姬長(zhǎng)生

(中國(guó)礦業(yè)大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，江蘇 徐州 221116)

1 概述

露天礦生產(chǎn)工藝系統(tǒng)，指的是露天礦為完成礦巖采掘、運(yùn)輸、排卸這三個(gè)主要環(huán)節(jié)，依據(jù)物料流性質(zhì)、所采用的設(shè)備作業(yè)方式，以區(qū)分其作業(yè)方法的一種名稱(chēng)或叫法。目前，我國(guó)較為公認(rèn)的分類(lèi)方法，是根據(jù)采掘、運(yùn)輸、排卸這三個(gè)主要環(huán)節(jié)物料流是否連續(xù)進(jìn)行分類(lèi)，例如間斷式開(kāi)采工藝系統(tǒng)、連續(xù)式開(kāi)采工藝系統(tǒng)、半連續(xù)開(kāi)采工藝系統(tǒng)等[1]。另外一種分類(lèi)方法，是根據(jù)采掘、運(yùn)輸、排卸這三個(gè)主要環(huán)節(jié)是否由各自獨(dú)立的設(shè)備完成，劃分成合并式開(kāi)采工藝系統(tǒng)、獨(dú)立式開(kāi)采工藝系統(tǒng)兩類(lèi)；前者如拉斗鏟倒堆工藝系統(tǒng)集采、運(yùn)、排三個(gè)環(huán)節(jié)于一身，均由拉斗鏟獨(dú)立完成三項(xiàng)不同的作業(yè)；后者如單斗汽車(chē)工藝系統(tǒng)采掘環(huán)節(jié)由單斗挖掘機(jī)完成，運(yùn)輸環(huán)節(jié)由汽車(chē)完成，排土作業(yè)由推土機(jī)完成。露天礦生產(chǎn)工藝系統(tǒng)有時(shí)簡(jiǎn)稱(chēng)為生產(chǎn)工藝或工藝，或工藝系統(tǒng)，但實(shí)質(zhì)上露天礦生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)工藝系統(tǒng)不是一個(gè)概念。

由中國(guó)礦業(yè)學(xué)院出版社1986年6月出版的《露天采礦學(xué)》教材中，對(duì)露天礦生產(chǎn)工藝系統(tǒng)分類(lèi)參見(jiàn)表1(注意因名詞術(shù)語(yǔ)的標(biāo)準(zhǔn)化，表1中有的詞語(yǔ)已經(jīng)由新的詞語(yǔ)替代，例如膠帶現(xiàn)稱(chēng)為帶式輸送機(jī)[2])。

美國(guó)露天礦生產(chǎn)工藝系統(tǒng)，也主要根據(jù)采掘、運(yùn)輸、排卸各環(huán)節(jié)物料流是否連續(xù)及生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)使用的設(shè)備情況進(jìn)行分類(lèi)，分為間斷式、連續(xù)式生產(chǎn)工藝系統(tǒng)兩類(lèi)[3]，如表2所示。美國(guó)這種分類(lèi)方法，并沒(méi)有單獨(dú)列出半連續(xù)工藝系統(tǒng)這一類(lèi)別，而是直接把半連續(xù)工藝系統(tǒng)列入間斷工藝系統(tǒng)一類(lèi)，靠在連續(xù)與間斷工藝系統(tǒng)中間。這樣分類(lèi)比我國(guó)的分類(lèi)方法要準(zhǔn)確一些。也就是說(shuō)，采、運(yùn)、排這三個(gè)環(huán)節(jié)中，物料流從始至終沒(méi)有形成真正意義上的連續(xù)流，那么把這樣的物料流劃歸間斷流也是無(wú)可厚非的。

表1 我國(guó)露天礦生產(chǎn)工藝系統(tǒng)分類(lèi)[1]

