安太堡露天煤礦設(shè)備補(bǔ)套方案研究

楊 曌

(中國礦業(yè)大學(xué)(北京)資源與安全工程學(xué)院，北京 100083)

1 設(shè)備補(bǔ)套背景

安太堡露天煤礦即將面臨著過背斜的考驗(yàn)，為了保證在現(xiàn)有條件下繼續(xù)保證年產(chǎn)2500萬t生產(chǎn)目標(biāo)，涉及到超前拉溝剝離，即大坑與小坑一起配合生產(chǎn)。由于背斜影響區(qū)域基本無法實(shí)現(xiàn)內(nèi)排，使大量的剝離物需進(jìn)入背斜以前的內(nèi)排或者進(jìn)入外排土場，鑒于煤層底板下降250多m，一方面使卡車運(yùn)距急劇增加，另一方面卡車需要克服長距離爬坡運(yùn)輸，多方面的情況使卡車運(yùn)輸條件惡化，使卡車運(yùn)輸能力下降，原有的運(yùn)輸設(shè)備無法滿足生產(chǎn)需求，勢必要求進(jìn)行設(shè)備補(bǔ)套的相關(guān)研究[1]。

為了合理解決設(shè)備補(bǔ)套的問題，我們首先對現(xiàn)有的采、運(yùn)、排設(shè)備和地面生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)能力進(jìn)行分析，以期確定安太堡露天煤礦的生產(chǎn)規(guī)模，并作為設(shè)備進(jìn)一步規(guī)劃的現(xiàn)實(shí)依據(jù)。在綜合分析現(xiàn)有主采設(shè)備、地面運(yùn)煤系統(tǒng)能力的基礎(chǔ)上，我們結(jié)合安太堡露天礦使用設(shè)備的歷史情況，對現(xiàn)有各種類型的卡車進(jìn)行了對比分析，做到優(yōu)選優(yōu)用，最終得出補(bǔ)套卡車的數(shù)量。通過設(shè)備補(bǔ)套以期達(dá)到開采規(guī)模的合理化，也使得我們提出的技術(shù)方案能夠切實(shí)的發(fā)揮效應(yīng)，為安太堡露天礦的發(fā)展作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

2 現(xiàn)有設(shè)備生產(chǎn)能力分析

2.1 采掘設(shè)備技術(shù)指標(biāo)

安太堡露天煤礦現(xiàn)有主要采掘設(shè)備為P&H2800XP和P&H4100XPC電鏟，以及CAT994和CAT992前裝機(jī)，其基本參數(shù)見表1。

表1 安太堡露天煤礦現(xiàn)有電鏟型號及基本參數(shù)表

安太堡現(xiàn)有采掘設(shè)備中，部分P&H2800鏟已快到折舊年限，在項(xiàng)目研究的時間范圍內(nèi)P&H2800部分需要淘汰，在過背斜期間按照項(xiàng)目研究安排的采掘量，現(xiàn)有設(shè)備能力足夠滿足，而且采掘設(shè)備能力下降較少，這里不做詳細(xì)分析，對于折舊到限設(shè)備按照報廢數(shù)目做補(bǔ)充即可。

根據(jù)礦方提供生產(chǎn)實(shí)際得到的數(shù)據(jù)，現(xiàn)有采掘設(shè)備的總能力見表2。

表2 安太堡露天煤礦現(xiàn)有采掘設(shè)備生產(chǎn)能力表

2.2 卡車技術(shù)指標(biāo)

2.2.1 卡車目前生產(chǎn)能力分析

安太堡露天煤礦現(xiàn)在采用的卡車型號、數(shù)量及其基本參數(shù)見表3。

據(jù)現(xiàn)場調(diào)研， 789A、798B、685E、730E、R190等型號的卡車主要與斗容為25.2m3的P&H2800XP電鏟配合使用；930E卡車主要與斗容為58.1m3的P&H4100XPC電鏟配合使用。

由表3可以看出，789A、798B、685E、730E、R190五種型號的卡車主要參數(shù)相近，凈載重量均為180t級別。根據(jù)現(xiàn)場情況，卡車裝載的鏟斗數(shù)量也相同，都為4斗，因而估算卡車生產(chǎn)能力的時候180t級別卡車選取730E作為代表[2]。表4為現(xiàn)場統(tǒng)計的卡車實(shí)際運(yùn)輸能力。

