黑岱溝露天煤礦半連續(xù)工藝移設(shè)步距的確定

王懂懂 車 鋒 李新建 楊 飛(.山東匠鑫設(shè)計研究院有限公司，山東 濟南 5000;.山東省七五生建煤礦，山東 濟寧 77600;.煤炭資源與安全開采國家重點實驗室，江蘇 徐州 6)

黑岱溝露天煤礦半連續(xù)工藝移設(shè)步距的確定

王懂懂1車 鋒1李新建2楊 飛3
(1.山東匠鑫設(shè)計研究院有限公司，山東 濟南 250100;2.山東省七五生建煤礦，山東 濟寧 277600;3.煤炭資源與安全開采國家重點實驗室，江蘇 徐州 221116)

露天礦山開采的過程中，常常面臨設(shè)備及道路移設(shè)的問題。頻繁的移設(shè)會影響露天礦生產(chǎn)進度，降低生產(chǎn)效率，而不移設(shè)則會由于運距增加，影響內(nèi)排等生產(chǎn)計劃而降低礦山經(jīng)濟效益，因此確定合理的移設(shè)步距，對礦山生產(chǎn)實際而言意義非凡。針對所述問題，以黑岱溝露天煤礦為研究對象，根據(jù)黑岱溝露天礦生產(chǎn)實際和采礦學理論基礎(chǔ)，詳盡分析與采場中間運煤通道移設(shè)距離影響因素，使用數(shù)學建模的方法，建立運煤通道移設(shè)步距數(shù)學模型；并根據(jù)成組破碎站移設(shè)的特點，建立移設(shè)補償效果移設(shè)步距模型，進一步分析移設(shè)時機。得到的移設(shè)優(yōu)化模型，揭示了移設(shè)步距對礦山經(jīng)濟效益的影響。該項研究對露天煤礦山移設(shè)工作有一定的指導意義，可以增加礦山經(jīng)濟效益。

露天礦 運煤通道 半連續(xù)工藝 移設(shè)步距

1 半連續(xù)開采工藝系統(tǒng)概況

半連續(xù)開采工藝[1-2]指露天開采工藝環(huán)節(jié)中，一部分為連續(xù)工藝環(huán)節(jié)，另一部分為間斷工藝環(huán)節(jié)。礦巖運輸部分為連續(xù)流，部分為間斷流，分為剝離半連續(xù)和采煤半連續(xù)，兼具連續(xù)和間斷工藝的優(yōu)勢，能解決中、硬礦巖的開采，實現(xiàn)礦巖的連續(xù)運輸，擴大生產(chǎn)規(guī)模和降低生產(chǎn)成本。與單斗電動挖掘機—卡車采煤工藝相比，半連續(xù)采煤系統(tǒng)以帶式輸送機代替卡車運輸，以耗電代替耗油，有利于充分發(fā)揮煤電聯(lián)營的優(yōu)勢，降低對燃油的依賴，消除高油價給企業(yè)帶來的不利影響。被采礦界公認為“最有生命力”的露天開采工藝。

2 黑岱溝露天煤礦運煤道路移設(shè)

黑岱溝露天煤礦將破碎站布置在端幫地表，運煤卡車在坑內(nèi)可以發(fā)揮其機動靈活的特點，而地表的破碎站又不對開拓運輸系統(tǒng)造成影響，各自發(fā)揮各自的優(yōu)勢。受臺階拋擲爆破限制，拉斗鏟無運輸?shù)苟压に嚄l件下難以布置工作幫運煤通道，因此工作面采出的原煤一般通過內(nèi)排土場留設(shè)的通道運出，運煤通道布置形式一般如圖1所示。

圖1 運煤通道

運煤道路需要定期移設(shè)，以防止對內(nèi)排土場內(nèi)排的影響。而位于端幫地表的破碎站也需要定期移設(shè)，兩者之間存在一定的聯(lián)系，即破碎站移設(shè)的距離必須是中間運煤通道移設(shè)距離的整數(shù)倍[3-5]。因此接下來討論中間運煤通道移設(shè)距離和破碎站的移設(shè)。

