天池能源南露天煤礦原煤帶式輸送機(jī)布置優(yōu)化

宋 健

（新疆天池能源有限責(zé)任公司，新疆 昌吉 831100）

帶式輸送機(jī)憑借運(yùn)送能力大、運(yùn)輸距離長(zhǎng)、適用性強(qiáng)、工作平穩(wěn)、動(dòng)力消耗低、使用維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代化高產(chǎn)高效礦山中得到廣泛應(yīng)用[1]。帶式輸送機(jī)優(yōu)勢(shì)在于連續(xù)運(yùn)輸、自動(dòng)化程度高、運(yùn)營費(fèi)用低和環(huán)保等，隨著技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用越來越廣，長(zhǎng)距離、大運(yùn)量是重要的發(fā)展方向[2-3]。缺點(diǎn)是受地形、工藝布置和線路布置等諸多因素的影響，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)線路的起伏跌宕，給此類帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)帶來了諸多挑戰(zhàn)[4]。

以新疆天池能源有限責(zé)任公司南露天煤礦為背景，在綜合考慮露天礦原生產(chǎn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過構(gòu)建原煤帶式輸送機(jī)位置優(yōu)化模型，提出多帶式輸送機(jī)交叉條件下的南露天礦112 帶式輸送機(jī)布置方案，并以帶式輸送機(jī)布設(shè)工程費(fèi)用最低為原則，從經(jīng)濟(jì)角度進(jìn)行方案對(duì)比分析，確定南露天礦112 帶式輸送機(jī)布置方案，采用填方加桁架聯(lián)合架設(shè)方式對(duì)該方案進(jìn)一步優(yōu)化，確定新疆天池能源有限責(zé)任公司南露天煤礦最優(yōu)原煤112 帶式輸送機(jī)布置方案。

1 南露天煤礦原煤運(yùn)輸系統(tǒng)工程

新疆天池能源南露天煤礦實(shí)際生產(chǎn)能力已達(dá)30 Mt/a，為世界級(jí)超大型露天礦。為了滿足生產(chǎn)能力要求，南露天煤礦先后建設(shè)了3 套采煤破碎站半連續(xù)工藝系統(tǒng)和相應(yīng)的原煤生產(chǎn)系統(tǒng)，3 臺(tái)原煤破碎站布置于北幫煤層底板上，服務(wù)于15 個(gè)采煤臺(tái)階[5]。南露天礦現(xiàn)有帶式輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)主要由3 部分組成，對(duì)應(yīng)南露天礦采場(chǎng)北幫上建立的3 個(gè)原煤破碎站。

1）1＃原煤破碎站布置在440 m 水平，對(duì)應(yīng)的111 帶式輸送機(jī)起點(diǎn)位于430 m 水平，終點(diǎn)位于西側(cè)的地表580 m 水平，傾斜布置。

2）2＃原煤破碎站布置在475 m 水平，對(duì)應(yīng)的121 帶式輸送機(jī)起點(diǎn)位于465 m 水平，終點(diǎn)位于現(xiàn)北幫中側(cè)的550 m 水平，完成物料的提升任務(wù)。121帶式輸送機(jī)機(jī)頭下方與122 帶式輸送機(jī)的機(jī)尾部分搭接，由122 帶式輸送機(jī)完成物料向西側(cè)運(yùn)輸?shù)娜蝿?wù)，122 機(jī)頭的高程為565 m 水平，機(jī)尾為550 m 水平。122 帶式輸送機(jī)在機(jī)頭處于123 帶式輸送機(jī)搭接，由123 帶式輸送機(jī)完成物料向采場(chǎng)外部運(yùn)輸?shù)奶嵘蝿?wù)。

3）3＃原煤破碎站位于558 m 水平，對(duì)應(yīng)的131帶式輸送機(jī)起點(diǎn)位于550 m 水平，終點(diǎn)同樣位于550 m 水平，與132 帶式輸送機(jī)在北幫中側(cè)的550 m水平搭接完成物料的轉(zhuǎn)運(yùn)，后續(xù)的132、133 帶式輸送機(jī)布置方式與122、123 帶式輸送機(jī)的布置方式相同。2020 年帶式輸送機(jī)的坑內(nèi)布置情況如圖1。

圖1 2020 年帶式輸送機(jī)的坑內(nèi)布置情況

2 問題分析

由于111 帶式輸送機(jī)傾斜布置，未來必將與排土工作線的推進(jìn)產(chǎn)生矛盾，121 帶式輸送機(jī)在未來移設(shè)時(shí)，可以考慮進(jìn)行偽斜布置，盡量在不影響排土工作的前提下縮短運(yùn)輸距離。122、123、132、133 帶式輸送機(jī)在后期不需要變更位置，131 帶式輸送機(jī)在3＃原煤破碎站向東移設(shè)時(shí)需要周期性的搭接新的131－1、131－2 等水平運(yùn)輸帶式輸送機(jī)。

