底板臺(tái)階工作線長(zhǎng)度不小于1000m，要求剝離臺(tái)階工作線長(zhǎng)度至少在1100m以上。從建設(shè)期來(lái)看該工藝也較其它工藝要長(zhǎng)。其人員多、效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大也為不利因素。因此國(guó)內(nèi)外均已將其列入淘汰開(kāi)采工藝。從我國(guó)目前露天礦的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)和建設(shè)上來(lái)看，該工藝也已基本上不再作為一種主導(dǎo)工藝來(lái)推選。

2.2 適合本礦的開(kāi)采工藝 有可能選擇的開(kāi)采工藝有：①單斗——汽車間斷工藝；②單斗——自移式破碎機(jī)－膠帶輸運(yùn)機(jī)－排土機(jī)或單斗——汽車－半固定破碎機(jī)－膠帶輸送機(jī)－排土機(jī)的半連續(xù)開(kāi)采工藝，以下簡(jiǎn)稱單斗－汽車－膠帶機(jī)半連續(xù)工藝。下面就兩種工藝進(jìn)行研究。

2.2.1 單斗——汽車工藝 單斗——汽車工藝在我國(guó)已有多年的歷史，應(yīng)用該工藝已經(jīng)具有了成熟的管理經(jīng)驗(yàn)，該工藝具有如下特點(diǎn)：①拉溝長(zhǎng)度短，基建工程量小，建設(shè)速度快；②工作線長(zhǎng)度短，易于分區(qū)開(kāi)采，初期生產(chǎn)剝采比小，礦山前期經(jīng)濟(jì)效益好；③運(yùn)輸設(shè)備爬坡能力大，機(jī)動(dòng)靈活，礦山生產(chǎn)系統(tǒng)簡(jiǎn)單；④生產(chǎn)設(shè)備性能可靠，具有成熟的礦山管理經(jīng)驗(yàn)；④容易向其它工藝過(guò)渡和發(fā)展，可以隨時(shí)增加投入設(shè)備而擴(kuò)大規(guī)模；⑥能盡早實(shí)現(xiàn)內(nèi)排，實(shí)現(xiàn)復(fù)土造田，恢復(fù)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境；⑦與其它開(kāi)采工藝相比，耗油量大，生產(chǎn)成本較高。

2.2.2 半連續(xù)開(kāi)采工藝 半連續(xù)工藝的特點(diǎn)：半連續(xù)工藝兼有連續(xù)工藝和間斷工藝的優(yōu)勢(shì)，其主要優(yōu)點(diǎn)有：①可采用卡車及膠帶機(jī)聯(lián)合運(yùn)輸，從而減少油耗及降低運(yùn)輸費(fèi)用；②利用膠帶輸送機(jī)爬坡能力強(qiáng)的特點(diǎn)，可縮短運(yùn)距，減少溝道工程量；③以膠帶運(yùn)輸代替汽車運(yùn)輸，實(shí)現(xiàn)以電代油，在油價(jià)持續(xù)上漲的情況下，可以大大降低運(yùn)輸成本。

2.3 擬比選的開(kāi)采工藝 露天礦生產(chǎn)規(guī)模為20.00Mt/a，按推進(jìn)強(qiáng)度要求，并考慮首采區(qū)服務(wù)年限等要求，采區(qū)寬度優(yōu)化為1200m，采深由初期的200m逐步加深到首采區(qū)開(kāi)采結(jié)束的300m，深部剝離物外排時(shí)運(yùn)距增加，最深部剝離物外排運(yùn)距達(dá)5.05km，因此采用單一的單斗——汽車開(kāi)采工藝經(jīng)濟(jì)上極不合理，必須采用適合本礦的單斗挖掘機(jī)——汽車-半移動(dòng)破碎機(jī)-膠帶輸送機(jī)-排土機(jī)或單斗挖掘機(jī)-自移式破碎機(jī)-膠帶輸送機(jī)-排土機(jī)的半連續(xù)工藝及幾種工藝的組合工藝。下面從本礦開(kāi)采技術(shù)特點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)研究。

