塔爾煤田Ⅰ區(qū)塊露天煤礦剝離開(kāi)采工藝

蔡忠超，張洪

（中煤科工集團(tuán)沈陽(yáng)設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧沈陽(yáng)110015）

塔爾煤田Ⅰ區(qū)塊露天煤礦剝離開(kāi)采工藝

蔡忠超，張洪

（中煤科工集團(tuán)沈陽(yáng)設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧沈陽(yáng)110015）

為探求塔爾煤田I區(qū)塊露天煤礦最佳剝離開(kāi)采工藝與設(shè)備選型，從工藝合理投入時(shí)機(jī)，完成相同剝離量所需主采設(shè)備的投資、運(yùn)營(yíng)成本等因素進(jìn)行對(duì)比分析，最終推薦適合本露天煤礦的最佳剝離開(kāi)采工藝及設(shè)備選型。

設(shè)備選型；剝離開(kāi)采工藝；經(jīng)濟(jì)效益；方案分析；露天礦

1 開(kāi)采條件概述

露天礦所在區(qū)屬干旱、半干旱的沙漠地貌。南部、東部和北部地形復(fù)雜，多為起伏較大的風(fēng)成沙丘，沙丘走向一般為近東南-西北向，最高標(biāo)高為112.5 m；中部和西部為較平坦沙漠區(qū)，最低標(biāo)高為52.5 m，一般標(biāo)高在60.0～80.0 m[1]。

礦田為NNE向展布的極寬緩向斜形態(tài)，地層傾角一般小于2°，煤層基底起伏不平，導(dǎo)致煤系地層下部產(chǎn)狀略有起伏。

區(qū)內(nèi)無(wú)地表水體，其距離最近的地表水為煤田以西約120 km的Jamrao運(yùn)河，是從印度河引出的人工水渠。煤田南部約30 km為Rann of Kutch（卡其沼澤）有大量的地表水（咸水）。露天礦區(qū)域地下水開(kāi)采量極少，所處水文地質(zhì)單元的位置為地下水徑流的富集地段。

區(qū)塊內(nèi)共含3個(gè)可采煤組，10多個(gè)分煤層，自上而下編號(hào)為A、B和C煤層，其中A煤層厚度0.55～5.30 m，平均2.46 m，B煤層厚度1.05～10.66 m，煤層平均4.95m。主采煤層為C煤層，厚度為3.7m～27.41 m，平均厚度為17.25 m，煤層埋藏較深，一般約為150 m。

2 開(kāi)采工藝方案

開(kāi)采工藝的選擇應(yīng)遵循以經(jīng)濟(jì)效益為中心，降低初期投資,突出露天礦初期經(jīng)濟(jì)效益，因礦制宜[2]。同時(shí)選擇的開(kāi)采工藝應(yīng)適應(yīng)本礦的開(kāi)采技術(shù)條件和外部建設(shè)條件。

根據(jù)對(duì)象的不同，露天開(kāi)采工藝可分為剝離工藝和采礦工藝。在同一個(gè)礦山，剝離、采礦工藝可以相同，也可以不同。剝離工藝是指完成移除覆蓋月礦產(chǎn)資源之上的廢棄巖石所采用的方法或技術(shù)[3]，主要是對(duì)剝離開(kāi)采工藝進(jìn)行論證分析。

目前，常用的開(kāi)采工藝有單斗-卡車(chē)間斷開(kāi)采工藝、單斗-卡車(chē)-半移動(dòng)式破碎站-帶式輸送機(jī)半連續(xù)開(kāi)采工藝、單斗-自移式破碎機(jī)-帶式輸送機(jī)半連續(xù)開(kāi)采工藝、輪斗連續(xù)開(kāi)采工藝和拉斗鏟倒堆開(kāi)采工藝[4]。

拉斗鏟倒堆工藝一般適用于礦層厚度適中、傾角近水平、巖性在中等硬度以下的開(kāi)采條件。但要求的工作線(xiàn)長(zhǎng)，通常應(yīng)當(dāng)在2.0 km以上，對(duì)于本礦增加工作線(xiàn)長(zhǎng)度會(huì)大大增加基建工程量。

本礦可采煤層多，巖性松軟，不需爆破，所需設(shè)備規(guī)格較大，且設(shè)備制造和安裝周期長(zhǎng)，從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)角度看拉斗鏟倒堆工藝均不合理。其余3種開(kāi)采工藝從技術(shù)方面分析在本礦均可行。