帶式輸送機(jī)移設(shè)時(shí)，為了節(jié)省移設(shè)時(shí)間，要采用“一用一備”，即在需要位置直接重新布置帶式輸送機(jī)，破碎站移設(shè)后，再拆除原有帶式輸送機(jī)作為備用。時(shí)間與位置合適時(shí)，不同破碎站的帶式輸送機(jī)也可以作為相互備用。①解決移設(shè)期間的產(chǎn)量問題，要增加從2 號(hào)帶式輸送機(jī)到1 號(hào)帶式輸送機(jī)的分流，讓1 號(hào)破碎站移設(shè)時(shí)，帶式輸送機(jī)也能運(yùn)煤，對(duì)應(yīng)的地面系統(tǒng)也能正常出煤；②解決設(shè)備集中位置的空間緊張問題。目前，北幫中側(cè)550 m 水平位置已有121 帶式輸送機(jī)機(jī)頭、122 帶式輸送機(jī)機(jī)尾、131 帶式輸送機(jī)機(jī)頭、132 帶式輸送機(jī)機(jī)尾、2 號(hào)選煤廠分流設(shè)備，再考慮到1＃原煤破碎站移設(shè)后的帶式輸送機(jī)也有可能與這一點(diǎn)有交匯，因此在空間有限的情況下需要處理好設(shè)備之間的空間問題。

3 112 帶式輸送機(jī)位置確定

受121 帶式輸送機(jī)與地形以及檢修道路影響，新建設(shè)的112 帶式輸送機(jī)在122 帶式輸送機(jī)南側(cè)傾斜布置，最近處為122 帶式輸送機(jī)的機(jī)頭位置，距離10 m。位于北幫用排土物料新墊出的基道上。根據(jù)地形情況，初步將基道水平定為550 m，在121 帶式輸送機(jī)上尋找550 m 水平能直接跨過的位置，作為定線依據(jù)，121 帶式輸送機(jī)基道高度為547 m 水平，帶式輸送機(jī)頂部高度為548.5 m 水平，2 個(gè)帶式輸送機(jī)之間有1.5 m 的高差，可以滿足空間要求?？?21帶式輸送機(jī)位置與122 帶式輸送機(jī)的距離為63 m。確定出帶式輸送機(jī)長(zhǎng)度，做出原始地形剖面。

帶式輸送機(jī)機(jī)道的機(jī)尾處為550 m 水平，從東向西逐漸爬升，機(jī)頭處到達(dá)564 m 水平，搭接在原111帶式輸送機(jī)上，破碎站移設(shè)后，將原111 帶式輸送機(jī)截短。排土臺(tái)階的坡頂與112 帶式輸送機(jī)的距離7 m，坡面角45°。

3.1 基道布設(shè)方案

112 帶式輸送機(jī)在布設(shè)期間還需注意留出原本為122 和132 帶式輸送機(jī)服務(wù)的檢修道路，100 t 卡車吊寬為2.55 m，高為3.75 m，根據(jù)露天礦設(shè)計(jì)規(guī)范，雙車道寬度取8 m，通道高度取5 m，現(xiàn)有通道與112 帶式輸送機(jī)的交叉處高度約為543 m 水平，只需要對(duì)現(xiàn)有的檢修道路進(jìn)行改造就能滿足要求，卡車吊鉆過112 帶式輸送機(jī)之后，沿112 帶式輸送機(jī)爬升到550 m 水平或者553 m 水平，與112 帶式輸送機(jī)距離為10 m，與122 帶式輸送機(jī)距離37 m，滿足為帶式輸送機(jī)提供檢修服務(wù)的空間要求。根據(jù)現(xiàn)有情況，提出3 種基道方案。三種基道布設(shè)方案如圖2。

圖2 三種基道布設(shè)方案

1）方案1：沿550 m 水平布置?；赖臇|側(cè)都為550 m 水平，隨定線的剖面情況逐漸爬升，填方量18.18 萬m3，挖方量2.45 萬m3。優(yōu)點(diǎn)是填方量少，缺點(diǎn)是挖方量大，而且檢修車上到550 m 水平后，為122 帶式輸送機(jī)檢修時(shí)，還要再爬1 個(gè)3 m 的小臺(tái)階。

2）方案2：沿553 m 水平布置。鑒于方案1 挖方量大，所以將基道的東側(cè)設(shè)為553 m 水平，以553 m為基礎(chǔ)，隨定線的剖面情況逐漸爬升，這種方案下，填方量為21.82 萬m3，挖方量1.33 萬m3。相比于方案1 增加了填方量，挖方量也有所下降。

3）方案3：逐漸過渡方案。方案2 雖然減少了挖方量，但挖方仍然存在，通過觀察，得知挖方在于定線處的原始地形高度與122 帶式輸送機(jī)處的地形高度并不一致，所以按照隨剖面的地形確定基道，就會(huì)出現(xiàn)挖方。方案3 將定線依據(jù)改為122 帶式輸送機(jī)的基道高度，填方量為22.4 萬m3，挖方量接近于0，而且112 與122 帶式輸送機(jī)之間的空間較平整，有利于檢修車作業(yè)。

