露天礦生產(chǎn)工藝系統(tǒng)分類的思考

姬長生

(中國礦業(yè)大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，江蘇 徐州 221116)

1 概述

露天礦生產(chǎn)工藝系統(tǒng)，指的是露天礦為完成礦巖采掘、運輸、排卸這三個主要環(huán)節(jié)，依據(jù)物料流性質(zhì)、所采用的設(shè)備作業(yè)方式，以區(qū)分其作業(yè)方法的一種名稱或叫法。目前，我國較為公認的分類方法，是根據(jù)采掘、運輸、排卸這三個主要環(huán)節(jié)物料流是否連續(xù)進行分類，例如間斷式開采工藝系統(tǒng)、連續(xù)式開采工藝系統(tǒng)、半連續(xù)開采工藝系統(tǒng)等[1]。另外一種分類方法，是根據(jù)采掘、運輸、排卸這三個主要環(huán)節(jié)是否由各自獨立的設(shè)備完成，劃分成合并式開采工藝系統(tǒng)、獨立式開采工藝系統(tǒng)兩類；前者如拉斗鏟倒堆工藝系統(tǒng)集采、運、排三個環(huán)節(jié)于一身，均由拉斗鏟獨立完成三項不同的作業(yè)；后者如單斗汽車工藝系統(tǒng)采掘環(huán)節(jié)由單斗挖掘機完成，運輸環(huán)節(jié)由汽車完成，排土作業(yè)由推土機完成。露天礦生產(chǎn)工藝系統(tǒng)有時簡稱為生產(chǎn)工藝或工藝，或工藝系統(tǒng)，但實質(zhì)上露天礦生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)工藝系統(tǒng)不是一個概念。

由中國礦業(yè)學(xué)院出版社1986年6月出版的《露天采礦學(xué)》教材中，對露天礦生產(chǎn)工藝系統(tǒng)分類參見表1(注意因名詞術(shù)語的標準化，表1中有的詞語已經(jīng)由新的詞語替代，例如膠帶現(xiàn)稱為帶式輸送機[2])。

美國露天礦生產(chǎn)工藝系統(tǒng)，也主要根據(jù)采掘、運輸、排卸各環(huán)節(jié)物料流是否連續(xù)及生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)使用的設(shè)備情況進行分類，分為間斷式、連續(xù)式生產(chǎn)工藝系統(tǒng)兩類[3]，如表2所示。美國這種分類方法，并沒有單獨列出半連續(xù)工藝系統(tǒng)這一類別，而是直接把半連續(xù)工藝系統(tǒng)列入間斷工藝系統(tǒng)一類，靠在連續(xù)與間斷工藝系統(tǒng)中間。這樣分類比我國的分類方法要準確一些。也就是說，采、運、排這三個環(huán)節(jié)中，物料流從始至終沒有形成真正意義上的連續(xù)流，那么把這樣的物料流劃歸間斷流也是無可厚非的。

表1 我國露天礦生產(chǎn)工藝系統(tǒng)分類[1]

表2美國露天礦生產(chǎn)工藝系統(tǒng)分類及環(huán)節(jié)設(shè)備

隨著科學(xué)技術(shù)的進步及露天開采工藝的發(fā)展，露天礦向著設(shè)備大型化、規(guī)模擴大化方向拓展，開采深度也越來越深，同一礦山使用的開采工藝也由單一式工藝過渡為組合式開采工藝，即在一個礦山內(nèi)部，采用了兩種或兩種以上的開采工藝系統(tǒng)。例如神華準能集團黑岱溝露天煤礦開采工藝系統(tǒng)組成為：黃土層由輪斗鏟/帶式輸送機連續(xù)工藝完成，上部巖石層由單斗汽車工藝系統(tǒng)完成，下部巖石層由拉斗鏟倒堆工藝系統(tǒng)實現(xiàn)開采，煤層則由單斗鏟汽車/半固定破碎站/帶式輸送機進行作業(yè)。

2 分類方法研究

我國露天礦生產(chǎn)工藝系統(tǒng)分類，目前通用分類方法多數(shù)傾向于根據(jù)采運排環(huán)節(jié)物料流是否連續(xù)，分為如表1所示的間斷式、連續(xù)式、半連續(xù)三種。1980年以來，隨著我國生產(chǎn)礦山不斷向深部推進，露天礦山組合式開采工藝系統(tǒng)的應(yīng)用越來越普遍。典型的單斗鐵道工藝礦山，隨著降深的增大，展線越加困難，深部多數(shù)采用了單斗汽車工藝系統(tǒng)，經(jīng)由鐵道運輸系統(tǒng)運至地表。1990年后，新建的大型露天煤礦，絕大多數(shù)采用的是組合工藝系統(tǒng)，即剝離一般采用單斗汽車工藝系統(tǒng)；少數(shù)幾個礦山(如黑岱溝、元寶山)采用了輪斗挖掘機帶式輸送機連續(xù)生產(chǎn)工藝系統(tǒng)，采煤則由半連續(xù)工藝系統(tǒng)完成。