表2美國(guó)露天礦生產(chǎn)工藝系統(tǒng)分類(lèi)及環(huán)節(jié)設(shè)備

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步及露天開(kāi)采工藝的發(fā)展，露天礦向著設(shè)備大型化、規(guī)模擴(kuò)大化方向拓展，開(kāi)采深度也越來(lái)越深，同一礦山使用的開(kāi)采工藝也由單一式工藝過(guò)渡為組合式開(kāi)采工藝，即在一個(gè)礦山內(nèi)部，采用了兩種或兩種以上的開(kāi)采工藝系統(tǒng)。例如神華準(zhǔn)能集團(tuán)黑岱溝露天煤礦開(kāi)采工藝系統(tǒng)組成為：黃土層由輪斗鏟/帶式輸送機(jī)連續(xù)工藝完成，上部巖石層由單斗汽車(chē)工藝系統(tǒng)完成，下部巖石層由拉斗鏟倒堆工藝系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)開(kāi)采，煤層則由單斗鏟汽車(chē)/半固定破碎站/帶式輸送機(jī)進(jìn)行作業(yè)。

2 分類(lèi)方法研究

我國(guó)露天礦生產(chǎn)工藝系統(tǒng)分類(lèi)，目前通用分類(lèi)方法多數(shù)傾向于根據(jù)采運(yùn)排環(huán)節(jié)物料流是否連續(xù)，分為如表1所示的間斷式、連續(xù)式、半連續(xù)三種。1980年以來(lái)，隨著我國(guó)生產(chǎn)礦山不斷向深部推進(jìn)，露天礦山組合式開(kāi)采工藝系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越普遍。典型的單斗鐵道工藝礦山，隨著降深的增大，展線(xiàn)越加困難，深部多數(shù)采用了單斗汽車(chē)工藝系統(tǒng)，經(jīng)由鐵道運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)至地表。1990年后，新建的大型露天煤礦，絕大多數(shù)采用的是組合工藝系統(tǒng)，即剝離一般采用單斗汽車(chē)工藝系統(tǒng)；少數(shù)幾個(gè)礦山(如黑岱溝、元寶山)采用了輪斗挖掘機(jī)帶式輸送機(jī)連續(xù)生產(chǎn)工藝系統(tǒng)，采煤則由半連續(xù)工藝系統(tǒng)完成。

伴隨著組合開(kāi)采工藝系統(tǒng)的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，出現(xiàn)了開(kāi)采工藝系統(tǒng)分類(lèi)的新問(wèn)題，亦即表1中應(yīng)該增加一種組合工藝系統(tǒng)，其含義是在一個(gè)露天礦內(nèi)，采用兩種或兩種以上的開(kāi)采工藝系統(tǒng)進(jìn)行剝離和采礦作業(yè)。由此而來(lái)，產(chǎn)生了另一個(gè)分類(lèi)問(wèn)題，即半連續(xù)開(kāi)采工藝系統(tǒng)是否還應(yīng)該獨(dú)立存在，作為開(kāi)采工藝系統(tǒng)的一個(gè)獨(dú)立類(lèi)別而單獨(dú)列出。

組合開(kāi)采工藝系統(tǒng)作為一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)類(lèi)別，組合了不同的間斷、連續(xù)工藝系統(tǒng)是無(wú)可爭(zhēng)議的，如果承認(rèn)組合開(kāi)采工藝系統(tǒng)的存在，則半連續(xù)工藝系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上就無(wú)存在的必要和理由。原因在于：

半連續(xù)工藝系統(tǒng)實(shí)質(zhì)是間斷工藝系統(tǒng)和連續(xù)工藝系統(tǒng)的串聯(lián)式組合，顯然屬于組合工藝系統(tǒng)的一種。如單斗汽車(chē)工藝采煤后，經(jīng)由汽車(chē)運(yùn)至破碎站破碎，再經(jīng)由帶式輸送機(jī)運(yùn)往選煤廠或裝車(chē)站，前面兩個(gè)環(huán)節(jié)是間斷式工藝系統(tǒng)完成的，破碎后物料是由連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸?shù)?，因此整個(gè)系統(tǒng)可稱(chēng)為半連續(xù)工藝系統(tǒng)，也叫組合工藝系統(tǒng)。對(duì)于另外一種情況，例如黑岱溝露天煤礦上部黃土層，有時(shí)也采用輪斗挖掘機(jī)采掘，通過(guò)汽車(chē)運(yùn)輸解決不完整工作面的開(kāi)采作業(yè)，第一個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)采掘是連續(xù)作業(yè)，后續(xù)運(yùn)輸、排卸環(huán)節(jié)是間斷作業(yè)，也是一種半連續(xù)工藝系統(tǒng)的組合。顯然，半連續(xù)工藝系統(tǒng)是串聯(lián)式的組合工藝系統(tǒng)，串聯(lián)方式可以有間斷連續(xù)式和連續(xù)間斷式兩種。在冶金礦山，就有作者使用間斷/連續(xù)運(yùn)輸(開(kāi)采)工藝系統(tǒng)這樣的稱(chēng)呼，而沒(méi)有使用半連續(xù)開(kāi)采工藝系統(tǒng)這個(gè)術(shù)語(yǔ)[4-7]。這個(gè)稱(chēng)呼由于明確指出間斷采掘作業(yè)在前，連續(xù)運(yùn)輸環(huán)節(jié)在后(或反之)，而顯得更加科學(xué)、準(zhǔn)確而清晰。

