自移式破碎機半連續(xù)工藝在平朔東露天礦的應(yīng)用前景

孫金龍，姬長生，陳樹召

(中國礦業(yè)大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，江蘇 徐州 221008)

山西平朔礦區(qū)賦存有豐富的煤炭資源，已成為我國重要的煤炭生產(chǎn)基地，2010年中煤平朔公司的煤炭總產(chǎn)量已達1億t以上。平朔公司現(xiàn)有兩個生產(chǎn)露天礦(安太堡和安家?guī)X)，生產(chǎn)能力均達20.00Mt/a以上，新建東露天礦設(shè)計能力也為20.00Mt/a。但20世紀80年代投產(chǎn)的安太堡露天礦至今仍以單斗-卡車工藝開采為主，20世紀末建設(shè)的安家?guī)X露天煤礦也以單斗-卡車工藝開采為主[1-2]。自安太堡露天礦建設(shè)以來，卡車運輸以其機動靈活、生產(chǎn)能力大、建設(shè)速度快等優(yōu)勢得到了普遍認可；但隨著露天礦開采規(guī)模和開采深度的加大，卡車運輸成本高的劣勢凸顯出來。柴油、輪胎消耗高是卡車運輸成本高的主要原因，以安太堡露天礦為例，其近幾年消耗情況見表1。

隨著我國柴油和石油化工產(chǎn)品價格的不斷波動上漲以及露天礦逐漸向深大發(fā)展，柴油、輪胎消耗所產(chǎn)生的高昂費用已經(jīng)逐漸成為露天礦的運營成本上升的主要因素，研究和應(yīng)用其他露天礦運輸方式部分替代費用高昂的卡車運輸，是近年來我國露天礦開采工藝發(fā)展的主要趨勢[1-4]。因此，在東露天項目開發(fā)過程中積極探討經(jīng)濟效益更好的工藝來部分取代單斗-卡車工藝是項目研究的一個重點內(nèi)容。

表1 安太堡露天礦柴油、輪胎消耗情況

1 自移式破碎機半連續(xù)工藝

自移式破碎機半連續(xù)工藝系統(tǒng)的一般構(gòu)成為單斗挖掘機—自移式破碎機—帶式輸送機，它對于降低露天礦生產(chǎn)成本，實現(xiàn)資源的高效低碳開發(fā)具有重要意義[5-8]。

相對于單斗-卡車間斷工藝而言，自移式破碎機半連續(xù)工藝具有如下優(yōu)勢：①可以在硬巖開采中應(yīng)用帶式輸送機運輸，有利于降低生產(chǎn)費用；②可以避免卡車出動率波動和卡車入換對挖掘機的影響，有利于提高挖掘機效率；③帶式輸送機的爬坡能力較強，因此可以采用傾斜分層開采，有利于選采，同時可縮短運距，減少溝道工程量；④帶式輸送機運輸代替卡車運輸，可以在主要能源消耗上實現(xiàn)以電代油，在國內(nèi)油價持續(xù)上漲的背景下，可以避免燃料價格波動對露天礦生產(chǎn)的影響。

但是，自移式破碎機半連續(xù)工藝也存在如下兩個典型的缺點：一是自移式破碎機價格較高，導(dǎo)致系統(tǒng)投資較高，而且對于巖石剝離而言破碎是無效益的；二是系統(tǒng)靈活性差，工程接續(xù)較復(fù)雜，生產(chǎn)組織難度大。

自移式破碎機半連續(xù)工藝的應(yīng)用歷史已有數(shù)十年，大型自移式破碎機的生產(chǎn)能力已達10000t/h。但我國受露天礦建設(shè)和裝備制造水平限制，我國大型自移式破碎機的應(yīng)用是從“十一五”以來才開始的。截至2010年底，我國真正在現(xiàn)場生產(chǎn)實踐中得到成功應(yīng)用的大型自移式破碎機(3000t/h以上)只有華能伊敏煤電公司露天礦的一套采煤系統(tǒng)，而且全套設(shè)備均引進自德國KRUPP公司[7-9]。由此可見，我國缺乏大型自移式破碎機半連續(xù)工藝的配套設(shè)備生產(chǎn)能力和生產(chǎn)組織管理經(jīng)驗[5,10]。

2 應(yīng)用研究

2.1 東露天概況

平朔東露天開采境界面積46.52km2(地表)，境界內(nèi)可采原煤量1651.35Mt，平均剝采比5.24m3/t；首采區(qū)工作線長度1400m，平均剝采比4.91m3/t，均衡期9a。

東露天煤礦開采境界內(nèi)黃土廣布，植被稀少，水土流失嚴重，切割深度大，大部分沖溝呈“V”字型，溝谷兩側(cè)黃土近于直立，為典型的黃土丘陵地貌。開采范圍內(nèi)地勢北高南低，中部高，兩側(cè)低，地表高差變化較大。由于地表黃土賦存不連續(xù)，布置工作面帶式輸送機難度較大，因此不適用自移式破碎機半連續(xù)工藝。