伴隨著組合開采工藝系統(tǒng)的應(yīng)用范圍不斷擴大，出現(xiàn)了開采工藝系統(tǒng)分類的新問題，亦即表1中應(yīng)該增加一種組合工藝系統(tǒng)，其含義是在一個露天礦內(nèi)，采用兩種或兩種以上的開采工藝系統(tǒng)進行剝離和采礦作業(yè)。由此而來，產(chǎn)生了另一個分類問題，即半連續(xù)開采工藝系統(tǒng)是否還應(yīng)該獨立存在，作為開采工藝系統(tǒng)的一個獨立類別而單獨列出。

組合開采工藝系統(tǒng)作為一個獨立的系統(tǒng)類別，組合了不同的間斷、連續(xù)工藝系統(tǒng)是無可爭議的，如果承認組合開采工藝系統(tǒng)的存在，則半連續(xù)工藝系統(tǒng)實質(zhì)上就無存在的必要和理由。原因在于：

半連續(xù)工藝系統(tǒng)實質(zhì)是間斷工藝系統(tǒng)和連續(xù)工藝系統(tǒng)的串聯(lián)式組合，顯然屬于組合工藝系統(tǒng)的一種。如單斗汽車工藝采煤后，經(jīng)由汽車運至破碎站破碎，再經(jīng)由帶式輸送機運往選煤廠或裝車站，前面兩個環(huán)節(jié)是間斷式工藝系統(tǒng)完成的，破碎后物料是由連續(xù)運輸系統(tǒng)實現(xiàn)運輸?shù)?，因此整個系統(tǒng)可稱為半連續(xù)工藝系統(tǒng)，也叫組合工藝系統(tǒng)。對于另外一種情況，例如黑岱溝露天煤礦上部黃土層，有時也采用輪斗挖掘機采掘，通過汽車運輸解決不完整工作面的開采作業(yè)，第一個作業(yè)環(huán)節(jié)采掘是連續(xù)作業(yè)，后續(xù)運輸、排卸環(huán)節(jié)是間斷作業(yè)，也是一種半連續(xù)工藝系統(tǒng)的組合。顯然，半連續(xù)工藝系統(tǒng)是串聯(lián)式的組合工藝系統(tǒng)，串聯(lián)方式可以有間斷連續(xù)式和連續(xù)間斷式兩種。在冶金礦山，就有作者使用間斷/連續(xù)運輸(開采)工藝系統(tǒng)這樣的稱呼，而沒有使用半連續(xù)開采工藝系統(tǒng)這個術(shù)語[4-7]。這個稱呼由于明確指出間斷采掘作業(yè)在前，連續(xù)運輸環(huán)節(jié)在后(或反之)，而顯得更加科學(xué)、準確而清晰。

對于同一個露天礦山，采用組合式生產(chǎn)工藝系統(tǒng)往往是串、并聯(lián)組合式的組合工藝系統(tǒng)，如我國黑岱溝露天煤礦剝離系統(tǒng)，就有三套并聯(lián)工藝系統(tǒng)(黃土層連續(xù)工藝系統(tǒng)、上部巖石單斗汽車工藝系統(tǒng)、下部巖石拉斗鏟倒堆工藝系統(tǒng)或稱合并式或間斷式工藝系統(tǒng))，再加上采煤一套串聯(lián)式組合工藝系統(tǒng)，共同組成了黑岱溝露天煤礦的組合生產(chǎn)工藝系統(tǒng)。再如中煤集團平朔安太堡露天煤礦，剝離采用單斗汽車工藝系統(tǒng)，采煤采用單斗汽車/坑邊半固定破碎站/帶式輸送機組合工藝系統(tǒng)，剝離、采煤是并聯(lián)式組合工藝系統(tǒng)，而采煤則是串聯(lián)式組合工藝系統(tǒng)，整個露天礦山采用的是并、串聯(lián)式組合工藝系統(tǒng)?；袅趾幽下短烀旱V剝離采用單斗汽車工藝系統(tǒng)，采煤是單斗汽車/坑邊半固定破碎站/帶式輸送機組合式開采工藝系統(tǒng)。我國大型露天煤礦繼五大露天礦之后，基本都是采用的以單斗汽車工藝/半固定破碎站或單斗挖掘機/移動式破碎機/帶式輸送機為代表的串聯(lián)式組合工藝系統(tǒng)采煤，單斗挖掘機/汽車或少數(shù)連續(xù)工藝系統(tǒng)(如黑岱溝、元寶山)配合單斗汽車工藝系統(tǒng)進行剝離的組合式開采工藝系統(tǒng)。