3.2 方案對(duì)比

按礦山現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)研數(shù)據(jù)，填方0.5 元/m3，挖方5 元/m3進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析計(jì)算。112 帶式輸送機(jī)不同方案的成本對(duì)比分析見表1。

表1 112 帶式輸送機(jī)不同方案的成本對(duì)比分析

經(jīng)對(duì)比分析，可知方案3 為優(yōu)選方案，方案3 的帶式輸送機(jī)角度最大處為3.4°，112 帶式輸送機(jī)跨122 帶式輸送機(jī)時(shí)的高差為4 m，可滿足要求。

4 方案優(yōu)化及所需工程量

4.1 方案優(yōu)化

為了減少填方量和架設(shè)跨過112 帶式輸送機(jī)的卡車橋，在方案3 的基礎(chǔ)上繼續(xù)改進(jìn)，提出優(yōu)化方案。

1）優(yōu)化方案A：采用填方加桁架聯(lián)合架設(shè)方式?？紤]到挖方和填方的價(jià)格在實(shí)際上，可能并沒有前面計(jì)算中那么懸殊，所以可以適當(dāng)增加挖方量來降低填方量，在方案3 的基礎(chǔ)上，把帶式輸送機(jī)的機(jī)道位置降低3 m，與上部之間形成1 個(gè)3 m 的臺(tái)階，中部空間允許的部分，臺(tái)階坡面角度取8%，可以讓檢修車輛行走，西側(cè)臺(tái)階的坡面角度逐漸增大，靠近機(jī)頭處逐漸消除高差。通過保留這個(gè)臺(tái)階坡面，可以減少填方量，并且增加的挖方量不多。另一方面，在架設(shè)從550 m 水平到排土幫，過112 帶式輸送機(jī)的卡車橋時(shí)，可以利用高差，直接平過然后下坡，而不是先上坡再下坡，可以節(jié)約空間和卡車橋費(fèi)用，該方案填方量12.04 萬m3，挖方量1.84 萬m3。

2）優(yōu)化方案B：采用填方加桁架聯(lián)合架設(shè)方式。由于112 帶式輸送機(jī)東西兩側(cè)的地形和帶式輸送機(jī)布置情況不同，所以不考慮在東側(cè)布置卡車橋的方案，也不采取降低3 m 留臺(tái)階坡面的方案，機(jī)道的最低水平保持在550 更方便一些，在優(yōu)化方案A 的基礎(chǔ)上形成優(yōu)化方案B。該方案填方量12.04 萬m3，挖方量1.84 萬m3，如果用水泥墩或鋼架架設(shè)，大約需要18～20 根。

4.2 550 m 水平建設(shè)112 帶式輸送機(jī)所需工程量

在112 帶式輸送機(jī)布置過程中，需對(duì)550 m 水平進(jìn)行擴(kuò)寬，以布置跨越121 帶式輸送機(jī)的122 帶式輸送機(jī)與111 帶式輸送機(jī)的機(jī)頭。其中121 帶式輸送機(jī)西側(cè)的機(jī)道用于架設(shè)112 帶式輸送機(jī)的機(jī)頭與主體部分，及未來為550 排土通道服務(wù)、跨112 帶式輸送機(jī)的卡車橋。該水平的邊緣距離為7 m，長(zhǎng)度為720 m。在3DMine 中對(duì)工程量進(jìn)行計(jì)算，得到西側(cè)機(jī)道填方量為8.03 萬m3，挖方量為1.93 萬m3。

121 帶式輸送機(jī)東側(cè)的550 m 水平用于架設(shè)111 帶式輸送機(jī)的機(jī)頭與112 帶式輸送機(jī)的機(jī)尾，該水平的邊緣距離16 m，長(zhǎng)183 m，最大高差15 m，通過在3DMine 中對(duì)工程量進(jìn)行計(jì)算得到121 帶式輸送機(jī)東側(cè)550 水平建設(shè)式填方量為5.25 萬m3。由模型計(jì)算得，550 m 水平的擴(kuò)寬共需填方13.28 萬m3，挖方1.93 萬m3。

5 結(jié)語

1）根據(jù)天池能源南露天煤礦原煤帶式輸送機(jī)布置需求，提出了多帶式輸送機(jī)交叉條件下的南露天礦112 帶式輸送機(jī)布置方案，并以帶式輸送機(jī)布設(shè)工程費(fèi)用最低為原則，從經(jīng)濟(jì)角度進(jìn)行對(duì)比方案分析，確定了南露天礦112 帶式輸送機(jī)布置方案，即逐漸過渡方案。

2）采用填方加桁架聯(lián)合架設(shè)方式對(duì)逐漸過渡方案進(jìn)一步優(yōu)化，結(jié)果表明優(yōu)化后的采用填方加桁架聯(lián)合架設(shè)方式（機(jī)道550 m 水平）不僅可以顯著降低布設(shè)所需的填方工程量，而且更有利于檢修車輛行走。