撫順東露天礦工藝改造的方案探討

霍明亮

（撫順礦業(yè)集團設計院有限責任公司，遼寧撫順113017）

撫順東露天礦工藝改造的方案探討

霍明亮

（撫順礦業(yè)集團設計院有限責任公司，遼寧撫順113017）

撫順東露天礦采用電鏟-電鐵為主、電鏟-采礦汽車為輔的生產工藝。隨著時代的發(fā)展，電鐵開采工藝并沒有得到大的發(fā)展，設備基本沒有更新，致使現在存在勞動強度大，招工難，生產人數多，生產成本高等弊端。特別是排土環(huán)節(jié)存在突出問題。針對這種情況，提出了工藝改造的方案。

工藝改造；半連續(xù)；間斷；成本

1 東露天礦概況

東露天礦隸屬撫順礦業(yè)集團，位于撫順煤田的東部，東西長6 km，南北寬2.5 km，面積約12 km2?，F已探明煤炭儲量9 000萬t，油母頁巖儲量10億t，油母頁巖富礦平均厚度94.24 m，平均含油率為7.26%，最高達15.23%，開采年限近60 a。

東露天礦最早開采于1924年，建國后被列為國家“一五”計劃156項重點建設項目之一，曾3次開采、停產。1997年，撫順礦務局編制了以東露天礦恢復為龍頭、以油母頁巖開發(fā)利用為主的轉產規(guī)劃。2004年9月28日國家發(fā)改委批復東露天礦恢復工程項目，2006年4月26日成立東露天礦，2009年9月29日正式投產，2013年達產，形成了以電鏟-電機車為主、電鏟-采礦汽車為輔的生產工藝，生產范圍拓展到了西露天礦內排土場和東舍場。目前，電鐵線路總延長180 km，接觸網201 km，輸配電線路271 km，擁有電鏟33臺、電機車48臺、鉆機11臺，以及載重汽車81臺、挖溝機25臺、推土機17臺、鏟車38臺等大型工程機械設備200余臺，年產煤炭70萬t、油母頁巖富礦1 190萬t，主要擔負集團公司頁巖油生產的富礦供應任務。

2 東露天礦現有工藝

東露天礦建設初期開采工藝的選擇，主要有以下因素：

1）自然條件。東露天礦的油母頁巖屬中硬巖石，f=2.6～4.5。富礦礦層厚度大、易開采，但煤層結構復雜，必須選采。礦層傾角30°～40°，屬于比較典型的傾斜煤層，隨著開采時間的推移，采掘重心會逐漸下移，運距逐漸增大。

2）設備條件。無論哪一種開采工藝，一般設備投資要占建設總投資的50%～70%，減少設備投資是降低項目初期資金投入，提高經濟效益的有效途徑。

西露天礦已進入產量衰減期，有閑置的單斗-鐵道工藝專用設備（單斗挖掘機、電機車、自翻車、電鐵線路材料等）可調給東露天礦。另外，集團公司運輸部也有大量閑置的電機車、自翻車可調給東露天礦。這部分設備可滿足東露天礦生產的需要。礦區(qū)已有的單斗的挖掘機、電機車、自翻車及輔助設備的維修保養(yǎng)設施比較齊全完善。

3）排土條件。作為傾斜礦層的露天礦，初期不具備內排的條件，大量的剝離物需要外排。排土場主要有2處，一處是現有的東舍場，屬于外排土場，容量有限，距離東露天礦首采區(qū)16.3 km；另一處是西露天礦內排土場，將是東露天礦達產后唯一的永久排土場。容量超過1.0 Gm3，運距更大。

從東露天礦的開發(fā)條件和礦區(qū)的實際情況看，東露天礦開采工藝采用單斗-鐵道工藝是合適的，其理由是：①礦層賦存條件、巖性、采區(qū)規(guī)格適合單斗-鐵道工藝的基本條件，在技術上可行；②西露天一直用單斗-鐵道工藝，積累了豐富的實際生產經驗，不需要專門培訓管理人員和技術工人；③可利用礦區(qū)閑置的設備和配套機修等設施，既盤活了礦區(qū)存量資產，又節(jié)省了巨額設備購置費，降低了項目的資金投入。