3 分類建議

根據(jù)露天礦山開采工藝系統(tǒng)的應(yīng)用與演變情況，開采工藝系統(tǒng)的分類應(yīng)該進行科學(xué)嚴密的劃分，即表1的第 Ⅲ 類應(yīng)改為組合開采工藝系統(tǒng)，半連續(xù)工藝系統(tǒng)應(yīng)列為組合開采工藝系統(tǒng)的一種，具體如表3所示。組合開采工藝系統(tǒng)也可稱為聯(lián)合開采工藝系統(tǒng)，或綜合開采工藝系統(tǒng)。筆者認為，組合一詞更能表達這一工藝系統(tǒng)的特性，故傾向采用組合生產(chǎn)工藝系統(tǒng)這一術(shù)語，或者稱為聯(lián)合開采工藝系統(tǒng)。組合與聯(lián)合含義差別不大，而綜合一詞概念稍大一些。

表3 露天礦組合開采工藝系統(tǒng)

對于大家習(xí)慣上稱呼的半連續(xù)工藝系統(tǒng)，為了明確起見，且不致引起歧義，建議對表3中串聯(lián)式組合的1、2類稱為間斷連續(xù)式組合工藝系統(tǒng)(即采掘使用間斷式作業(yè)系統(tǒng)，運輸采用連續(xù)式或間斷連續(xù)組合式作業(yè)系統(tǒng))，第3類稱為連續(xù)間斷式組合工藝系統(tǒng)(即采掘環(huán)節(jié)為連續(xù)作業(yè)系統(tǒng)，運輸與排卸環(huán)節(jié)為間斷式作業(yè)系統(tǒng))，其他稱為并聯(lián)式組合工藝系統(tǒng)。這樣就比較明確地區(qū)別了具體礦山到底使用的是哪一類組合工藝系統(tǒng)，而不至于造成半連續(xù)工藝系統(tǒng)這個籠統(tǒng)稱呼還要進一步解釋是間斷連續(xù)組合還是連續(xù)間斷組合。

綜上所述，露天礦開采工藝系統(tǒng)按照物料流是否連續(xù)進行分類，可以分為間斷式、連續(xù)式與組合式三類生產(chǎn)工藝系統(tǒng)。其中，組合式系統(tǒng)可以分為串聯(lián)式組合、并聯(lián)式組合兩類，而串聯(lián)式組合工藝系統(tǒng)對應(yīng)的目前國內(nèi)大多習(xí)慣上稱呼的半連續(xù)工藝系統(tǒng)，還可以進一步劃分成間斷連續(xù)式組合與連續(xù)間斷式組合工藝系統(tǒng)兩類。若從嚴格意義上劃分，采、運、排三個環(huán)節(jié)構(gòu)成開采工藝系統(tǒng)(這里需要強調(diào)的是研究對象是系統(tǒng))，在這個系統(tǒng)中物料流沒有形成自始至終的連續(xù)流，因而大家習(xí)慣上稱呼的半連續(xù)工藝系統(tǒng)，實質(zhì)上是間斷流系統(tǒng)。如果不把組合工藝系統(tǒng)單獨列為一類，則串聯(lián)式組合工藝系統(tǒng)在表3中列為間斷式工藝系統(tǒng)一類也是合情合理的。但是，對于大多數(shù)露天礦山而言，特別是大型露天礦山，單獨使用一種開采工藝系統(tǒng)的情況越來越少，使用組合工藝系統(tǒng)的礦山越來越多，所以表3所列三種露天礦開采工藝系統(tǒng)的分類，應(yīng)該是比表1前進了一步。

[1] 駱中州.露天采礦學(xué)[M].徐州：中國礦業(yè)學(xué)院出版社，1986，6.

[2] 煤炭科技名詞審定委員會.煤炭科技名詞[M].北京：科技出版社，1997.

[3] Fung R，Surface Coal Mining Technology，Engineering and Environment Aspects，Noyes Data Corporation. Park Ridge. New Jersey. USA. 1981.

[4] 蘇靖, 楊明朗. 露天礦間斷連續(xù)運輸工藝系統(tǒng)布置研究[J]. 金屬礦山, 1996(9):8-11.

[5] 張喆，李軍才,沈宗儒.深凹露天礦間斷-連續(xù)運輸工藝的研究[J].中國礦業(yè)，2000，9(S1):527-530.

[6] 趙昱東.間斷—連續(xù)運輸系統(tǒng)在金屬露天礦的應(yīng)用與發(fā)展[J].礦業(yè)快報，2001,8(15):1-5.

[7] 李軍才.深凹露天礦山間斷—連續(xù)運輸工藝的研究[J]. 中國礦業(yè), 2002，11(3):27-31.