2.1 運煤通道移設(shè)步距

中間運煤通道由4段組成，如圖2所示。O段為端幫爬升段，由排棄物料堆砌而成，因此不需要計算費用花費。A段為爬升段，平行于工作線按卡車合理爬升坡度布置。該段長度內(nèi)排運距影響可以忽略，但每次移設(shè)時需在內(nèi)排土場重新開挖形成，由此產(chǎn)生的二次剝離工程量為

(1)

式中，VA為A段溝二次剝離量，m3；i為A段溝的縱向坡度，%；σ為松散物幫坡角，(°)；b為溝底寬，m；HA為A段坡道的爬升高度，m。

圖2 開挖溝體積計算

B段也為爬升段，垂直于工作線按卡車合理爬升坡度布置。該段通道是在C段的基礎(chǔ)上由剝離物回填形成的，因此不存在二次剝離費用；但是受運煤通道布置的影響，采場一側(cè)的上部剝離臺階內(nèi)排需滯后，運煤通道移設(shè)可以縮短運距，B段對上部剝離臺階內(nèi)排的影響量為

(2)

總爬升高度即煤礦采深是隨時間的推移成增加趨勢，爬升高度增加與煤層傾角有關(guān)。A段和O段水平投影距離為工作線長度的一半。

HA+HB=N,

(3)

HD=100+imvt,

(4)

(5)

式中，N為常數(shù)，取80 m；im為煤層傾角，取3%；Sh為緩沖帶安全距離，一般取80m。

運煤通道移設(shè)后，原煤的坑底運距應盡量短，即C段長度為0；隨著工作幫的推進，C段長度LC不斷增大，當達到一定值時向前移設(shè)運煤通道。因此運煤通道移設(shè)步距優(yōu)化即確定運煤通道構(gòu)成中C段長度的最大值，即移設(shè)步距。移設(shè)前C段影響內(nèi)排量VC：

(6)

(7)

2.3 目標優(yōu)化函數(shù)

從露天礦生產(chǎn)實踐看，運煤通道移設(shè)的有利因素是釋放內(nèi)排空間，有利于縮短拉斗鏟以上剝離臺階的內(nèi)排運距；不利因素仍然是A段需要在內(nèi)排土場二次剝離形成。根據(jù)露天礦的動態(tài)發(fā)展情況來分析，B段和C段影響的剝離物料在整個道路移設(shè)過程中，增加的運距為移設(shè)步距的一半。

據(jù)此建立優(yōu)化目標函數(shù)

(8)

式中，c為單位費用，元/t；Lm為采煤工作線長度，m；hm為煤層平均厚度，m；Lcmax為運煤通道C段長度最大值，即運煤通道移設(shè)步距，m；γm為原煤容重，t/m3；θ為端幫角；c1為形成運煤通道所需的二次剝離單價，取8元/m3；c2為露天礦內(nèi)排的運輸費用，取0.002 5元/(m3·m)。

3 成組破碎站移設(shè)步距

黑岱溝露天煤礦破碎站的布置與其他露天煤礦有一定的區(qū)別，黑岱溝有4個破碎站，分成2組，每組2個并排布置在端幫地表，如圖3所示。

圖3 破碎站移設(shè)

按照破碎站的破碎能力，3臺破碎站即可滿足該露天礦產(chǎn)能。因此在未移設(shè)時，服務(wù)AB段時，在超過S1/2之前2/3采出的產(chǎn)量運到3#、4#破碎站，超過S1/2后1/3采出的產(chǎn)量運到3#、4#破碎站。在服務(wù)BC段時，2/3采出的產(chǎn)量運到1#、2#破碎站。同理，在服務(wù)其他段時也是按照運距最短規(guī)律運輸。

在服務(wù)CD、DE段時，移設(shè)補償效果可以表示為

Y=CQ-Ch-CY.

