露天礦端幫巷道運(yùn)輸工藝實(shí)踐

陳再明，崔宏偉

（中煤平朔集團(tuán)有限公司，山西 朔州 036002）

目前我國(guó)生產(chǎn)和在建的露天煤礦有430 余座，年產(chǎn)能約9.5 億t，占全國(guó)煤炭總產(chǎn)量的16%左右。其中，生產(chǎn)規(guī)模1 000 萬(wàn)t 以上的大型、特大型露天煤礦30 余座，露天煤礦產(chǎn)量達(dá)到世界第一，年采剝總量約100 億t，其中95%以上采用單斗－卡車(chē)工藝完成。

為了不影響內(nèi)排土場(chǎng)的推進(jìn)，絕大部分露天礦的原煤運(yùn)輸一般采用半連續(xù)系統(tǒng)，即單斗挖掘機(jī)－卡車(chē)－半固定破碎站－帶式輸送機(jī)工藝。半固定破碎機(jī)和帶式輸送機(jī)一般放置于露天礦地表，如中煤平朔集團(tuán)安太堡露天礦、安家?guī)X露天礦，國(guó)家電投霍林河露天礦，國(guó)家能源集團(tuán)黑岱溝露天礦、哈爾烏素露天礦，勝利能源西一號(hào)、西二號(hào)露天礦等。國(guó)外的一些礦山如什普列耶塔利煤礦、費(fèi)爾圖納煤礦、澤耶澤煤礦、加拿大Suncor 油砂礦也將破碎站置于地表。但礦山規(guī)模過(guò)大時(shí)，會(huì)造成卡車(chē)原煤運(yùn)輸運(yùn)距過(guò)大。一般大型露天煤礦卡車(chē)運(yùn)距都在3 km 以上，一些特大型露天煤礦由于工作線較長(zhǎng)，卡車(chē)原煤運(yùn)輸距離甚至達(dá)到了4～5 km，而且隨著內(nèi)排土場(chǎng)的推進(jìn)，運(yùn)煤卡車(chē)道路也需要周期性的移設(shè)，筑路工程量較大。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，國(guó)內(nèi)一些專(zhuān)家、學(xué)者對(duì)露天礦采用端幫巷道系統(tǒng)進(jìn)行原煤運(yùn)輸開(kāi)展了研究。20 世紀(jì)90 年代王喜富提出了露天礦掩埋巷道運(yùn)輸工藝[1]，楊樹(shù)才等[2]對(duì)露天礦掩埋巷道進(jìn)行了力學(xué)分析；任利明等[3]提出了端幫巷道運(yùn)輸半連續(xù)工藝的思路，煤炭在采煤工作面利用單斗挖掘機(jī)或前裝機(jī)采掘后，由卡車(chē)從采煤工作面運(yùn)輸至采場(chǎng)端幫下部的它移式破碎站，經(jīng)過(guò)破碎后通過(guò)端幫聯(lián)絡(luò)巷及端幫運(yùn)輸平巷、斜井巷道提升至地表運(yùn)輸系統(tǒng)。該種工藝的應(yīng)用改變了傳統(tǒng)卡車(chē)原煤運(yùn)距遠(yuǎn)、高差大、費(fèi)用高的缺點(diǎn)，但也會(huì)一定程度上影響內(nèi)排土場(chǎng)的推進(jìn)，造成剝離運(yùn)距增加。

為了驗(yàn)證這項(xiàng)新興的運(yùn)輸工藝，中煤平朔集團(tuán)安太堡露天煤礦、東露天礦于2009 年和2011 年相續(xù)投運(yùn)了端幫巷道運(yùn)煤半連續(xù)工藝，取得了一些運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)，也遇到了一些設(shè)計(jì)之初沒(méi)有考慮到的問(wèn)題，如巷道過(guò)采空區(qū)、陷落柱時(shí)支護(hù)困難，影響內(nèi)排土場(chǎng)推進(jìn)、按井工礦模式管理復(fù)雜等問(wèn)題，經(jīng)對(duì)巷道原煤運(yùn)輸成本與地面帶式輸送機(jī)運(yùn)輸成本、以及減少的卡車(chē)原煤運(yùn)輸成本和增加的剝離運(yùn)輸成本進(jìn)行了比較，得出了巷道運(yùn)輸工藝的經(jīng)濟(jì)適用條件。

1 端幫巷道半連續(xù)工藝實(shí)踐

1.1 安太堡露天煤礦端幫巷道半連續(xù)工藝

安太堡露天煤礦總投資6.49 億美元，是我國(guó)改革開(kāi)放初期第一個(gè)中外合作露天礦項(xiàng)目，被譽(yù)為中國(guó)改革開(kāi)放的“試驗(yàn)田”，設(shè)計(jì)規(guī)模1 533 萬(wàn)t/a，1985 年動(dòng)工，1987 年建成投產(chǎn)，礦區(qū)面積24 km2，平均剝采比約為5.6 m3/t。

