露天礦輸煤體系初探

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本文作者：曲臣作者單位：中煤國際工程集團沈陽設計研究院

安太堡露天礦井巷輸煤系統(tǒng)概況

1開采現狀

安太堡露天礦位于平朔礦區(qū)中部，東臨正在籌建的東露天礦田，南與安家?guī)X二號井田和安家?guī)X露天礦田毗鄰，北為正在建設的安太堡三號井田，西接雙碾合作區(qū)井田、井東井田和潘家窯合作區(qū)井田，安太堡露天礦設計規(guī)模15.33Mt/a，平均剝采比5.6m3/t，截止到2010年末，井田范圍內可采儲量611.96Mt，按生產規(guī)模15.00Mt/a，儲量備用系數1.1計算，尚可服務37a。安太堡露天礦開采煤層為近水平多煤層賦存，共有三層可采煤層，從上至下依此為4、9、11號煤，厚度為8m、14m、4m左右。采用“電鏟+卡車”間斷工藝，臺階劃分為15m標準臺階，煤層單獨劃分，4號煤層以下采用傾斜和水平相結合的方式，穿孔采用250m牙輪鉆機，爆破方式為ANFO導爆索非電起爆、深孔爆破。排土方式為推土機邊緣排土。目前，安太堡露天礦已采完Ⅰ采區(qū)和Ⅱ采區(qū)，正向Ⅲ采區(qū)過渡，推進方向發(fā)展為由西向東。

2井巷輸煤系統(tǒng)

根據安太堡露天礦開采現狀，整個井巷輸煤系統(tǒng)的設計思路是:平行于露天礦采場推進方向(由西向東)在靠近邊坡的9煤爆破影響安全區(qū)域內設置4煤、9煤二段帶式輸送機大巷，通過端幫給煤平巷接受來自露天礦采場來煤，而后通過溜煤眼轉載到布置在11號煤層中的4煤、9煤一段帶式輸送機大巷，4煤一段帶式輸送機大巷通過一號主斜井、地面工業(yè)場地帶式輸送機將煤炭輸送至選煤廠原煤倉，9煤一段帶式輸送機大巷通過二號主暗斜井、轉載硐室、二號主斜井、地面工業(yè)場地帶式輸送機將煤炭輸送至選煤廠原煤倉。輔助運輸由9煤一段帶式輸送機大巷、4煤二段帶式輸送機大巷兼做輔助運輸巷解決檢修及材料運輸等問題。通風方式采用抽出式通風，在二段大巷延伸到1300m處并開鑿立井作為回風井，主要進風通道為一、二號主斜井，輔助進風通道為二段端幫處垂直于二段帶式輸送機大巷設置的兩條帶式輸送機給煤平巷及輔助運輸平巷。整個井巷輸煤系統(tǒng)圖如圖1所示。

采用井巷輸煤系統(tǒng)的必要性

1從經濟效益角度看

安太堡露天礦輸煤系統(tǒng)雖經改造，但隨剝采工程發(fā)展及市場對煤炭需求，原有輸煤運輸系統(tǒng)已不能滿足生產發(fā)展要求，目前工作幫正由Ⅱ采區(qū)向Ⅲ采區(qū)轉向過渡，隨剝采工程發(fā)展，原有半固定破碎站離采煤工作面越來越遠，目前卡車運輸距離已達到4.00km以上。這將嚴重影響運煤卡車效率，加大開采成本，使露天礦經濟效益越來越差。根據國內露天礦煤炭運輸情況調查統(tǒng)計，帶式輸送機運輸成本一般為0.24～0.40元/(t•km)，而自卸卡車運輸費用一般在1.30元/(t•km)，前者僅為后者的1/3左右。按照年運量1500萬t，運輸距離平均在4km計算，卡車運煤年費用達7800萬元;相同條件下，帶式輸送機運輸費用在1440～1500萬元，二者差異明顯。具體數據詳見表1。另外，近年來，在半連續(xù)運輸系統(tǒng)中的破碎機、帶式輸送機及控制系統(tǒng)制造技術得到長足的發(fā)展，其類型越來越多，質量有較大提高，這無疑增強了半連續(xù)工藝在生產過程中的可靠性，拓寬了該工藝在露天礦應用范圍，而且隨著其價格的大幅度下降，半連續(xù)運輸方式投資較高的缺點越來越不明顯。

2從環(huán)境保護角度看

原有半固定破碎站繼續(xù)前移將大大減少內排空間，增大外排工程量，這不但占用大量土地，而且對環(huán)保、土地復墾均存在不利影響。除此之外，以井巷輸煤系統(tǒng)中的膠帶運輸代替地面的卡車運輸，可以通過電代油、減小煤塵、灰土等對環(huán)境的影響等，因此半連續(xù)工藝在露天礦中的合理應用也符合國家環(huán)保政策的要求。

3從時機上看

安太堡露天礦目前生產已經超過20a，原購置的運輸設備已到報廢年限，正處于設備更新時期。所以，結合擴能和輸煤運輸系統(tǒng)改造，重新合理選擇新的運輸方式具備良好的時機條件。另外，從提高露天礦經濟效益、可持續(xù)發(fā)展、環(huán)境保護等方面看也是必要的。

