魏家峁露天煤礦破碎運(yùn)煤系統(tǒng)布置研究

劉宏宇，國(guó) 新，張 瓊

（1.北方魏家峁煤電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯010308；2.內(nèi)蒙古煤礦設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特010000）

半連續(xù)工藝有利于擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，降低生產(chǎn)成本，可根據(jù)礦山具體生產(chǎn)條件靈活設(shè)置，是露天礦開(kāi)采工藝的重要發(fā)展方向之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在水平區(qū)段采用帶式輸送機(jī)替代卡車運(yùn)輸?shù)V巖物料，可降低66%的運(yùn)輸費(fèi)用，在上行區(qū)段甚至可降低86%[1]；此外，汽車運(yùn)輸成本隨著開(kāi)采深度的不斷延伸而急劇增加，但采用帶式輸送機(jī)運(yùn)輸費(fèi)用反而增加不多[2]，因此采用合適的破碎站用于降低礦巖輸送粒度、提高生產(chǎn)效率，已成為露天礦山的趨勢(shì)[3]。為此，如何針對(duì)魏家峁露天煤礦實(shí)際開(kāi)采條件，合理安排破碎系統(tǒng)，有效降低生產(chǎn)成本，進(jìn)一步提高礦山企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和核心競(jìng)爭(zhēng)力[4]。

1 礦山概況

魏家峁露天煤礦剝離采用單斗挖掘機(jī)-卡車間斷開(kāi)采工藝，采煤采用單斗挖掘機(jī)-卡車-半固定式破碎站-帶式輸送機(jī)半連續(xù)開(kāi)采工藝，經(jīng)營(yíng)方式為外包與自營(yíng)相結(jié)合，即＋1 088 m 以下采用露天礦自有設(shè)備，以上采用外委方式。該露天礦共劃分為3 個(gè)采區(qū)，目前在首采區(qū)進(jìn)行剝采，采用縱采，即工作線東西向布置、由北向南推進(jìn)。剝離物外排與內(nèi)排相結(jié)合，其中外委剝離物上部黃土與紅土運(yùn)送至外排土場(chǎng)，下部巖石運(yùn)輸至內(nèi)排土場(chǎng)，自主設(shè)備剝離物運(yùn)送至內(nèi)排土場(chǎng)。

魏家峁露天礦1#煤破碎站位于首采區(qū)東北角。原煤要運(yùn)輸至東北側(cè)的1#破碎站，根據(jù)原煤生產(chǎn)系統(tǒng)、運(yùn)輸系統(tǒng)及破碎站位置關(guān)系，根據(jù)現(xiàn)狀計(jì)算目前6#煤運(yùn)至1#破碎站的運(yùn)輸距離為2.05 km。

初步設(shè)計(jì)只對(duì)基建期的建設(shè)情況進(jìn)行研究，對(duì)于后期生產(chǎn)中的破碎站移設(shè)問(wèn)題，大致確定了破碎站移設(shè)后卸載平臺(tái)的位置，并確定了地表境界以及擴(kuò)幫工程位置和工作量。暫定設(shè)計(jì)由原破碎站移設(shè)至規(guī)劃位置，帶式輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)隨之延伸，拐角處設(shè)置轉(zhuǎn)載站4 處，帶式輸送機(jī)延伸2 km。但初步設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)中明確提出，卡車運(yùn)輸距離過(guò)長(zhǎng)時(shí)要提前考慮進(jìn)行破碎站移設(shè)及帶式輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)的延伸工程，屆時(shí)進(jìn)行進(jìn)一步的研究后確定移設(shè)位置、移設(shè)時(shí)間和投資概算等。

初步設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)破碎站卸載平臺(tái)為1 070 m 水平，帶式輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)標(biāo)高為1 060 m 水平，平行于沿幫公路設(shè)置。根據(jù)暫定移設(shè)位置、卸載平臺(tái)及帶式輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)布置及擴(kuò)幫工程位置，端幫為卸載平臺(tái)及通車，進(jìn)行拓幫處理，產(chǎn)生工程量約185 萬(wàn)m3。