2.3.1 向西推進(jìn)剝離開(kāi)采工藝比選 ①上部剝離開(kāi)采工藝(一期剝離量14.20Mm³/a)：上部剝離距排土場(chǎng)運(yùn)距初期略遠(yuǎn)，向北推進(jìn)后運(yùn)距較近，初期單斗汽車運(yùn)距3.2km，向北推進(jìn)后為2.3km。這一開(kāi)采時(shí)期僅3年時(shí)間，綜合運(yùn)距要小于2.6km。根據(jù)一般規(guī)律，當(dāng)汽車運(yùn)距小于3km時(shí)，為經(jīng)濟(jì)運(yùn)距。故設(shè)計(jì)推薦上部剝離采用單斗——汽車開(kāi)采工藝。②中部剝離開(kāi)采工藝：向西推進(jìn)中部如采用單斗——汽車開(kāi)采時(shí)運(yùn)距大于3km，已達(dá)到3.7km，采用汽車運(yùn)輸已不經(jīng)濟(jì)；實(shí)現(xiàn)向北推進(jìn)后(此時(shí)已開(kāi)始內(nèi)排)中部采用單斗-汽車開(kāi)采時(shí)運(yùn)距為3.3km，也大于3km，因此中部剝離宜采用單斗-半固定破碎機(jī)或單斗-自移式破碎機(jī)的半連續(xù)工藝。值得指出的是，向西推進(jìn)時(shí)由于全部需要外排，此時(shí)運(yùn)距按排棄至東部外排土場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算，而向北推進(jìn)時(shí)由于中、下部已可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)排，運(yùn)距按內(nèi)排時(shí)計(jì)算，該時(shí)期上部部分剝離物仍需外排，對(duì)其運(yùn)距按內(nèi)、外排分別進(jìn)行計(jì)算，得出。采掘場(chǎng)兩個(gè)推進(jìn)方向工作線長(zhǎng)度及運(yùn)距估算表見(jiàn)表1。中部剝離開(kāi)采工藝比選(向西推進(jìn))見(jiàn)表2。③下部剝離開(kāi)采工藝：向西推進(jìn)下部汽車開(kāi)采運(yùn)距已達(dá)到4.6km，遠(yuǎn)大于3km，向北推進(jìn)(實(shí)現(xiàn)內(nèi)排時(shí))下部汽車開(kāi)采運(yùn)距為2.0km，此時(shí)深部宜采用單斗——汽車開(kāi)采工藝。下部剝離開(kāi)采工藝比選(向西推進(jìn))見(jiàn)表3。

3 總結(jié)

3.1 向西推進(jìn)方案 從方案比較可以看出，單斗-自移式破碎機(jī)半連續(xù)工藝投資省、成本低。較過(guò)去一般工藝比較中單斗-自移式破碎機(jī)半連續(xù)工藝投資高、成本低不同，其原因主要為大型汽車(200t級(jí)以上)價(jià)格較高、本礦開(kāi)采深度大，造成外排運(yùn)距較遠(yuǎn)導(dǎo)致汽車數(shù)量較多所致。由于本礦生產(chǎn)規(guī)模大，并考慮將后進(jìn)一步擴(kuò)大產(chǎn)能的可能，因此選用了較大型采運(yùn)設(shè)備。

從上述向西推進(jìn)方案比選來(lái)看，上部剝離的汽車運(yùn)距最近，采用單斗——汽車開(kāi)采工藝，此時(shí)也可以采用外包方式；中部采用單斗-自移式破碎機(jī)半連續(xù)工藝最為優(yōu)越，較單斗——汽車工藝投資省34350萬(wàn)元，較單斗-半固定破碎機(jī)半連續(xù)工藝投資省16640萬(wàn)元，年運(yùn)營(yíng)費(fèi)用分別節(jié)約7395萬(wàn)元和5240萬(wàn)元，具有明顯的優(yōu)越性；下部由于采用單斗-自移式破碎機(jī)半連續(xù)工藝，因而對(duì)其僅進(jìn)行其它兩種工藝的比較，采用單斗-半固定破碎機(jī)半連續(xù)工藝較單斗-汽車工藝投資省34990萬(wàn)元，年運(yùn)營(yíng)費(fèi)用節(jié)約12580萬(wàn)元。

3.2 向北推進(jìn)剝離開(kāi)采工藝比選 向北推進(jìn)(實(shí)現(xiàn)內(nèi)排時(shí))上部實(shí)現(xiàn)內(nèi)排時(shí)間晚，運(yùn)距遠(yuǎn)，此時(shí)向西推進(jìn)采用的單斗——汽車開(kāi)采工藝已不合理，把中部的單斗-自移式破碎機(jī)半連續(xù)工藝調(diào)至上部可以更進(jìn)一步發(fā)揮其膠帶運(yùn)輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)；中部剝離物的開(kāi)采則可以把向西推進(jìn)時(shí)下部采用的單斗-汽車+半固定破碎機(jī)半連續(xù)工藝調(diào)整上來(lái)，可以充分發(fā)揮汽車調(diào)度靈活及半固定破碎機(jī)膠帶運(yùn)輸克服運(yùn)距較遠(yuǎn)的不利因素；而對(duì)于向北推進(jìn)實(shí)現(xiàn)內(nèi)排后深部運(yùn)距最近，此時(shí)深部可以把向西推進(jìn)上部采用的單斗——汽車開(kāi)采工藝調(diào)整下來(lái)。

從以上分析來(lái)看，對(duì)于本礦開(kāi)采深度大，存在不同推進(jìn)方向的特點(diǎn)，上述開(kāi)采工藝方案的選擇可以較好的解決生產(chǎn)初期和后期因運(yùn)距變化而產(chǎn)生的不利條件的影響，避免不同時(shí)期選用不同開(kāi)采工藝帶來(lái)的生產(chǎn)波動(dòng)。