(9)

由于3個破碎站就可以滿足生產(chǎn)要求，因此破碎站移設(shè)時系統(tǒng)不會停止作業(yè)，則Cf=0，得到：

Y=(cq-cj)(S1+S2)(QS1+QS2)-

Cja-c0(S1+S2),

(10)

在式(10)、式(11)中，Y為破碎站移設(shè)費用補償效果，元；CQ為不移設(shè)破碎站時系統(tǒng)總運輸費成本，元；Ch為移設(shè)破碎站后系統(tǒng)總運輸成本，元；CY為破碎站移設(shè)費用，元；QS1、QS2均為塊段量，m3；L0為帶式輸送機起始運輸距離，m；cj為帶式輸送機運輸成本，元/(m3·m)；Cq為汽車單位運輸成本，元/(m3·m)；S1為初始安裝時2組破碎站之間的距離，m；S2為第1組破碎站移設(shè)后2組破碎站之間的距離，m；c0為帶式輸送機單位延長費用，元/m；Cja為破碎站移設(shè)時拆卸、基礎(chǔ)建設(shè)等費用，元；Cf為移設(shè)附加費用，包括停產(chǎn)造成的損失，元。

Y為正時就可以對破碎站進行移設(shè)，如果不移設(shè)則繼續(xù)使用卡車作遠距離運輸費用將高于移設(shè)破碎站的費用，即破碎站的移設(shè)步距要滿足：

Y=(cq-cj)(S1+S2)(QS1+QS2)-

Cja-c0(S1+S2)≥0,

(11)

對上式參數(shù)進行取值，如表2所示。

4 結(jié) 論

(1)為了減少半連續(xù)工藝運煤通道對內(nèi)排滯后的影響，運煤道路需要定期移設(shè)，以減少因道路設(shè)置對內(nèi)排運距增加的影響。結(jié)合運煤道路布置給出了移設(shè)模型及優(yōu)化后的移設(shè)步距。

表2 移設(shè)步距參數(shù)Table 2 Parameters of shifting spacing

(2)成組破碎站的移設(shè)區(qū)別于單獨1臺破碎站的移設(shè)模式，根據(jù)移設(shè)費用補償效果得到成組破碎站的移設(shè)模型。

(3)黑岱溝露天煤礦半連續(xù)工藝移設(shè)包含運煤道路及端幫破碎站移設(shè)問題，運煤道路出口對準破碎站對礦山減少運距最有利，因此兩者移設(shè)步距成整數(shù)倍關(guān)系。

(4)建立移設(shè)費用補償效果數(shù)學模型，移設(shè)補償效果Y值為正值時，則可以對破碎站進行移設(shè)。

[1] 車兆學，才慶祥，劉 勇.露天煤礦半連續(xù)開采工藝及應用技術(shù)研究[M].徐州:中國礦業(yè)大學出版社，2006. Che Zhaoxue，Cai Qingxiang，Liu Yong.Technology and Application of Semi-continuous Mining in Open-pit Coal Mine[M].Xuzhou：China University of Mining and Technology Press，2006.

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(責任編輯 徐志宏)

Determination of Shift Spacing in Semi-continuous Process of Heidaigou Surface Mine

Wang Dongdong1Che Feng1Li Xinjian2Yang Fei3
(1.JiangxinDesign&ResearchInstituteCo.Ltd.,Jinan250100,China;2.QiwuShengjianCoalMineofShandongProvince,Jining277600,China;3.StateKeyLaboratoryofCoalResourcesandSafeMining，Xuzhou221116，China)

In the process of open-pit mining，there always exists problems like shifting the equipment and the haulage lines.Frequent shifting work will slow down the schedule and reduce the efficiency.However，without shifting，the longer transport distance will affect the production plan and reduce the economic benefits.Therefore，determining a reasonable shift spacing plays a significant role in mine production.With Heidaigou Surface Mine as the research object，according to the actual open-pit mine production and mining theory basis，the factors of affecting shift spacing to the middle coal channel was analyzed in detail.The mathematical model of shift spacing for coal channel was founded，through mathematical modeling method.What′s more，based on the shifting feature of groups of crushing stations，the shifting spacing model for the shift compensation was established to determine the occasion to start shifting.The shift optimization model reveals the influence of shift spacing to the mine economic benefit.The research has a certain guiding significance to the shifting of surface mine，which can improve the economic benefit of surface mine.

Open-pit mine，Coal channel，Semi-continuous process，Shift spacing

2014-10-10

“十二五”國家科技支撐計劃項目(編號：2014BAC14B00)，國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)項目(編號：2012AA062004)，國家自然科學基金重點項目(編號：51034005)。

楊 飛(1989—)，男，碩士研究生。

TD824

A

1001-1250(2015)-01-047-03