采用井巷輸煤系統(tǒng)的可行性

從以上必要性分析可以看出，安太堡露天礦采用井巷輸煤系統(tǒng)在經濟效益、環(huán)境保護等方面具有原卡車運輸系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)勢，但并非所有露天礦輸煤系統(tǒng)都適合此類改造。安太露天礦之所以成功采用井巷輸煤系統(tǒng)對運輸環(huán)節(jié)進行改造具有多方面的成熟條件，綜合來看有以下幾點。

1剝采現狀滿足改造條件

安太堡露天礦開采煤層為近水平多煤層賦存，共有三層可采煤層，從上至下依此為4、9、11號煤，目前，4號煤層在采場范圍內已經完全剝離，改造后的安太堡井巷運輸系統(tǒng)主要布置在9號、11號煤層中，這樣布置可以避免巷道布置在4號煤層中巷道受露天礦重型采運設備影響而產生的支護困難問題。另外，9號煤層的開采現狀使得二段輸煤巷道布置在9號煤層中具有了先決條件，可以通過端幫布置帶式輸送機給煤平巷，因此，安太堡露天礦9號煤層的剝離現狀是決定整個輸煤系統(tǒng)可以實現最佳布置的先決條件。除此以外，考察整個輸煤系統(tǒng)的設置是否合理、必要，主要看帶式輸送機運輸對卡車運輸實行替代后所產生的運輸費用是否較未替換前節(jié)省。目前安太堡露天礦的卡車運輸距離過大是設置井巷輸煤系統(tǒng)的決定性條件。二者費用比較可以采用以下公式進行驗證。就安太堡露天礦而言，由于內排土場及地面條件的限制，井下輸煤系統(tǒng)與地面輸煤系統(tǒng)的連接只能通過設置在二號井工礦場地內的一、二號主斜井完成。因此整個輸煤系統(tǒng)井下的帶式輸送機運輸距離X2為“恒量L1(一、二號主斜井及一段帶式輸送機大巷的長度)+變量L2(二段帶式輸送機大巷輸煤距離)”;卡車運輸距離X1也是隨著剝采工作面推進而變化的變量。文中選擇輸煤系統(tǒng)工程開工建設時段的恒量作為公式驗證參數。其后的每一時段的相應參數相對于前一個剝采面而言運輸距離變化可忽略不計。這里Z=241379萬元＞0。該計算結果表明，建設該系統(tǒng)經濟效果明顯。

2地面布置、外部條件滿足改造條件

安太堡設置井下輸煤系統(tǒng)時工作幫正由Ⅱ采區(qū)向Ⅲ采區(qū)轉向過渡，隨剝采工程發(fā)展，原有半固定破碎站離采煤工作面越來越遠，致使自卸卡車運距(2006年)已超過3.70km，2007年將達到4.00km以上。因此，將嚴重影響運煤卡車效率，加大開采成本，使露天礦經濟效益越來越差。另外，原有半固定破碎站繼續(xù)前移在內排土場上，采場南部內排土場+1350m水平留溝，這將大大減少內排空間，增大外排工程量，這不但占用大量土地，而且對環(huán)保、土地復墾均存在不利影響。采用井巷輸煤系統(tǒng)，可以增大內排空間，減少外排工程量及土地占用，進而有效保護土地資源、減少環(huán)境污染。

3設備使用周期滿足改造條件

截止至建設完成井巷輸煤系統(tǒng)時安太堡露天礦生產已經超過20a，原購置的運輸設備已到報廢年限，正處于設備更新時期。進行輸煤系統(tǒng)改造后，安太堡露天煤礦采煤采用“單斗+卡車+半移動式破碎站+帶式輸送機”半連續(xù)開采工藝。除采用井巷輸煤減少運輸距離、費用、建設污染外，還可以借此時機進行設備的更新換代，從采、剝環(huán)節(jié)上提高工藝設備的先進性，有利于進一步提高露天礦生產效率。

結語

文章通過對安太堡露天礦設置井巷輸煤系統(tǒng)的初步探討，試圖通過對該工藝系統(tǒng)的應用時機選擇、必要性分析，將井巷輸煤系統(tǒng)推廣至我國類似條件的露天礦中，從而使得更多的露天礦因此而收益。誠然，井巷輸煤系統(tǒng)有著露天礦傳統(tǒng)運輸方式無法比擬的經濟、環(huán)保優(yōu)勢，但該系統(tǒng)的應用有著建設時機及地面地形、設備應用周期等一系列的限制因素。因此，在當前條件下并非我國所有露天礦都有必要、有條件改造建設類似工藝系統(tǒng)。針對不同條件的露天礦應做具體分析、比較各方面適用條件，進而確定該系統(tǒng)有無建設的必要性。另外，該系統(tǒng)屬于我國首例實際建設、運行項目，系統(tǒng)中不可避免地存在著某些缺陷，比如通風、排水問題等，文章未做詳細論述。這都有待于該工藝系統(tǒng)的大范圍應用后，通過相關科研單位、設計單位、施工及業(yè)主單位在實際應用中不斷調整、不斷改進，從而使得井巷輸煤系統(tǒng)不斷地完善，從而為企業(yè)進一步提高經濟、環(huán)境效益做出貢獻。