表3 安太堡露天煤礦現(xiàn)有卡車型號數(shù)量及參數(shù)表

表4 卡車運(yùn)輸土巖能力計算表

其他卡車運(yùn)輸量均折算成730E卡車運(yùn)輸，則目前相當(dāng)于有730E卡車：

(1885+330+1170+1155+1260+945)÷105=62.2臺

2.2.2 卡車過背斜期間生產(chǎn)能力計算

卡車能力計算公式[3]為：

(1)

式中：Qt為卡車能力；Di為第i個臺階的卡車運(yùn)距；Km為滿斗系數(shù)；td為等裝時間；tzx為裝車時間與卸車時間；v為卡車速度；γ為物料容重；ηB為班時間利用率；ηN為年時間利用率；汽車運(yùn)行周期tzq

tzq=t2+tx+ty+td1+td2+tq(min/回)

(2)

式中：tz為裝載時間，主要與裝載設(shè)備的斗容和汽車斗容以及挖掘機(jī)作業(yè)效率和挖掘物料性質(zhì)有關(guān)。一般(通過多年計算機(jī)模擬結(jié)果和實(shí)測)裝滿一車用3～5斗為易[4]。tx為卸載時間，與車型、巖性和卸載條件有關(guān)。一般1min左右。td1為調(diào)車時間，指工作面、卸載調(diào)車時間，與調(diào)車速度、調(diào)車方式有關(guān)。一般在1min以內(nèi)。td2為等進(jìn)時間，指等裝、等卸、中途修車時間。與汽車的調(diào)配、采、排、運(yùn)三者的合理匹配有關(guān)。ty為運(yùn)行時間，空、重運(yùn)時間。與v和t有關(guān)。

(3)

式中：li為各縱斷單元上道路長，m；vi為運(yùn)行速度km/h。其他時間tq為日常保養(yǎng)、臨故時間等?？捎媒y(tǒng)計法得到。

根據(jù)上述計算公式，對安太堡露天煤礦現(xiàn)有卡車根據(jù)過背斜期間生產(chǎn)計劃安排及運(yùn)距測算，730E與2800電鏟配合運(yùn)輸土巖年效率為70.5萬m3/a，930E與4100電鏟配合運(yùn)輸土巖年效率為109.36萬m3/a，730E與2800電鏟配合運(yùn)輸毛煤年效率為53.79萬m3/a。

由此可以得到卡車運(yùn)輸毛煤能力比運(yùn)輸土巖能力稍小，計算最大運(yùn)輸能力時，選取運(yùn)輸土巖能力進(jìn)行計算，計算結(jié)果見表5。

表5 現(xiàn)有運(yùn)輸設(shè)備總運(yùn)輸能力表

3 現(xiàn)有設(shè)備能力

3.1 采掘設(shè)備能力

安太堡露天煤礦為了降低露天煤礦的基建投資和生產(chǎn)費(fèi)用，充分發(fā)揮地方的積極性，安太堡露天煤礦每年約有50Mm3剝離物采用外包剝離，其余為自營剝離。在分析現(xiàn)有設(shè)備的能夠完成的生產(chǎn)規(guī)模時，也按這個規(guī)模外包考慮。根據(jù)測算，在過背斜期間，自營剝離量約為103Mm3，年產(chǎn)毛煤量按照計劃量25Mt進(jìn)行計算。

則總運(yùn)輸量為：103+25÷1.57=118.9Mm3。

總量與采掘設(shè)備總能力為123Mm3相差不多，由于安太堡露天煤礦加強(qiáng)了管理，提高了單臺設(shè)備的效率，同時采取一系列提高生產(chǎn)能力的措施，使安太堡露天煤礦的采掘設(shè)備能力較設(shè)計還有所提高，因此，目前的采掘設(shè)備能夠完成25 Mt/a的毛煤生產(chǎn)能力。