東露天礦存在三個主采煤層，單煤層開采量小于7.0Mm3/a，不能與剝離臺階采用同類型設(shè)備；結(jié)合東露天礦煤層賦存條件，研究只考慮4煤頂板以上剝離臺階應(yīng)用自移式破碎機半連續(xù)工藝的可行性。

2.2 設(shè)備初選

東露天礦設(shè)計生產(chǎn)規(guī)模均達20.00Mt/a，年剝離總量達100.00Mm3，根據(jù)國內(nèi)外露天礦生產(chǎn)經(jīng)驗東露天礦開發(fā)應(yīng)選擇50m3以上的大型單斗挖掘機。結(jié)合安太堡和安家?guī)X兩個露天礦的現(xiàn)有主采設(shè)備情況，研究建議選用PH4100XP系列單斗挖掘機作為主采設(shè)備，其主要參數(shù)見表2。與之相匹配，應(yīng)選用8000t/h以上的自移式破碎機。

表2 PH4100XP系列單斗挖掘機參數(shù)

2.3 4#煤頂板臺階剝離工藝選擇

東露天礦轉(zhuǎn)入正常生產(chǎn)后，剝離物全部內(nèi)排，下部的剝離臺階可以通過兩側(cè)端幫或采場中間搭橋?qū)崿F(xiàn)內(nèi)排。越下部的剝離臺階內(nèi)排運距越小，考慮應(yīng)用半連續(xù)工藝的前提是應(yīng)有足夠的運距保證增加的破碎費用可以通過節(jié)省的運輸費用來補償。

達產(chǎn)后，4#煤頂板剝離臺階工作線長度約1800m，端幫內(nèi)排運距長度約1000m，據(jù)此計算兩工藝的生產(chǎn)費用見表3。

表3 4煤頂板剝離臺階生產(chǎn)費用對比

由表3可知，東露天礦4#煤頂板剝離臺階采用兩種開采工藝的生產(chǎn)費用相近，該臺階采用半連續(xù)工藝的效益并不明顯，因此4煤以下各剝離臺階采用單斗-卡車工藝剝離更為合理。對于4#煤頂板以上的其他剝離臺階而言，隨著工作線長度和端幫運距的增大，剝離物的內(nèi)排運距也隨之增大，采場中間搭橋的可行性降低，半連續(xù)工藝應(yīng)用的經(jīng)濟效益會逐漸明顯。綜合考慮生產(chǎn)規(guī)模擴大和工作線延長的可能性，以及燃油價格和人工工資上漲的趨勢，研究建議半連續(xù)工藝服務(wù)范圍為4#煤頂板以上剝離臺階至1360m水平(1360m以上水平受沖溝影響嚴重，難以布置工作面帶式輸送機)。

3 效益分析

根據(jù)東露天資源賦存條件和開采進度計劃，預(yù)計東露天礦生產(chǎn)剝采比均衡一期4#煤頂板至1360水平的剝離量在50.0Mm3/a以上。據(jù)此確定需布置半連續(xù)工藝系統(tǒng)4套，計算半連續(xù)工藝與單斗-卡車工藝所需主要采運排設(shè)備投資及運營費用見表4。

表4 主要設(shè)備對比 單位/萬元

由表4分析可知，平朔東露天4#煤頂板以上臺階剝離應(yīng)用自移式破碎機半連續(xù)工藝是合理的。參考安太堡露天礦生產(chǎn)數(shù)據(jù)，由于采用單斗-卡車工藝剝離的單位油耗高達0.6kg/m3，因此燃油價格的波動將對工藝評價結(jié)果產(chǎn)生顯著影響。根據(jù)近幾年國內(nèi)油價變化趨勢，如果柴油價格上漲10%，則單位剝離費用將上漲約0.5元/m3，評價范圍內(nèi)生產(chǎn)費用將增加約2500萬元。由此可見，采用半連續(xù)工藝對于規(guī)避成本變動風(fēng)險也具有積極意義。

4 研究結(jié)論

論文研究得出如下結(jié)論：

1)隨著油價上漲以及露天礦逐步向深部發(fā)展，在平朔東露天礦研究帶式輸送機替代卡車運輸?shù)目尚行跃哂兄匾饬x；

2)平朔東露天礦設(shè)計開發(fā)規(guī)模大，適合采用大型自移式破碎機半連續(xù)工藝；

3)平朔東露天礦4#煤頂板以上巖石剝離臺階采用自移式破碎機半連續(xù)工藝可節(jié)省運營費用2000萬元/a，同時可規(guī)避燃油價格變動帶來的成本風(fēng)險。

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