但是單斗-電鐵工藝也有其自身的不足，如機動靈活性差，選采能力較差、運輸設備爬坡能力低、采深較大時電鐵線路不能繼續(xù)下延和西區(qū)貧礦、煤炭無法開采等[1]。最終東露天礦形成了以電鏟-電鐵為主、電鏟-采礦汽車為輔的生產工藝。北幫富礦采區(qū)采用單斗-電鐵工藝，南幫煤炭采區(qū)采用單斗-汽車工藝，排土工藝采用單斗-電鐵的方式。

3 存在的問題

采用單斗-電鐵工藝是符合東露天礦實際情況的，隨著時代發(fā)展，電鐵開采工藝并沒有得到大的發(fā)展，設備基本沒有更新，致使存在一些問題。

1）生產成本高。隨著開采不斷降深，電鐵系統不斷下延，鐵道不斷延長，站房增加，生產投入加大。近些年人工成本大幅提高，電鐵工藝從業(yè)人數多，人工成本加大。導致現在東露天礦整體生產成本高。

2）從業(yè)人員多。東露天礦采用150 t電機車，標準化的電氣化鐵路，工務、機務從業(yè)人員眾多，僅電機車作業(yè)人員就高達500余名作業(yè)人員?，F全礦作業(yè)人員近3 000人，完全達產時期，預計作業(yè)人數高達5 000人。

3）勞動強度大。鐵路工藝移路頻繁，目前移路、鋪軌、維護等很多工作還需人工完成，勞動強度大。

4）招工難。礦業(yè)工程本身就是艱苦工作，電鐵工藝勞動強大，導致年輕人不愿意從事煤礦生產工作，存在招工難的問題。

5）安全隱患大。東露天礦從業(yè)人數眾多，不確定性因素多，導致安全隱患大。

6）排土問題突出。東露天礦主要的排土場為西露天內排土場和東舍場?，F在存在東舍場排土能力有限，內排土場無法繼續(xù)發(fā)展的問題。

4 工藝改造方案探討

4.1 改造排土工藝系統，解決排土難題

首先對排土工藝系統進行改造。改造后，可減少電鐵運距，集中翻車，提高翻車效率，減少運行周期時分，提高運輸效率。

4.1.1 東露天礦既有剝離排土工藝系統

東露天礦既有的排土工藝為電鏟排土，剝離物通過電鐵系統運至西露天礦內排土場后，經過電鏟進行排棄。

東露天礦內排土場位于西露天礦開采到界范圍內，分布于其采掘場內的東、西兩端幫，分別為東區(qū)排土場和西區(qū)排土場，現共有電鐵排土線11條，其中東區(qū)排土場有36-1、36-2兩條電鐵排土線；西區(qū)排土場有28-3、28-2、28-1、28-0、12段、14-3、14-2、14-1、14-0共9條電鐵排土線。剝離列車經過折返運輸到達+48站，穿過隧道進入西露天礦，通過+43站、+20站、正負零站、-16站、-26站及-36站將剝離物運至各排土水平進行排棄。

4.1.2 改造方案

工藝系統改造為東露天礦剝離進入內排土場后，首先經鐵道自翻車將剝離卸載進入受料倉，破碎后通過帶式輸送機轉載至工作面排土機，通過排土機進行排棄。工藝路線為電鐵-受料倉+破碎-帶式輸送機-排土機。

設計將排土工作線布置在西露天礦的西側、既有排土線的最下部，位于W200線和W600線之間。通過對既有排土工作線進行改造，滿足排土機的排土要求。排棄方向由西向東進行排棄。

根據東露天礦排棄量確定排土系統工藝改造工程設計規(guī)模為18.0 Mm3/a，剝離物由東露天礦經鐵路（共8條鐵路線）運至西露天礦的西側既有內排土場，剝離經設置在軌道側下方的破碎系統（4套）破碎后由帶式輸送機轉運至坑下排土工作面，經排土機進行排棄作業(yè)。設計采用2套排土系統，按年8 400 h的工作時數核算工作能力，考慮生產的不均衡性，確定每套系統的生產能力為3 600 t/h（2 000 m3/h）[2-3]。

改造后，增加了破碎環(huán)節(jié)，可減少11臺電鏟設備及配套人員，電鐵運距也可減少，極大地提升了排土效率，解決了排土難題。

4.2 剝采排全系統改造

對東露天礦工藝系統進行總體改造，徹底改變東露天礦現有工藝系統。

4.2.1 東露天礦既有生產工藝系統

東露天礦采用電鏟-電鐵為主、電鏟-采礦汽車為輔的生產工藝。北幫剝離采用電鐵運輸系統，南幫采用汽車、電鐵聯合運輸系統。電鐵剝離排棄路線2條，①采場-+48涵洞-西露天內排土場；②采場-東崗站-油廠-東舍場。