對(duì)于同一個(gè)露天礦山，采用組合式生產(chǎn)工藝系統(tǒng)往往是串、并聯(lián)組合式的組合工藝系統(tǒng)，如我國(guó)黑岱溝露天煤礦剝離系統(tǒng)，就有三套并聯(lián)工藝系統(tǒng)(黃土層連續(xù)工藝系統(tǒng)、上部巖石單斗汽車(chē)工藝系統(tǒng)、下部巖石拉斗鏟倒堆工藝系統(tǒng)或稱(chēng)合并式或間斷式工藝系統(tǒng))，再加上采煤一套串聯(lián)式組合工藝系統(tǒng)，共同組成了黑岱溝露天煤礦的組合生產(chǎn)工藝系統(tǒng)。再如中煤集團(tuán)平朔安太堡露天煤礦，剝離采用單斗汽車(chē)工藝系統(tǒng)，采煤采用單斗汽車(chē)/坑邊半固定破碎站/帶式輸送機(jī)組合工藝系統(tǒng)，剝離、采煤是并聯(lián)式組合工藝系統(tǒng)，而采煤則是串聯(lián)式組合工藝系統(tǒng)，整個(gè)露天礦山采用的是并、串聯(lián)式組合工藝系統(tǒng)?；袅趾幽下短烀旱V剝離采用單斗汽車(chē)工藝系統(tǒng)，采煤是單斗汽車(chē)/坑邊半固定破碎站/帶式輸送機(jī)組合式開(kāi)采工藝系統(tǒng)。我國(guó)大型露天煤礦繼五大露天礦之后，基本都是采用的以單斗汽車(chē)工藝/半固定破碎站或單斗挖掘機(jī)/移動(dòng)式破碎機(jī)/帶式輸送機(jī)為代表的串聯(lián)式組合工藝系統(tǒng)采煤，單斗挖掘機(jī)/汽車(chē)或少數(shù)連續(xù)工藝系統(tǒng)(如黑岱溝、元寶山)配合單斗汽車(chē)工藝系統(tǒng)進(jìn)行剝離的組合式開(kāi)采工藝系統(tǒng)。

3 分類(lèi)建議

根據(jù)露天礦山開(kāi)采工藝系統(tǒng)的應(yīng)用與演變情況，開(kāi)采工藝系統(tǒng)的分類(lèi)應(yīng)該進(jìn)行科學(xué)嚴(yán)密的劃分，即表1的第 Ⅲ 類(lèi)應(yīng)改為組合開(kāi)采工藝系統(tǒng)，半連續(xù)工藝系統(tǒng)應(yīng)列為組合開(kāi)采工藝系統(tǒng)的一種，具體如表3所示。組合開(kāi)采工藝系統(tǒng)也可稱(chēng)為聯(lián)合開(kāi)采工藝系統(tǒng)，或綜合開(kāi)采工藝系統(tǒng)。筆者認(rèn)為，組合一詞更能表達(dá)這一工藝系統(tǒng)的特性，故傾向采用組合生產(chǎn)工藝系統(tǒng)這一術(shù)語(yǔ)，或者稱(chēng)為聯(lián)合開(kāi)采工藝系統(tǒng)。組合與聯(lián)合含義差別不大，而綜合一詞概念稍大一些。

表3 露天礦組合開(kāi)采工藝系統(tǒng)