3.2 運(yùn)輸設(shè)備能力

現(xiàn)有運(yùn)輸設(shè)備每年最大運(yùn)輸土巖的能力為87.59Mm3，與土巖運(yùn)輸量的缺口達(dá)到了15.41Mm3，此外，還需要運(yùn)送每年約25Mt毛煤，運(yùn)輸設(shè)備缺口較大，需要對運(yùn)輸設(shè)備進(jìn)行補(bǔ)選。

4 運(yùn)輸設(shè)備的選擇

4.1 設(shè)備選型的原則

為了合理選擇安太堡露天煤礦運(yùn)輸設(shè)備，所選擇的設(shè)備必須滿足以下條件[5-6]：

1)選擇的卡車應(yīng)該與電鏟相互匹配，達(dá)到最佳組合。

2)考慮設(shè)備的操作、維修和備品、備件的供應(yīng)和儲備問題。

3)具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

4.2 設(shè)備配套方案確定

根據(jù)上面計算，現(xiàn)有采掘設(shè)備生產(chǎn)能力與過背斜期間運(yùn)輸總量大體相當(dāng)，運(yùn)輸設(shè)備由于運(yùn)距增加，導(dǎo)致運(yùn)輸能力下降。

首先計算生產(chǎn)能力最大的300t級卡車。在現(xiàn)場實(shí)際操作過程中，P&H4100XPC電鏟與300t級別卡車930E配合運(yùn)輸巖土。需要補(bǔ)套的300t級別卡車數(shù)量為：

5500÷109.36-40=10.2臺

故需要采購11臺300t級卡車。

下面計算180t級別卡車的補(bǔ)套數(shù)量。180t級卡車能力的下降：

(12300-5500)-4385.1=2414.9萬m3/a

考慮煤巖運(yùn)距增加相同情況想，故需要補(bǔ)套的180t級別卡車數(shù)量為：

2414.9÷70.5=34.2臺

需要采購35臺180t卡車，才能與原有運(yùn)輸能力相當(dāng)。

5 補(bǔ)套方案

根據(jù)上述分析，過背斜期間采掘設(shè)備能力基本與計算相當(dāng)，運(yùn)輸設(shè)備有比較大缺口。補(bǔ)套的運(yùn)輸設(shè)備需要達(dá)到103Mt以上的土巖運(yùn)輸量及25Mt的毛煤運(yùn)輸量。

由現(xiàn)場采掘設(shè)備的配合情況，以及設(shè)備操作數(shù)量度、維修等情況，推薦補(bǔ)套的設(shè)備為11臺300t級別卡車，35臺180t級別卡車。根據(jù)自營設(shè)備運(yùn)距增加情況，從2015年開始，2015、2016年每年設(shè)備各增加一半。計算補(bǔ)套后運(yùn)輸設(shè)備總能力任意選取的730E和930E兩種型號卡車作為參考。此時，總運(yùn)輸能力見表7。

表7 補(bǔ)套后設(shè)備能力計算表

由表7可以看出，運(yùn)輸設(shè)備總能力略大于采掘設(shè)備總能力，達(dá)到運(yùn)輸總量要求，符合實(shí)際情況。另外，根據(jù)現(xiàn)場資料顯示，有些采掘設(shè)備即將達(dá)到服務(wù)年限，也需要及時進(jìn)行更換，以達(dá)到年產(chǎn)25Mt的生產(chǎn)計劃。

[1] 韓萬東, 孫紅, 于桂忠, 等. 露天礦改擴(kuò)建主要設(shè)備選型[J]. 煤礦安全, 2011, 42(9): 161-163.

[2] 劉延安. 展望21世紀(jì)礦用汽車的新發(fā)展[J]. 國外金屬礦山, 1998(2): 56-61.

[3] 陳德付. 安家?guī)X露天煤礦資源評價與原煤運(yùn)輸系統(tǒng)優(yōu)化研究[D]. 北京: 中國礦業(yè)大學(xué)(北京), 2010.

[4] 魏柄忠. 露天礦自卸汽車的最優(yōu)選型[J]. 有色金屬, 1994(4): 8-11.

[5] 蔣國璋. 從汽車使用角度談汽車選型[J]. 山東交通科技, 1997(4): 75-78.

[6] H.B.濟(jì)里亞諾夫. 露天礦自卸汽車的使用前景[J]. 國外金屬礦山, 1998(2): 22-27.