4.2.2 工藝改造路線

露天采礦按照開采工藝可分為：①間斷工藝，其中包括單斗-鐵道工藝和單斗-汽車工藝；②連續(xù)工藝；③半連續(xù)工藝；④無運輸倒堆工藝。

東露天礦的礦層是傾斜礦層，在東露天礦的生產壽命期內，基本不能內排或內排量很小，東露天礦的剝離物只能排棄至西露天內排土場和東舍場，排土場距離采場遠。因此，東露天礦不適合采用單斗-汽車的間斷工藝，并且東露天礦巖石硬度較大，也不適合采用輪斗連續(xù)開采工藝，更不適合采用無運輸倒堆工藝。所以東露天礦改造工藝的方向只能為半連續(xù)工藝。

東露天礦西端幫+48水平處涵洞與西露天礦相連，涵洞內僅能采用單斗-鐵道工藝和使用帶式輸送機進行剝離物料的運輸，這也就基本確定了東露天礦的運輸方式為帶式輸送機。

但是富礦及部分剝離去往油廠、東舍場的路線，沒有鋪設帶式輸送機的條件。所以東露天礦工藝改造路線為油頁巖以上采用半連續(xù)工藝，以下采用單斗-電鐵間斷工藝[4-6]。

4.2.3 采剝工藝系統改造

半連續(xù)工藝分為單斗-自移式破碎機+帶式輸送機半連續(xù)工藝和單斗-卡車+半移動式破碎站-帶式輸送機工藝兩種。針對剝離和采礦工程，本方案對這2種工藝方案分別進行分析，分析如下：

1）方案1：單斗-自移式破碎機+帶式輸送機半連續(xù)工藝。為了不影響正常生產，現有的單斗-鐵道工藝形成的工作面臺階必須自下而上逐步進行改造。目前，東露天礦年剝離量約為13.0 Mm3/a，至2020年將達到20.0 Mm3/a。現有電鏟十幾臺，其中有8臺10 m3斗容的單斗挖掘機，為使現有設備最大化利用，且由于露天礦工作面臺階也不適宜使用特大型的設備，設計確定10 m3斗容的單斗挖掘機為主要剝離和富礦采掘設備。煤炭的開采仍然使用原有設備。自移式破碎機的型號是根據電鏟的能力確定的，相應的帶式輸送機也根據自移式破碎機的能力確定，設計確定帶式輸送機采用兩采一移[7]。

露天礦的設備系統改造需要從露天礦最底部的臺階進行，從下逐步向上一個臺階一個臺階的進行改造，這樣便不會影響露天礦現有的單斗-鐵道正常生產，露天礦的生產在系統改造時才能不中斷。

2）方案2：單斗-卡車+半移動式破碎站-帶式輸送機半連續(xù)工藝。采用單斗-卡車在工作面運行，工作面總長5.5 km，相對于卡車的合理運距太大，設計將半移動式破碎站分放于露天礦的西端幫和露天礦的中部，這樣有利于縮短卡車的運距。鑒于東露天礦已有的電鏟的型號和能力已經確定，其它設備也需根據電鏟的大小進行匹配。

東露天礦現有十幾臺單斗挖掘機，其中有8臺10 m3斗容的單斗挖掘機，為使現有設備利用最大化，且露天礦工作面臺階也不適宜使用特大型的設備，設計確定10 m3斗容的電鏟為主要剝離和富礦采掘設備。煤炭的開采仍然使用原有設備。半移動式破碎站的型號是根據總的剝離量、富礦量和卡車數量來確定的，相應的帶式輸送機也根據總的剝離量、富礦量確定下來。

3）方案比選。方案1中由于電鏟斗容為10 m3，相應的挖掘能力較小，所使用的自移式破碎機和帶式輸送機也較小，這就導致自移式破碎機和帶式輸送機要布置到每個臺階，不能使用組合臺階，而東露天礦是急傾斜礦，隨著工作幫向前推進，露天礦底部需要不斷的拓展，而根據每年的剝采量一定和單斗-自移式破碎機自身的狀況，露天礦不需再增加設備，這樣就不能兼顧開拓和下延。除非工作幫上部臺階增加超前剝離急速推至地表境界，然后將設備移設至露天礦底部進行下延剝離，但這樣就增加了投入，使得露天礦不能均衡發(fā)展。