安太堡露天煤礦選煤廠位于工業(yè)廣場(chǎng)東北部，原煤由電鏟或前裝機(jī)采裝，卡車(chē)運(yùn)輸?shù)桨牍潭ㄆ扑檎荆ㄆ扑槟芰? 800 t/h），破碎后通過(guò)帶式輸送機(jī)運(yùn)至選煤廠。隨著礦坑的推進(jìn)，卡車(chē)原煤運(yùn)距不斷增加，2006 年已超過(guò)3.7 km，隨著礦坑的推進(jìn)，卡車(chē)原煤運(yùn)距將達(dá)到5 km 以上，而且影響內(nèi)排土場(chǎng)的排土空間。

為了降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，安太堡露天煤礦于2009 年投運(yùn)了端幫巷道運(yùn)煤半連續(xù)工藝，該工藝系統(tǒng)主要包括井筒、運(yùn)輸大巷、端幫巷道，共有2 條主斜井、1 條輔運(yùn)副斜井和1 條回風(fēng)立井，4#煤帶式輸送機(jī)帶寬1 400 mm、帶速3.15 m/s、運(yùn)輸能力1 850 t/h；9#煤帶式輸送機(jī)帶寬1 800 mm、帶速4.5 m/s、運(yùn)輸能力4 500 t/h，輔助運(yùn)輸采用無(wú)軌膠輪車(chē)。項(xiàng)目總投資75 847 萬(wàn)元，其中：礦建工程費(fèi)10 363 萬(wàn)元、土建工程費(fèi)10 958 萬(wàn)元、設(shè)備購(gòu)置及安裝費(fèi)用39 596 萬(wàn)元。巷道運(yùn)輸系統(tǒng)于2010 年投入生產(chǎn)；2011 年6 月進(jìn)行補(bǔ)充地質(zhì)勘探時(shí)，發(fā)現(xiàn)端幫運(yùn)輸大巷延伸方向賦存陷落柱（直徑210 m），并且在南端幫下部發(fā)現(xiàn)了樓子溝與楊井溝礦采空區(qū)。2014 年8 月，9#煤大巷掘進(jìn)至陷落柱70 m 時(shí)，大巷支護(hù)困難并隨后發(fā)生了頂板垮落，致使南端幫運(yùn)輸干道出現(xiàn)大范圍沉降，掘進(jìn)被迫停止；2015 年10 月初，坑下端幫破碎站已經(jīng)距離采煤工作線800 m 以上，影響南部?jī)?nèi)排量30 Mm3，導(dǎo)致內(nèi)排運(yùn)距增加超3 km，至少增加剝離運(yùn)輸成本3 億元，2015 年12 月停運(yùn)端幫巷道運(yùn)輸系統(tǒng)后恢復(fù)原有的原煤地面運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)煤[4-5]。

1.2 平朔東露天礦端幫巷道半連續(xù)工藝

平朔東露天礦位于朔州市平魯區(qū)榆嶺鄉(xiāng)，礦區(qū)面積48.41 km2，平均剝采比5.58 m3/t，建設(shè)規(guī)模為2 000萬(wàn)t/a，設(shè)計(jì)服務(wù)年限74.7 年。2008 年4 月經(jīng)國(guó)家發(fā)改委核準(zhǔn)，2011 年9 月聯(lián)合試運(yùn)轉(zhuǎn)。剝離采用單斗-卡車(chē)間斷工藝；采煤采用單斗-卡車(chē)-半固定破碎站-端幫巷道運(yùn)煤半連續(xù)工藝，由200 t 級(jí)自卸式卡車(chē)運(yùn)輸至4#煤南端幫和9#煤南端幫的它移式破碎站（設(shè)計(jì)能力為3 000 t/h），將煤破碎至300 mm 粒度以下，由端幫帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)至4#煤和9#煤巷道帶式輸送機(jī)，最后運(yùn)至選煤廠儲(chǔ)煤倉(cāng)。

東露天礦端幫巷道運(yùn)輸系統(tǒng)由4#煤運(yùn)煤巷道、9#煤運(yùn)煤巷道、輔運(yùn)巷道組成，巷道由地面傾斜延伸至礦坑端幫深部之后，繼續(xù)沿東露天礦首采區(qū)南端幫4#煤和9#煤層水平布置輸煤及輔運(yùn)大巷。4#煤斜巷部分斜長(zhǎng)436 m，9#煤斜巷部分斜長(zhǎng)594 m，傾角均為16°；輔運(yùn)巷道至4#煤底板通道斜長(zhǎng)847 m，傾角8°；由無(wú)軌膠輪車(chē)承擔(dān)設(shè)備檢修和材料運(yùn)輸；原煤運(yùn)輸系統(tǒng)由2 條帶速4.2 m/s、帶寬1 600 mm、生產(chǎn)能力3 000 t/h 的帶式輸送機(jī)組成?？偼顿Y48 100萬(wàn)元（已扣除巷道采煤銷(xiāo)售收益）；一期、二期巷道共延伸3 170 m，計(jì)入生產(chǎn)成本。自2011 年8 月投入運(yùn)行以來(lái)，已正常運(yùn)行10 年[6-7]。

