自移式半連續(xù)工藝工作線布置形態(tài)的研究

蘇遷軍

（中煤科工集團(tuán)沈陽設(shè)計研究院有限公司，遼寧沈陽110015）

自移式半連續(xù)工藝工作線布置形態(tài)的研究

蘇遷軍

（中煤科工集團(tuán)沈陽設(shè)計研究院有限公司，遼寧沈陽110015）

以神華準(zhǔn)格爾能源有限責(zé)任公司黑岱溝露天礦為研究背景，通過理論分析、技術(shù)經(jīng)濟(jì)方案對比等研究手段，對單斗-自移式破碎機(jī)半連續(xù)工藝初始布置時露天礦工作線過渡方案進(jìn)行研究。結(jié)果表明：在半連續(xù)系統(tǒng)工作線調(diào)整期間，工作線全部拉直過渡方案較部分拉直過渡方案生產(chǎn)成本低，且后期不增加運(yùn)輸成本。

黑岱溝露天礦；自移式破碎機(jī)；工作線；拉直

0 引言

而單斗-自移式破碎機(jī)半連續(xù)工藝受移設(shè)環(huán)節(jié)的限制，工作面帶式輸送機(jī)的布置應(yīng)與端幫帶式輸送機(jī)保持垂直。從目前采區(qū)劃分及黑岱溝二采區(qū)剝采工作線布置形態(tài)來看，在工作線推進(jìn)方向上，二采區(qū)西側(cè)工作線與端幫臺階方向夾角為110°，剝離采用單斗-自移式破碎機(jī)半連續(xù)工藝時，必須在系統(tǒng)布置前調(diào)整半連續(xù)系統(tǒng)的工作臺階與端幫臺階的夾角以形成垂直狀態(tài)[1-3]。在調(diào)整期間，不同工作線調(diào)整直方案對調(diào)整期的生產(chǎn)成本或露天礦后期生產(chǎn)組織有差別性影響。因此，為了進(jìn)一步研究單斗-自移式破碎機(jī)半連續(xù)生產(chǎn)工藝在黑岱溝二采區(qū)開采過程中應(yīng)用的可行性，根據(jù)單斗-自移式破碎機(jī)半連續(xù)工藝的技術(shù)特點，結(jié)合開采現(xiàn)狀，著重分析并選擇合適的半連續(xù)系統(tǒng)生產(chǎn)工作線調(diào)整方案，相關(guān)結(jié)果對單斗-自移式破碎機(jī)半連續(xù)工藝的應(yīng)用具有重要指導(dǎo)意義。

1 生產(chǎn)現(xiàn)狀概況

在準(zhǔn)能公司一系列降本增效的優(yōu)化發(fā)展規(guī)劃中，單斗-自移式破碎機(jī)半連續(xù)工藝剝離工藝，將成為黑岱溝進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本，提高現(xiàn)有卡車運(yùn)輸效率的主要技術(shù)革新措施之一。

目前，黑岱溝露天礦由首采區(qū)向二采區(qū)轉(zhuǎn)向過渡剛剛完成，采剝工作線已全部轉(zhuǎn)入二采區(qū)生產(chǎn)，根據(jù)兩礦2017年3月生產(chǎn)現(xiàn)狀圖，兩礦采場中部壓幫水平為+1 130 m水平。在兩礦協(xié)調(diào)開采基礎(chǔ)上，2017年以后的10余年內(nèi)，兩礦將一直相鄰并行向東推進(jìn)，長期處于"空間上相鄰、方向上同向、時間上同步、開采上獨(dú)立、系統(tǒng)存在交叉"的生產(chǎn)狀態(tài)[4-5]。

受采區(qū)劃分的影響，二采區(qū)南部分區(qū)界長于北部分區(qū)界，采區(qū)過渡后，二采區(qū)初始剝采工作線與端幫不垂直，布置單斗-自移破碎站式半連續(xù)系統(tǒng)時，北端幫帶式輸送機(jī)與工作面帶式輸送機(jī)呈110°夾角。在進(jìn)行帶式輸送機(jī)移設(shè)過程中，由于工作面帶式輸送機(jī)只能沿工作線垂直方向移設(shè)，使得工作面帶式輸送機(jī)機(jī)頭位置逐漸偏離端幫帶式輸送機(jī)，按露天礦年推進(jìn)度400 m計算，工作線帶式輸送機(jī)移設(shè)后，機(jī)頭每年偏離端幫帶式輸送機(jī)145 m。因此，半連續(xù)系統(tǒng)生產(chǎn)工作面帶式輸送機(jī)與端幫不垂直，直接影響單斗-自移破碎站式半連續(xù)系統(tǒng)的布置，同時也易對露天礦產(chǎn)生不穩(wěn)定生產(chǎn)因素，如何調(diào)整現(xiàn)狀工作幫，使工作面帶式輸送機(jī)與端幫帶式輸送機(jī)相互垂直狀態(tài)，是保證半連續(xù)系統(tǒng)初期布置所面臨的關(guān)鍵問題[6-9]。