3 剝離工藝方案論證

3.1 各開(kāi)采工藝方案投入時(shí)期

本露天礦建設(shè)規(guī)模7.80 Mt/a時(shí),計(jì)算基建工程量為160.00 Mm3，礦建工期為24個(gè)月，剝離物全部外排。達(dá)產(chǎn)年均衡剝采比為7.20 m3/t，剝離總量為56.16 Mm，達(dá)產(chǎn)第一年開(kāi)始逐漸實(shí)現(xiàn)內(nèi)排，至達(dá)產(chǎn)第3年全部實(shí)現(xiàn)內(nèi)排。

從上述分析可知，本礦剝離物的排棄場(chǎng)所從初期以外排為主，逐漸轉(zhuǎn)至內(nèi)排，并最終全部實(shí)內(nèi)排。各工藝方案主要優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 各工藝方案主要優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

從表1可知，對(duì)于半移動(dòng)式半連續(xù)工藝、自移式半連續(xù)工藝和輪斗連續(xù)開(kāi)采工藝，由于其設(shè)備制造周期、工藝系統(tǒng)布置的復(fù)雜性和投入設(shè)備的均衡性等因素，基建期內(nèi)采用上述工藝明顯不合理，因此，在基建期（24個(gè)月完成160.00 Mm3基建工程量）內(nèi)建議采用單斗-卡車(chē)工藝。待基建期結(jié)束，露天礦全部實(shí)現(xiàn)內(nèi)排后是上述開(kāi)采工藝投入的最佳時(shí)機(jī)。

因此，方案比選基礎(chǔ)是各剝離工藝方案投入的最佳時(shí)機(jī)為達(dá)產(chǎn)第3年，即以年度的剝離總量56.16 Mm3作為測(cè)算各工藝方案經(jīng)濟(jì)合理性的基礎(chǔ)。同時(shí)，僅對(duì)各方案采、運(yùn)、排3個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)生的直接費(fèi)用進(jìn)行比選，對(duì)于地面輔助和其他費(fèi)用情況暫不考慮。

3.2 各方案的運(yùn)距統(tǒng)計(jì)

露天礦建設(shè)規(guī)模7.80 Mt/a，當(dāng)達(dá)產(chǎn)第3年時(shí)單斗-卡車(chē)開(kāi)采工藝卡車(chē)加權(quán)平均運(yùn)距為2.5 km。

半移動(dòng)式半連續(xù)開(kāi)采工藝是工作幫由單斗挖掘機(jī)采裝，卡車(chē)運(yùn)至端幫破碎站，碎后剝離物由帶式輸送機(jī)運(yùn)往排土場(chǎng)，由排土機(jī)排棄。

自移式半連續(xù)開(kāi)采工藝和輪斗連續(xù)開(kāi)采工藝，其后續(xù)的帶式輸送機(jī)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)載系統(tǒng)及排土系統(tǒng)相同，本方案以輪斗連續(xù)開(kāi)采工藝帶式輸送機(jī)布置為基礎(chǔ)進(jìn)行帶式輸送機(jī)長(zhǎng)度（視為運(yùn)距）統(tǒng)計(jì)，自移式破碎機(jī)工藝與輪斗工藝的布置完全相同，達(dá)產(chǎn)第3年輪斗連續(xù)開(kāi)采工藝帶式輸送機(jī)長(zhǎng)度（運(yùn)距）合計(jì)為15.6 km。

3.3 各工藝方案采運(yùn)排能力及總投資

單斗-卡車(chē)開(kāi)采工藝系統(tǒng)中,斗容35 m3單斗挖掘機(jī)年能力為10.50 Mm3（工作時(shí)間為5 400 h），載重220 t自卸卡車(chē)年能力為1.461 Mm3/a(工作時(shí)間為4 500 h，運(yùn)距2.50 km)。斗容35 m3單斗挖掘機(jī)匹配220 t自卸卡車(chē)世界各地采礦業(yè)有大量的應(yīng)用實(shí)例技術(shù)可靠[5]。剝離臺(tái)階高度為15 m。

單斗-卡車(chē)-半移動(dòng)式破碎站-帶式輸送機(jī)半連續(xù)開(kāi)采工藝系統(tǒng)能力為16.11 Mm3/a。剝離臺(tái)階高度為15 m，排土機(jī)下排30 m，上排15 m，總排棄高度為45 m。

輪斗連續(xù)開(kāi)采工藝系統(tǒng)能力為14.95 Mm3/a。工作面主臺(tái)階高度為20 m，下分臺(tái)階分別為8 m和7 m，一套系統(tǒng)總臺(tái)階高度為35 m，排土機(jī)下排30 m，上排15 m，總排棄高度為45 m。