2 巷道運(yùn)輸系統(tǒng)存在的問(wèn)題

2.1 安全風(fēng)險(xiǎn)較高和日常監(jiān)管復(fù)雜

巷道運(yùn)輸系統(tǒng)掘進(jìn)有可能要遇到復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造如斷層、陷落柱等，有的露天礦境界內(nèi)存在關(guān)閉的小煤礦，但采空區(qū)情況不明，存在較高的安全風(fēng)險(xiǎn)。如2014 年8 月，安太堡露天煤礦端幫原煤運(yùn)輸系統(tǒng)因采空區(qū)和陷落柱影響，多次發(fā)生頂板垮落，后續(xù)運(yùn)煤大巷的掘進(jìn)被迫停止，坑下原煤破碎站移設(shè)滯后2 年，剝離運(yùn)輸成本大幅飆升，每年增加約3 億元成本。東露天礦原煤運(yùn)輸巷道如繼續(xù)使用，2021 年后將穿越北嶺礦、紅樓礦、東日升礦、周花板礦、二道梁礦、小西窯等已關(guān)閉小煤礦，采空區(qū)情況不明，安全風(fēng)險(xiǎn)高[8-9]。

根據(jù)地方安全監(jiān)管要求，巷道運(yùn)輸系統(tǒng)按井工礦管理，需布置“六大系統(tǒng)”并配全相關(guān)的“一通三防”安全管理人員，額外成本增加，日常監(jiān)管復(fù)雜。

2.2 投資較大和成本較高

1）投資較大。①掘進(jìn)投資高：端幫巷道掘進(jìn)比露天礦工作面推進(jìn)速度慢，掘進(jìn)1 m 煤巷成本約為1萬(wàn)元，相比之下正常生產(chǎn)礦井井巷每延米掘巷成本約6 000 元，造成掘進(jìn)投資增加；②井巷設(shè)備要防爆，安全等級(jí)比露天礦設(shè)備高，增加了部分的設(shè)備投資。

2）運(yùn)營(yíng)費(fèi)用高。端幫巷道運(yùn)輸系統(tǒng)成本為1.15元/（t·km），現(xiàn)在運(yùn)行的地面運(yùn)輸系統(tǒng)成本為0.63元/（t·km），巷道運(yùn)輸系統(tǒng)成本比地面運(yùn)輸系統(tǒng)成本高0.52 元/（t·km），主要是維護(hù)等運(yùn)營(yíng)費(fèi)用較高；其次是端幫巷道按井工礦模式管理，管理技術(shù)人員配備較多，管理費(fèi)用較高。煤炭運(yùn)輸量按每年2 000 萬(wàn)t計(jì)算，平朔東露天礦巷道運(yùn)輸系統(tǒng)增加生產(chǎn)成本3 920 萬(wàn)元。

3）內(nèi)排土場(chǎng)滯后增加卡車(chē)運(yùn)輸成本。原煤巷道運(yùn)輸系統(tǒng)的坑下破碎站不能實(shí)時(shí)移設(shè)，9#煤破碎站一般每年移設(shè)1 次，移設(shè)1 次約需1 周時(shí)間。以東露天礦9#號(hào)煤破碎口為例，2018 年4 月至2020 年2 月共搬移了4 次。由于坑下破碎站不能實(shí)時(shí)移設(shè)，導(dǎo)致露天礦每年約13 500 萬(wàn)m3剝離量運(yùn)距增加0.8 km，每年增加5 400 萬(wàn)m3·km 的剝離運(yùn)輸成本。如果東露天礦原煤由巷道運(yùn)輸改為地面運(yùn)輸，將導(dǎo)致每年約1 600 萬(wàn)m3（2 000 萬(wàn)t）原煤運(yùn)距增加2 km，即每年增加3 200 萬(wàn)m3·km 的煤炭運(yùn)輸成本。減少的剝離物和增加的原煤卡車(chē)運(yùn)輸成本相抵后，每年減少2 200 萬(wàn)m3·km 運(yùn)輸成本，根據(jù)平朔露天礦歷年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，卡車(chē)原煤運(yùn)輸單價(jià)為2.4 元/（m3·km）（不包括折舊），即巷道運(yùn)輸系統(tǒng)與地面運(yùn)輸系統(tǒng)相比，每年增加卡車(chē)運(yùn)營(yíng)成本5 280 萬(wàn)元。

3 結(jié)語(yǔ)

介紹了中煤平朔集團(tuán)安太堡露天煤礦、東露天礦巷道運(yùn)輸系統(tǒng)工藝實(shí)踐探索，得出了原煤巷道運(yùn)輸系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)適用條件：即在簡(jiǎn)單的地質(zhì)條件能夠保證安全的前提下，巷道運(yùn)輸系統(tǒng)成本+卡車(chē)運(yùn)煤成本+增加的剝離運(yùn)輸成本小于破碎站設(shè)置于地表時(shí)的卡車(chē)運(yùn)煤成本+帶式輸送機(jī)運(yùn)輸成本時(shí)，可以采用巷道運(yùn)輸工藝。