2 半連續(xù)系統(tǒng)工作線初始布置方案

2.1 基本技術(shù)條件

2.1.1 工作線初始布置水平的確定

回到客廳，蘇母坐在沙發(fā)上擦眼淚。蘇穆武在旁邊來回走著，邊走邊說：不讓你管他們的事，你就是不聽！又拍到洋馬蹄子上了吧？這叫沒腦子的雞，記吃不記打！蘇母委屈地：我心里難受，你就不要添油加醋了。蘇穆武繼續(xù)說道：我不是添油加醋，當(dāng)初我就不同意找個洋女婿，張陽有啥不好，你們非要來個對外貿(mào)易，碰上貿(mào)易壁壘了吧？這才剛剛開頭，這個洋姑爺不知以后會搗鼓出啥事來呢！你就等著瞧吧！

單斗-自移式破碎機(jī)半連續(xù)工藝的布置水平受黃土層分布的影響，其布置水平只能布置在純巖石臺階上。根據(jù)2018—2020年黑岱溝采區(qū)各開采水平巖石、黃土層分布情況分析，半連續(xù)系統(tǒng)初期布置水平只能布置在+1 150 m水平以下。

2.1.2 端幫布置形式的選擇

由于黑岱溝與相鄰的哈爾烏素露天礦呈前后追蹤的開采方式，中部壓幫水平高度為+1 100 m，如考慮將半連續(xù)系統(tǒng)端幫帶式輸送機(jī)沿南幫布置，半連續(xù)系統(tǒng)服務(wù)水平為+1 135 m，造成南幫運(yùn)輸水平與半連續(xù)系統(tǒng)采掘工作面水平落差較大。因此，黑岱溝南幫不具備布置半連續(xù)系統(tǒng)端幫帶式輸送機(jī)的條件，半連續(xù)系統(tǒng)端幫帶式輸送機(jī)可布置在北幫+1 150 m水平實現(xiàn)半連續(xù)系統(tǒng)的采掘運(yùn)輸與排土運(yùn)輸順利銜接。

2.1.3 公共端幫合理壓幫高度的確定

目前，黑岱溝與哈爾烏素兩礦工作線采用"Z"字形前后追蹤開采，在兩礦協(xié)調(diào)開采基礎(chǔ)上，通過建立"相鄰端幫合理壓幫高度的動態(tài)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型"確定了兩礦采區(qū)公共端幫合理壓幫高度確定為+1 100 m水平，較現(xiàn)狀壓幫水平+1 130 m，優(yōu)化后的兩礦相鄰端幫壓幫水平降低了30 m。

2.2 半連續(xù)系統(tǒng)初始布置工作線布置方案

在現(xiàn)狀剝采工作線基礎(chǔ)上，為消除端幫帶式輸送機(jī)與工作面帶式輸送機(jī)不垂直造成的移設(shè)復(fù)雜影響，提出了2種通過調(diào)整采剝工作線拉直方案來解決單斗-自移式破碎機(jī)半連續(xù)系統(tǒng)端幫帶式輸送機(jī)和工作面帶式輸送機(jī)保持垂直的半連續(xù)系統(tǒng)前期布置準(zhǔn)備方案。

2.2.1 方案1：工作線全部臺階轉(zhuǎn)直

采煤工作面轉(zhuǎn)入一采區(qū)北部生產(chǎn)時，以工作線北部為扇軸，工作線南部為扇端逐步進(jìn)行扇形轉(zhuǎn)向，使所有采掘工作線方向與端幫垂直，轉(zhuǎn)向角度約為20°。根據(jù)礦山開采計劃，黑岱溝露天礦采煤工作線預(yù)計2017年初徹底進(jìn)入一采區(qū)北部生產(chǎn)，考慮到工作線扇端轉(zhuǎn)向時推進(jìn)度較大（采用1 a轉(zhuǎn)向過渡時的扇端推進(jìn)度約900 m），為保證露天礦穩(wěn)定生產(chǎn)，本次研究確定工作線轉(zhuǎn)向過渡期為2年，2018年末完成轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向期間共生產(chǎn)原煤6 750.82萬t。