方案2由于將破碎站分置于露天礦的西、中2個部分，合理的解決了卡車運距大的問題，從而減少了生產成本。卡車靈活，易于管理，正適合急傾斜的露天礦的生產[8]。

經比選方案2優(yōu)于方案1。但是無論哪種方案都存在上部汽車工藝與下部電鐵工藝交叉的問題。并且卡車在東露天礦的日常生產會產生煙塵和尾氣，而東露天礦位于撫順市區(qū)，會嚴重的影響環(huán)境。

4.2.4 排土工藝系統改造

排土工藝系統改造為帶式輸送機進行物料運輸，這樣與之匹配的排棄機械為排土機。排土機布置位置及排棄能力與4.1一致，只是取消了受料倉和破碎環(huán)節(jié)，帶式輸送機將排棄物料直接由北幫運至W200線和W600線之間。東露天礦西端幫+48水平處涵洞與西露天礦相連，根據現有技術需要占用一個隧道將鐵道改造成帶式輸送機來運輸剝離物。其改造時會影響生產。

5 結語

東露天礦剝采排生產系統由單斗-鐵道工藝改為單斗-卡車+半移動式破碎站-帶式輸送機系統在技術實現上是可行的，但東露天礦位于撫順市市區(qū)，卡車運輸過程中所產生的環(huán)境污染不能很好的處理問題。另外，露天礦系統改造需要1～2 a的時間，在改造過程中，會影響露天礦的生產，導致富礦供應不足，這使得東露天礦改造目前不能很好的實現。并且改造費用高，煤炭及油頁巖市場價格走低，全系統改造不經濟。

目前通過改造西露天礦的排土工程可解決東露天礦的剝離物排棄困難。工藝系統升級改造最終解決了排土的瓶頸問題。并且工藝改造后，可減少部分采礦、運輸設備及人員，節(jié)約了生產成本，排土工藝改造后，排土成本較原鐵路工藝有優(yōu)勢。

［1］撫順礦業(yè)集團設計院有限責任公司.撫順礦業(yè)集團東露天礦恢復工程初步設計說明書［R］.撫順：撫順礦業(yè)集團設計院有限責任公司，2006.

［2］中煤科工集團沈陽設計研究院有限公司.撫順礦業(yè)集團有限責任公司東露天礦排土系統工藝改造方案［R］.沈陽：中煤科工集團沈陽設計研究院有限公司，2016.

［3］撫順礦業(yè)集團東露天礦.東露天礦2017年年度生產設計說明書［R］.撫順：撫順礦業(yè)集團東露天礦，2016.

［4］駱中洲.露天采礦學上冊［M］.徐州：中國礦業(yè)大學出版社，1986.

［5］楊榮新.露天采礦學下冊［M］.徐州：中國礦業(yè)大學出版社，1986.

［6］徐永圻.煤礦開采學［M］.徐州：中國礦業(yè)大學出版社，1999.

［7］GB 50197—2015.煤炭工業(yè)露天礦設計規(guī)范［S］.

［8］中煤科工集團沈陽設計研究院有限公司.撫順礦業(yè)集團東露天礦開采工藝系統改造方案說明書［R］.沈陽：中煤科工集團沈陽設計研究院有限公司，2015.

【責任編輯：解連江】

Discussion on technological transformation project of Fushun East Open-pit Mine

HUO Mingliang
(Designing Institute,Fushun Mining Group Co.,Ltd.,Fushun113017,China)

Fushun East Open-pit Mine adopts the production process of shovel-electric iron as primary,shovel-mining car as supplemented.With the development of mine,electric iron mining technology has not been greatly developed,the basic equipment is not updated,which cause large labor intensity,recruitment difficulties,production number,production cost higher.In particular,there are outstanding problems in soil drainage.In view of this situation,this article puts forward the scheme of technological transformation.

technological transformation;semi continuous;discontinuous;cost

TD824

B

1671－9816（2017）08－0022－04

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.08.006

霍明亮.撫順東露天礦工藝改造的方案探討［J］.露天采礦技術，2017，32（8）：22-25.

2017-03-14

霍明亮（1985—），男，遼寧鞍山人，學士，畢業(yè)于河北工程大學采礦工程專業(yè)，從事露天采礦設計工作。