單斗-自移式破碎機(jī)-帶式輸送機(jī)半連續(xù)開(kāi)采工藝系統(tǒng)能力為14.19 Mm3/a，開(kāi)采參數(shù)與輪斗工藝相同。

各剝離工藝方案主采設(shè)備選型情況如下：

方案1單斗卡車(chē)開(kāi)采工藝：斗容35 m3單斗挖掘機(jī)6臺(tái)，配載重220 t級(jí)自卸卡車(chē)21臺(tái)，320HP輪式推土機(jī)6臺(tái)；

方案2半移動(dòng)式半連續(xù)開(kāi)采工藝：斗容35 m3單斗挖掘機(jī)6臺(tái)，配載重220 t級(jí)自卸卡車(chē)39臺(tái)，能力6 000 t/h半移動(dòng)式破碎站4臺(tái)，帶寬1 800 mm帶式輸送機(jī)10.3 km，能力10 000 t/h排土機(jī)及卸料車(chē)各4臺(tái)，320HP帶移設(shè)頭膠帶移設(shè)機(jī)4臺(tái)，T500履帶運(yùn)輸車(chē)1臺(tái)。

方案3自移式半連續(xù)開(kāi)采工藝：斗容60 m3單斗挖掘機(jī)4臺(tái)，配能力9 000 t/h自移動(dòng)式破碎機(jī)4臺(tái)，能力10 000 t/h膠帶橋4臺(tái)，能力10 000 t/h漏斗車(chē)/電纜車(chē)4臺(tái)，帶寬1 800 mm帶式輸送機(jī)15.6 km，能力10 000 t/h排土機(jī)及卸料車(chē)各4臺(tái)，320HP帶移設(shè)頭膠帶移設(shè)機(jī)4臺(tái)，T500履帶運(yùn)輸車(chē)1臺(tái)。

方案4輪斗連續(xù)開(kāi)采工藝：能力6 600 m3/h輪斗挖掘機(jī)4臺(tái)，能力10 000 t/h膠帶橋4臺(tái)，能力10 000 t/h漏斗車(chē)/電纜車(chē)4臺(tái)，帶寬1 800 mm帶式輸送機(jī)15.6 km，能力10 000 t/h排土機(jī)及卸料車(chē)各4臺(tái)，320HP帶移設(shè)頭膠帶移設(shè)機(jī)4臺(tái)，T500履帶運(yùn)輸車(chē)1臺(tái)。

由于本露天煤礦初期沒(méi)有可靠的外部電源，因此除了上述4個(gè)方案的主要設(shè)備選型，每個(gè)方案還配備了相應(yīng)的重油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。

3.4 各工藝方案生產(chǎn)成本

各剝離工藝方案投資及成本比較統(tǒng)計(jì)如圖1。

圖1 各剝離方案投資及成本比較統(tǒng)計(jì)

由此可見(jiàn)，方案1的初期投資最低，方案4的運(yùn)營(yíng)成本最低，綜合考慮投資和成本，2個(gè)半連續(xù)工藝方案均不占優(yōu)勢(shì)。

3.5 單斗-卡車(chē)開(kāi)采工藝設(shè)備選型方案對(duì)比

設(shè)備選型是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)決策過(guò)程，整個(gè)過(guò)程為了確定合適的設(shè)備型號(hào)，需要系統(tǒng)細(xì)致地分析和評(píng)價(jià)[6]。為了進(jìn)一步對(duì)單斗-卡車(chē)開(kāi)采工藝和輪斗開(kāi)采工藝進(jìn)行分析比較，對(duì)單斗-卡車(chē)開(kāi)采工藝采裝設(shè)備和運(yùn)輸設(shè)備的型號(hào)進(jìn)行了系列匹配優(yōu)化[7]，并對(duì)如下5種方案進(jìn)行了投資和成本的分析，見(jiàn)表2和表3。

