露天礦生產(chǎn)能力核定分析

張 鐳，宋景輝

（1.云南省煤炭產(chǎn)業(yè)集團，云南昆明 650011；2.昆明煤炭設計研究院，云南昆明 650011）

煤礦生產(chǎn)能力是保障煤礦安全生產(chǎn)的產(chǎn)量上限，是煤礦依法組織生產(chǎn)，煤炭行業(yè)管理部門、煤礦安全監(jiān)管部門和煤礦安全監(jiān)察機構依法實施監(jiān)管監(jiān)察的依據(jù)[1]。為此，通過分析露天煤礦采煤能力和剝離能力單獨核定的問題以及年推進度、年降深速度、邊坡穩(wěn)定、咽喉道口車流密度對生產(chǎn)能力的影響。確保生產(chǎn)能力核定的準確性。

1 生產(chǎn)能力管理概述

隨著國家對煤炭工業(yè)安全生產(chǎn)管理力度不斷加大，煤礦生產(chǎn)能力的管理工作越來越規(guī)范，2014 年國家安監(jiān)總局以安監(jiān)總煤行【2014】61 號出臺了《煤礦生產(chǎn)能力管理辦法》，2020 年又出臺了《煤礦生產(chǎn)能力管理辦法》（征求意見稿），針對露天煤礦生產(chǎn)能力核定征求意見稿比原《煤礦生產(chǎn)能力管理辦法》進行了很多細化，其中主要增加了以下3 個方面。

1）明確生產(chǎn)能力核增幅度。生產(chǎn)能力核增幅度原則上不超過標準設計井型規(guī)模2 級級差，一級安全生產(chǎn)標準化煤礦核增幅度可上浮1 級級差。

2）明確核增生產(chǎn)能力的間隔時間。新投產(chǎn)煤礦和已核定生產(chǎn)能力煤礦原則上3 年內(nèi)不得通過生產(chǎn)能力核定方式提高產(chǎn)能規(guī)模，一井一面、實現(xiàn)智能化開采、一級安全生產(chǎn)標準化煤礦間隔時間可以適當縮短。

3）對不得核增生產(chǎn)能力的條件進行了增設。露天煤礦批復用地達不到3 年接續(xù)要求，采煤全部自營、剝離外包單位不超過2 家。針對露天煤礦生產(chǎn)能力核定工作征求意見稿比原《煤礦生產(chǎn)能力管理辦法》更細致、更具體，更加完善了露天礦的生產(chǎn)能力核定工作，但是生產(chǎn)能力核定標準還是存在一些不完備、不全面的問題。

2 生產(chǎn)能力核定需要注意的問題

2.1 采煤能力和剝離能力進行單獨核定

煤礦生產(chǎn)能力核定標準中露天煤礦原煤生產(chǎn)能力按下式計算：

式中：Pc為核定的年原煤生產(chǎn)能力，萬t/a；Pt為剝采能力，萬m3/a；R 為核定當年、前1 年、后1年3 年平衡剝采比，m3/t；ρ 為原煤視密度，t/m3；r 為毛煤系數(shù)，r＞1。

由于同一煤礦平均剝采比一段時間內(nèi)是基本固定的，那么決定原煤生產(chǎn)能力的最大因素是剝采能力，即采煤和剝離2 個單個采裝環(huán)節(jié)能力之和。開采工藝對生產(chǎn)能力的影響較大[2]，對于全部為間斷工藝的煤礦，這樣計算后原煤生產(chǎn)能力是準確的；而對于包括輪斗連續(xù)工藝的綜合工藝露天煤礦，這樣計算顯然是不合理的。例如某露天礦采煤工藝由間斷工藝調(diào)整為輪斗連續(xù)工藝，受輪斗連續(xù)工藝移設工作的限制，必須保證足夠的工作線長度，減少年移動次數(shù)，保證輪斗連續(xù)工藝的年能力。本礦現(xiàn)階段屬單一煤層，煤層平均厚度19.64 m，采煤工作線長度平均1 200 m，根據(jù)煤層厚度和工作線長度，布置1 條輪斗工作線比較合適，那么輪斗連續(xù)工藝的能力是固定的，輪斗連續(xù)工藝的綜合能力為800 萬t/a，即本礦采煤能力800 萬t/ a 是固定的；但剝離設備多，剝離工作線較長，剝離能力大，如果將本礦的采煤和剝離能力匯總后，則計算的原煤生產(chǎn)能力為1 800萬t/a，遠遠大于本礦的輪斗采煤能力。運輸環(huán)節(jié)采煤和剝離能力匯總后，同樣出現(xiàn)這樣的問題，隨之而來是根據(jù)本礦采煤和剝離匯總能力，核定的原煤生產(chǎn)能力出現(xiàn)了偏大的問題。因此，露天煤礦生產(chǎn)能力核定采煤能力和剝離能力進行單獨核定，不需要進行能力匯總再反算原煤生產(chǎn)能力。

2.2 工作線長度與年推進度核定

露天煤礦生產(chǎn)能力核定標準未要求年推進度數(shù)據(jù)，年推進度代表煤礦工作幫每年推進的速度，一般露天煤礦年推進度數(shù)據(jù)不超過400 m[3]，南方露天煤礦地質(zhì)條件復雜，年推進度相對較小，云南露天煤礦工作線長度、年推進度、年降深速度統(tǒng)計見表1。