2 破碎站帶式輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)布置

魏家峁露天礦首采區(qū)長(zhǎng)2.66 km，隨著采煤不斷向西南推進(jìn)，采煤運(yùn)距不斷增加的情況下，考慮將1#半固定破碎站由原首采區(qū)出入溝位置移設(shè)至首采區(qū)中部，以滿足采煤運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)合理性。但同時(shí)需要考慮坑口電廠的持續(xù)用煤需求，保證帶式輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)供煤的連續(xù)性。

2．1 系統(tǒng)布置原則

露天礦應(yīng)用半連續(xù)工藝的破碎帶式輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)應(yīng)因地制宜，揚(yáng)長(zhǎng)避短，充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。同時(shí)也要遵循破碎站服務(wù)期間原煤平均運(yùn)輸成本最小和破碎站移設(shè)布置要對(duì)礦山生產(chǎn)系統(tǒng)影響最優(yōu)的經(jīng)濟(jì)原則[5]。破碎站的位置布置多樣，根據(jù)需求可設(shè)在采剝工作面、露天礦坑內(nèi)煤層底板或者端幫位置以及境界地表等[6]。但在一定運(yùn)輸范圍內(nèi)帶式輸送機(jī)運(yùn)輸較卡車運(yùn)輸簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，所以要盡量選擇卡車運(yùn)輸距離較短的區(qū)域布置破碎站。半固定破碎站需要隨開(kāi)采水平深度不斷延伸。同時(shí)破碎站隨著采剝工作面變化而進(jìn)行的移設(shè)，影響生產(chǎn)連續(xù)性。同時(shí)帶式輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)易受氣候影響[7]。

2．2 破碎站布置方式

破碎站布置方式包括破碎站布設(shè)位置、卡車調(diào)車方式和轉(zhuǎn)載方式等。破碎站布置與破碎系統(tǒng)的型式、地質(zhì)條件、開(kāi)采工藝、開(kāi)拓運(yùn)輸系統(tǒng)及礦巖力學(xué)性質(zhì)有關(guān)[8]。

針對(duì)魏家峁露天煤礦的工程實(shí)際情況，破碎站的可布置在端幫上或采場(chǎng)煤層底板，由于采場(chǎng)非工作幫平盤尺寸過(guò)小，不足以設(shè)置半固定破碎站，因此破碎站設(shè)計(jì)于端幫位置，又結(jié)合臺(tái)階布置情況，以保持原有臺(tái)階水平來(lái)減少拓幫工程量的基礎(chǔ)上，計(jì)劃設(shè)計(jì)在1 064 m 水平，這樣卡車運(yùn)距較小，可以利用采剝臺(tái)階作為卸載平臺(tái)，穩(wěn)定性較好。

2．3 系統(tǒng)布置方案

根據(jù)初步設(shè)計(jì)，提出原破碎系統(tǒng)直接移設(shè)的方案1 和增設(shè)1 套新破碎系統(tǒng)的方案2 套方案進(jìn)行比選分析。

1）方案1。將現(xiàn)有1#破碎站拆除后，移設(shè)至采坑端幫初步設(shè)計(jì)規(guī)劃移設(shè)位置，并新設(shè)1 套從破碎站到102 帶式輸送機(jī)機(jī)尾的帶式輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)?？煽s短運(yùn)距，節(jié)約燃油成本等。破碎站移設(shè)后，帶式輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)自然布置于魏家峁露天煤礦的沿幫公路上，減少架設(shè)基礎(chǔ)的工程量和工作難度，但破碎站移設(shè)期間，原煤無(wú)法通過(guò)帶式輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)破碎運(yùn)輸，將會(huì)影響采煤工作線的推進(jìn)，甚至?xí)?dǎo)致電廠供煤不足，且如果仍采用單系統(tǒng)運(yùn)輸，對(duì)于維修及備件供應(yīng)提出極大的要求，對(duì)露天礦生產(chǎn)管理系統(tǒng)的要求極高，故對(duì)原煤生產(chǎn)系統(tǒng)的影響極大。而且移設(shè)施工對(duì)時(shí)間要求嚴(yán)格。