對(duì)于大家習(xí)慣上稱(chēng)呼的半連續(xù)工藝系統(tǒng)，為了明確起見(jiàn)，且不致引起歧義，建議對(duì)表3中串聯(lián)式組合的1、2類(lèi)稱(chēng)為間斷連續(xù)式組合工藝系統(tǒng)(即采掘使用間斷式作業(yè)系統(tǒng)，運(yùn)輸采用連續(xù)式或間斷連續(xù)組合式作業(yè)系統(tǒng))，第3類(lèi)稱(chēng)為連續(xù)間斷式組合工藝系統(tǒng)(即采掘環(huán)節(jié)為連續(xù)作業(yè)系統(tǒng)，運(yùn)輸與排卸環(huán)節(jié)為間斷式作業(yè)系統(tǒng))，其他稱(chēng)為并聯(lián)式組合工藝系統(tǒng)。這樣就比較明確地區(qū)別了具體礦山到底使用的是哪一類(lèi)組合工藝系統(tǒng)，而不至于造成半連續(xù)工藝系統(tǒng)這個(gè)籠統(tǒng)稱(chēng)呼還要進(jìn)一步解釋是間斷連續(xù)組合還是連續(xù)間斷組合。

綜上所述，露天礦開(kāi)采工藝系統(tǒng)按照物料流是否連續(xù)進(jìn)行分類(lèi)，可以分為間斷式、連續(xù)式與組合式三類(lèi)生產(chǎn)工藝系統(tǒng)。其中，組合式系統(tǒng)可以分為串聯(lián)式組合、并聯(lián)式組合兩類(lèi)，而串聯(lián)式組合工藝系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的目前國(guó)內(nèi)大多習(xí)慣上稱(chēng)呼的半連續(xù)工藝系統(tǒng)，還可以進(jìn)一步劃分成間斷連續(xù)式組合與連續(xù)間斷式組合工藝系統(tǒng)兩類(lèi)。若從嚴(yán)格意義上劃分，采、運(yùn)、排三個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成開(kāi)采工藝系統(tǒng)(這里需要強(qiáng)調(diào)的是研究對(duì)象是系統(tǒng))，在這個(gè)系統(tǒng)中物料流沒(méi)有形成自始至終的連續(xù)流，因而大家習(xí)慣上稱(chēng)呼的半連續(xù)工藝系統(tǒng)，實(shí)質(zhì)上是間斷流系統(tǒng)。如果不把組合工藝系統(tǒng)單獨(dú)列為一類(lèi)，則串聯(lián)式組合工藝系統(tǒng)在表3中列為間斷式工藝系統(tǒng)一類(lèi)也是合情合理的。但是，對(duì)于大多數(shù)露天礦山而言，特別是大型露天礦山，單獨(dú)使用一種開(kāi)采工藝系統(tǒng)的情況越來(lái)越少，使用組合工藝系統(tǒng)的礦山越來(lái)越多，所以表3所列三種露天礦開(kāi)采工藝系統(tǒng)的分類(lèi)，應(yīng)該是比表1前進(jìn)了一步。

[1] 駱中州.露天采礦學(xué)[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)學(xué)院出版社，1986，6.

[2] 煤炭科技名詞審定委員會(huì).煤炭科技名詞[M].北京：科技出版社，1997.

[3] Fung R，Surface Coal Mining Technology，Engineering and Environment Aspects，Noyes Data Corporation. Park Ridge. New Jersey. USA. 1981.

[4] 蘇靖, 楊明朗. 露天礦間斷連續(xù)運(yùn)輸工藝系統(tǒng)布置研究[J]. 金屬礦山, 1996(9):8-11.

[5] 張喆，李軍才,沈宗儒.深凹露天礦間斷-連續(xù)運(yùn)輸工藝的研究[J].中國(guó)礦業(yè)，2000，9(S1):527-530.

[6] 趙昱東.間斷—連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng)在金屬露天礦的應(yīng)用與發(fā)展[J].礦業(yè)快報(bào)，2001,8(15):1-5.

[7] 李軍才.深凹露天礦山間斷—連續(xù)運(yùn)輸工藝的研究[J]. 中國(guó)礦業(yè), 2002，11(3):27-31.