表2 單斗-卡車(chē)開(kāi)采工藝9年生產(chǎn)期設(shè)備選型及投資匯總

表3 單斗-卡車(chē)開(kāi)采工藝各設(shè)備選型方案投資及運(yùn)行成本比較億元

從表2和表3可看出，方案1初期投資優(yōu)于其他方案僅運(yùn)營(yíng)成本略高于方案5。以方案1和方案5為例，初期投資方案1比方案5少78 225萬(wàn)元，運(yùn)營(yíng)費(fèi)用每年多1 598萬(wàn)元，折舊期每年合計(jì)少7 094.14萬(wàn)元，從基建到生產(chǎn)第9年合計(jì)少63 847.23萬(wàn)元(不考慮初期利息)。單斗-卡車(chē)開(kāi)采工藝年運(yùn)營(yíng)成本包含配件消耗、輪胎消耗、油料費(fèi)用、人工成本、維修保養(yǎng)成本等?？偼顿Y的降低和生產(chǎn)期運(yùn)營(yíng)成本的降低，有效的降低了煤價(jià)基準(zhǔn)，從而保證電價(jià)更有競(jìng)爭(zhēng)力。因此，對(duì)于單斗-卡車(chē)開(kāi)采工藝，選用小型設(shè)備的方案一比選用大型設(shè)備的方案5更有優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié)論

單斗-卡車(chē)開(kāi)采工藝初期投資要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于輪斗開(kāi)采工藝，投資節(jié)省153 661.86萬(wàn)元，但是其年運(yùn)行成本比輪斗工藝每年多8 094萬(wàn)元。對(duì)2方案生產(chǎn)期設(shè)備投資、運(yùn)行成本進(jìn)行財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值的比較，折現(xiàn)率取10%，按照生產(chǎn)期30年計(jì)算，同時(shí)考慮設(shè)備更新及追加，經(jīng)計(jì)算小型單斗-卡車(chē)開(kāi)采工藝方案的NPV要比輪斗開(kāi)采工藝的NPV少45 055萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)方面有明顯優(yōu)勢(shì)，同時(shí)單斗-卡車(chē)開(kāi)采工藝可發(fā)揮其機(jī)動(dòng)靈活的特點(diǎn),可適應(yīng)露天礦的不同環(huán)境。另外，初期投資太高不利于項(xiàng)目融資工作。

因此，通過(guò)綜合比較分析，推薦剝離開(kāi)采工藝為單斗-卡車(chē)開(kāi)采工藝，設(shè)備選型為采用斗容7.0 m3的液壓挖掘機(jī)配載重60 t的寬體卡車(chē)。

［1］塔爾Ⅰ區(qū)塊露天煤礦可行性研究報(bào)告［R］.沈陽(yáng)：中煤科工集團(tuán)沈陽(yáng)設(shè)計(jì)研究院有限公司，2016.

［2］蔡忠超.塔爾露天煤礦開(kāi)采工藝方案分析［J］.露天采礦技術(shù)，2016（6）：21-24.

［3］姬長(zhǎng)生.露天采礦方法［M］.徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2014.

［4］張洪，賀永軍，劉梅.露天礦剝離半連續(xù)開(kāi)采工藝系統(tǒng)及其應(yīng)用研究［J］.露天采礦技術(shù)，2013（1）：9-10.

［5］唐開(kāi)杰，劉利杰.哈爾烏素露天煤礦單斗-卡車(chē)工藝采煤設(shè)備選型優(yōu)化［J］.露天采礦技術(shù)，2007（4）：42.

［6］胡文亮.武鋼烏龍泉礦西區(qū)礦用汽車(chē)運(yùn)輸設(shè)備選型研究［D］.武漢：武漢科技大學(xué)，2004.

［7］煤炭工業(yè)露天礦設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.2015.

［8］陳光輔，王干汀，陳偉生.大寶山礦用汽車(chē)的現(xiàn)狀及其改進(jìn)［J］.中國(guó)礦業(yè)，2000（S1）：589-590.

【責(zé)任編輯：張東旭】

Stripping mining technology in Thar coalfield block I open-pit coal mine

CAI Zhongchao,ZHANG Hong
(China Coal Technology&Engineering Group Shenyang Design and Research Institute,Shenyang 110015,China)

To explore the optimal stripping mining technology and equipment selection in Thar coalfield block I open-pit coal mine,the article carries outcomparison and analysis from reasonable time of investment,the investment of main mining equipment,operation cost,recommends the optimal stripping mining technology and equipment selection suitable for the open-pit mine.

equipment selection;stripping mining technology;economic benefit;program analysis;open-pit mine

TD824.3

B

1671－9816（2017）01－0037－04

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.01.011

蔡忠超，張洪.塔爾煤田Ⅰ區(qū)塊露天煤礦剝離開(kāi)采工藝［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（1）：37-40.

2016-07-28

蔡忠超（1985—），男，吉林長(zhǎng)春人，工程師，碩士，2010年畢業(yè)于遼寧工程技術(shù)大學(xué)采礦工程專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)在中煤科工集團(tuán)沈陽(yáng)設(shè)計(jì)研究院有限公司從事露天開(kāi)采設(shè)計(jì)工作。