2）方案2。為保證煤電公司電廠供煤的持續(xù)穩(wěn)定，故提出原有破碎系統(tǒng)保持不動(dòng)的情況下，新增設(shè)1 臺(tái)破碎系統(tǒng)的方案?，F(xiàn)有1#破碎站不動(dòng)，再采購(gòu)1套和1#破碎站同樣型號(hào)的破碎機(jī)能力仍然為2 000 t/h 的2#破碎站，安裝在端幫移設(shè)位置處，并加裝1套從破碎站到102 帶式輸送機(jī)機(jī)尾的帶式輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)。設(shè)備型號(hào)相同可方便配件供應(yīng)及后期維修。同時(shí)1#破碎站作為備用設(shè)施能夠在2#破碎站故障時(shí)依然可以保障電廠燃煤需求。雖然方案2 滿足了電廠供煤需求，但增設(shè)了系統(tǒng)設(shè)備，投資固然增加，是否合理需要進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益分析。增設(shè)破碎站布置方案圖如圖1。

3 經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比

原煤運(yùn)輸費(fèi)用F1可表示為：

式中：F1為煤運(yùn)輸至采場(chǎng)內(nèi)破碎站運(yùn)輸費(fèi)用，元；Lc為帶式運(yùn)輸機(jī)長(zhǎng)度，m；Cc為帶式運(yùn)輸機(jī)運(yùn)煤成本，元/（km·t）；Co為卡車噸公里運(yùn)費(fèi)，元/（km·t）；q 為年生產(chǎn)能力，t。

按目前魏家峁露天礦實(shí)際統(tǒng)計(jì)值，帶式輸送機(jī)長(zhǎng)度為2 km，帶式輸送機(jī)平均成本0.35 元/（km·t），卡車運(yùn)輸噸公里費(fèi)用2.2 元/（km·t）計(jì)算。2 個(gè)方案布設(shè)位置相同，故原煤運(yùn)輸至破碎站費(fèi)用均為1 542 萬(wàn)元。

圖1 增設(shè)破碎站布置方案圖

延伸帶式輸送機(jī)運(yùn)輸后，沿幫公路由帶式輸送機(jī)運(yùn)輸運(yùn)輸代替卡車運(yùn)輸所節(jié)省的運(yùn)輸費(fèi)用F2為：

式中：F2為帶式輸送機(jī)運(yùn)輸代替卡車運(yùn)輸節(jié)省的費(fèi)用，元。

經(jīng)計(jì)算，帶式輸送機(jī)2 個(gè)方案運(yùn)輸代替卡車節(jié)省運(yùn)輸費(fèi)用均為2 220 萬(wàn)元。

方案1 中，1#破碎站需要移設(shè)，費(fèi)用包括開(kāi)挖土方，預(yù)制混凝土基礎(chǔ)，拆除費(fèi)，安裝費(fèi)，調(diào)試運(yùn)行費(fèi)等，參照1#破碎站最初購(gòu)置安裝時(shí)混凝土基礎(chǔ)量，安裝試運(yùn)行費(fèi)，結(jié)合其他類似礦山比較分析。預(yù)估1#破碎站移設(shè)土建費(fèi)用為1 480 萬(wàn)元，破碎站拆除安裝費(fèi)用290 萬(wàn)元，增加購(gòu)置膠帶和安裝2 240 萬(wàn)元。

方案2 中，需要新購(gòu)置1 套2#破碎系統(tǒng)，故而移設(shè)投資費(fèi)用中土建投資1 480 萬(wàn)元，設(shè)備購(gòu)置安裝費(fèi)用為4 930 萬(wàn)元。

方案對(duì)比分析表見(jiàn)表1。

表1 方案對(duì)比分析表

從分析表中可以看出，方案2 對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)影響小，且施工困難程度低，同時(shí)后續(xù)維護(hù)較為容易，而投資費(fèi)用方面則方案1 較小。

4 結(jié) 語(yǔ)

為保證魏家峁電廠整體運(yùn)營(yíng)，減少魏家峁露天煤礦原煤生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)距，節(jié)省運(yùn)輸成本，在現(xiàn)有運(yùn)輸設(shè)備不變的前提下提高生產(chǎn)效率，通過(guò)對(duì)半連續(xù)工藝的半固定破碎站進(jìn)行移設(shè)分析，依據(jù)破碎站帶式輸送機(jī)系統(tǒng)布置原則和布置方式的研究，從移設(shè)位置、影響因素和經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行對(duì)比分析，得出增設(shè)一套半固定破碎系統(tǒng)和帶式輸送機(jī)系統(tǒng)移設(shè)延伸的移設(shè)布置方式更適合于魏家峁露天煤礦。