優(yōu)點：解決了巖石半連續(xù)系統(tǒng)生產(chǎn)移設(shè)問題；同時，轉(zhuǎn)向后采場南幫卡車排土運(yùn)輸運(yùn)距整體減小。缺點：吊斗鏟隨采掘工作面扇形轉(zhuǎn)向，造成工作線兩端推進(jìn)度不同，吊斗鏟生產(chǎn)采幅不同，其作業(yè)程序?qū)⒁欢ǔ潭壬线M(jìn)行調(diào)整，吊斗鏟系統(tǒng)難以發(fā)揮其穩(wěn)定的生產(chǎn)能力，此時需配備其他單斗卡車設(shè)備進(jìn)行輔助作業(yè)。工作幫全部轉(zhuǎn)向工程位置如圖1所示。

圖1 工作幫全部轉(zhuǎn)向方案示意圖

2.2.2 方案2：工作線部分臺階轉(zhuǎn)直

剝離半連續(xù)系統(tǒng)布置水平以下臺階保留原生產(chǎn)狀態(tài)，僅將半連續(xù)系統(tǒng)布置水平及以上臺階轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向角度為20°,為保證露天礦穩(wěn)定生產(chǎn)，本次研究確定工作線轉(zhuǎn)向過渡期為2 a，2018年末完成轉(zhuǎn)向。根據(jù)各年剝離巖土分布情況，半連續(xù)系統(tǒng)布置初期其系統(tǒng)布置在+1 035 m水平，剝離工作線轉(zhuǎn)向調(diào)整后，+1 035 m水平以上剝離臺階工作線與端幫保持垂直。

優(yōu)點：剝離下部的吊斗鏟工作臺階無需轉(zhuǎn)向，吊斗鏟作業(yè)不受轉(zhuǎn)向影響。缺點：剝離上部臺階部分工作線轉(zhuǎn)向拉直，在轉(zhuǎn)向期間及生產(chǎn)后期半連續(xù)系統(tǒng)上部的南幫卡車排土運(yùn)輸運(yùn)距增大，同時也增大了部分超前剝離量。工作幫部分臺階轉(zhuǎn)向生產(chǎn)工程位置如圖2所示。

圖2 工作幫部分臺階轉(zhuǎn)向方案示意圖

2.2.3 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比

1）壓幫高度變化對運(yùn)營成本的影響

由于壓幫高度的降低，必將導(dǎo)致兩采區(qū)壓幫水平下部雙環(huán)內(nèi)排臺階數(shù)量減少，兩采區(qū)壓幫水平上部的剝離物內(nèi)排發(fā)生的反向運(yùn)輸成本增大；相反，黑岱溝采區(qū)由于壓幫內(nèi)排水平的降低引起二次剝離量的減小[5]。

①內(nèi)排留溝導(dǎo)致上部剝離物水平運(yùn)距及提升高度變化所引起的運(yùn)輸成本變化值

式中：v為露天礦工作幫推進(jìn)度，m/a；B為煤層厚度，m；L0為黑岱溝采區(qū)采煤工作線長度，km；K為卡車爬升坡度，%；C1為卡車水平運(yùn)輸單位距離增加的運(yùn)輸成本，元/m3·km；C2為卡車縱向運(yùn)輸單位提升高度增加的運(yùn)輸成本，元/m3·m。

②內(nèi)排留溝節(jié)省的二次剝離費(fèi)用

式中：v為工作幫推進(jìn)度，m/a；C3為卡車綜合單位運(yùn)費(fèi)，元/m3·km；C4為采裝單價，元/m3。

利用已建立的兩礦內(nèi)排壓幫的成本-費(fèi)用模型，分別計算兩方案轉(zhuǎn)向前后的壓幫高度降低運(yùn)導(dǎo)致營成本的變化情況，見表1，結(jié)果表明：2017-2018年采區(qū)工作面轉(zhuǎn)向期間，兩方案壓幫高度從+1 130 m降到+1 100 m，由于壓幫高度降低，方案1運(yùn)營成本相對減少了1 149.44萬元，方案2運(yùn)營成本相對減少了1 259.52萬元。