表1 云南露天煤礦工作線長度、年推進度、年降深速度統(tǒng)計表

年推進度與工作線長度息息相關，而露天礦的工作線長度不僅影響著煤礦的剝采比和經(jīng)濟效益，也直接關系到露天礦的年推進度和生產(chǎn)能力[4]。《煤炭工業(yè)露天礦設計規(guī)范》規(guī)定：單斗挖掘機的工作線長度不宜小于300 m，因此，露天礦生產(chǎn)能力核定時應分別核算各個采裝設備的工作線長度和工作面數(shù)量；當工作線較長時，工作面則較多，布置的設備數(shù)量多，生產(chǎn)能力確定的情況下，年推進度相對小；當工作線較短時，工作面則較少，布置的設備數(shù)量少，生產(chǎn)能力確定的情況下，年推進度相對大[5]。露天煤礦進行生產(chǎn)能力核定時，一段時期內(nèi)同一采區(qū)的地質(zhì)條件及煤層賦存是不變的，煤礦當年、前1年、后1 年工作線長度核定后，年推進度和生產(chǎn)能力是確定的，這樣核定的生產(chǎn)能力與實際情況結合度高，保證了生產(chǎn)能力核定的準確性。

2.3 年降深速度及邊坡穩(wěn)定核定

煤礦生產(chǎn)能力核定標準未要求年降深速度數(shù)據(jù)，在近水平埋藏的礦床中，年降深速度與生產(chǎn)能力的關系較小，但在傾斜埋藏的礦床中，年降深速度直接關系到露天礦的邊坡穩(wěn)定，邊坡穩(wěn)定又制約著露天礦的生產(chǎn)能力，這是生產(chǎn)能力核定與安全生產(chǎn)的契合點。邊坡在降深的過程中，原有的應力平衡狀態(tài)受到破壞，新降深的邊坡需要一定的時間形成新的平衡，因此必須確定保證邊坡穩(wěn)定的年降深速度[6]。另外，南方露天煤礦邊坡受地表水和地下水的影響較大，露天礦坑底必須有保證安全生產(chǎn)的坑底水倉和水泵，每次延深降段均需對坑底水倉和水泵進行移設，疏干效果也制約了年降深速度，并影響了邊坡穩(wěn)定系數(shù)[7]。云南某露天礦疏干效果與邊坡穩(wěn)定系數(shù)的關系見表2。

表2 云南某露天礦疏干效果與邊坡穩(wěn)定系數(shù)的關系

年降深速度直接影響了煤礦生產(chǎn)能力核定，尤其是南方露天煤礦的年降深速度非常受限，因此，煤礦生產(chǎn)能力核定必須考慮年降深速度及邊坡穩(wěn)定因素，收集煤礦當年、前1 年、后1 年的年降深速度數(shù)據(jù)，并根據(jù)降深速度對邊坡穩(wěn)定進行評價，使露天礦生產(chǎn)能力核定更準確，更能保證安全生產(chǎn)。

2.4 車流密度驗算

影響運輸系統(tǒng)生產(chǎn)能力的因素首先是道路標準，其次是設備數(shù)量，煤礦運輸設備數(shù)量多，并不代表運輸能力大，還要驗算咽喉交叉道口的通過能力和車流密度。車流密度是在某一瞬時內(nèi)1 條車道單位長度上分布的車輛數(shù)，表示車輛分布的集中程度。煤礦生產(chǎn)能力核定標準明確了運輸系統(tǒng)生產(chǎn)能力核定時進行車流密度驗算，但往往在露天礦實際生產(chǎn)能力核定的過程中，忽略本項內(nèi)容。

保持合理車流密度是保證煤礦運輸暢通和生產(chǎn)能力的重要因素，在一般情況下，車流速度是車流密度的函數(shù)，當車流密度x 達到200 輛/km 時，造成堵塞，此時車流速度v 為0；當0≤x≤20 時，車流速度為60 km/h。研究表明：當20≤x≤100 時，車流速度v 是車流密度x 的一次函數(shù)，車流密度為100 輛/km時，車流量達到最大，且最大值約3 333 輛/h。在煤礦設計和安全生產(chǎn)管理中，車流密度越小，安全程度越高，因此，設備選型的大型化是減少車流密度的根本，也是提高生產(chǎn)能力的方式。另外，運輸?shù)缆返臉藴室彩擒嚵髅芏鹊挠绊懸蛩?，露天煤礦采場內(nèi)運輸及排土場內(nèi)運輸占比較大，從運輸優(yōu)化的角度，連續(xù)坡道比折返坡道更合理，通過能力更大[8]。露天煤礦采場外剝離主干線及煤的運輸宜采用空、重車道單獨設置，提高運輸能力。

目前，全國露天煤礦生產(chǎn)采用外包的方式較多，外包隊伍設備存在型號小、數(shù)量多的特點，因此，運輸環(huán)節(jié)生產(chǎn)能力核定時應對露天礦的咽喉道口進行車流密度驗算，從而確保運輸能力核定的準確性。

3 結語

1）露天煤礦生產(chǎn)能力核定應分別對采裝、運輸環(huán)節(jié)核定采煤和剝離分項能力，不需對采煤和剝離分項能力進行匯總，應以分項能力的最小值確定本環(huán)節(jié)的生產(chǎn)能力。

2）露天煤礦生產(chǎn)能力必須考慮年推進度、年降深速度及邊坡穩(wěn)定因素，應收集煤礦當年、前1 年、后1 年的年推進度、年降深速度數(shù)據(jù)，并根據(jù)降深速度對邊坡穩(wěn)定進行評價，使露天礦生產(chǎn)能力核定更準確，更能保證安全生產(chǎn)。

3）露天煤礦生產(chǎn)能力應對露天礦的咽喉道口進行車流密度驗算，還應分別核算各個采裝設備的工作線長度和工作面數(shù)量，從而確保運輸能力和采裝能力核定的準確性。