表1 轉(zhuǎn)向前后壓幫高度降低二次剝離費(fèi)用變化計算

2）工作線長度變化對運(yùn)輸成本的影響

轉(zhuǎn)向后，剝離、排土工作線長度相應(yīng)減小，兩方案轉(zhuǎn)向前后各年減少的卡車運(yùn)距及運(yùn)輸成本變化情況，見表2，結(jié)果表明：2017—2018年采區(qū)工作面轉(zhuǎn)向期間，方案1的二次剝離區(qū)間高度為+1 075～1 195 m，剝離運(yùn)輸總量為19 173萬m3，轉(zhuǎn)向期間，卡車綜合運(yùn)距分別減少了0.14 km和0.11 km，對比轉(zhuǎn)向前總運(yùn)輸成本減少了5 197萬元；方案2的二次剝離區(qū)間高度為+1 135～1 195 m，剝離運(yùn)輸總量為9 161萬m3，轉(zhuǎn)向期間，卡車綜合運(yùn)距分別減少了0.11 km和0.08 km，對比轉(zhuǎn)向前總運(yùn)輸成本減少了1 903萬元。

3）工作幫布置方案選擇

由上述對比分析可得，包含轉(zhuǎn)向前后的二次剝離成本及運(yùn)輸成本變化：工作線全部拉直后（方案1）的總剝離運(yùn)營成本較轉(zhuǎn)向前減少了6 347萬元，工作線轉(zhuǎn)向部分拉直后（方案2）的總剝離運(yùn)營成本比轉(zhuǎn)向前減少了3 163萬元。整體分析，工作線全部拉直方案相對部分拉直方案生產(chǎn)成本節(jié)省3 184萬元。另外，工作線部分拉直方案后期，半連續(xù)系統(tǒng)布置水平上部的南側(cè)卡車運(yùn)距增加0.5 km，按2 000萬m3剝離運(yùn)量計算，年運(yùn)輸成本增加2 200萬元。綜上所述，本次研究選擇工作線全部拉直的轉(zhuǎn)向方式。

表2 轉(zhuǎn)向前后卡車運(yùn)距及運(yùn)輸成本變化計算

3 結(jié)論

在黑岱溝露天礦二采區(qū)剝采工作線初始布置條件基礎(chǔ)上，通過分析單斗-自移式破碎機(jī)半連續(xù)工藝的布置條件及移設(shè)條件，通過技術(shù)方案比較，確定了黑岱溝露天礦二采區(qū)初始布置單斗-自移式破碎機(jī)半連續(xù)剝離系統(tǒng)時，現(xiàn)狀剝采工作線應(yīng)采用全部轉(zhuǎn)向并與端幫垂直的過渡方式，從過渡期及后續(xù)生產(chǎn)的生產(chǎn)成本分析來看，此過渡方案更具有經(jīng)濟(jì)合理性，為露天礦后期剝離半連續(xù)系統(tǒng)的工藝布置準(zhǔn)備提供重要技術(shù)理論指導(dǎo)。

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【責(zé)任編輯：解連江】

Research on self-moving semi-continuous technology working-line layout pattern

SU Qianjun
(China Coal Technology and Engineering Group Shenyang Design&Research Institute,Shenyang 110015,China)

Taking Heidaigou Open-pit Mine as the research background,through theoretical analysis and the comparison of technical and economic programs,the article researches the working-line transition scheme in the initial layout of single bucket self-moving crusher semi-continuous mining technology.Results indicate that during the adjustment period of semi-continuous working-line,the working-line all straightened transition scheme costs is less than part of straightened transition scheme,and the transportation cost will not be increased later.

Heidaigou Open-pit Mine;self-moving crusher;working-line;straighten

TD824

B

1671－9816（2017）08－0029－04

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.08.008

蘇遷軍.自移式半連續(xù)工藝工作線布置形態(tài)的研究［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（8）：29-32.

2017-04-12

蘇遷軍（1983—）,男，遼寧大連人，碩士，2010年畢業(yè)于東北大學(xué)采礦工程專業(yè)，現(xiàn)就職于中煤科工集團(tuán)沈陽設(shè)計研究院有限公司露天工程所，主要從事露天礦設(shè)計與工程咨詢方面工作。