李雁飛，何莎，周志偉

（神華寶日希勒能源有限公司，內(nèi)蒙古呼倫貝爾021025）

神華寶日希勒一號(hào)礦原煤破碎站移設(shè)步距優(yōu)化研究

李雁飛，何莎，周志偉

（神華寶日希勒能源有限公司，內(nèi)蒙古呼倫貝爾021025）

從寶日希勒一號(hào)礦破碎站移設(shè)步距優(yōu)化模型入手，通過(guò)經(jīng)濟(jì)敏感指標(biāo)計(jì)算給出敏感指標(biāo)的移設(shè)步距動(dòng)態(tài)變化關(guān)系，提出1#原煤破碎站的移設(shè)位置優(yōu)化方案，將原煤破碎站移設(shè)費(fèi)用及成本計(jì)算作為境界對(duì)比指標(biāo)，綜合對(duì)比確定移設(shè)位置最優(yōu)方案；為進(jìn)一步確定地面篩分系統(tǒng)移設(shè)及合理運(yùn)輸系統(tǒng)布置的方案可行性提供了指導(dǎo)基礎(chǔ)。

破碎站；移設(shè)步距；優(yōu)化方案；工程推演

0 引言

神華寶日希勒一號(hào)礦1#原煤破碎站長(zhǎng)期存在移設(shè)問(wèn)題，對(duì)于整個(gè)礦山生產(chǎn)造成了嚴(yán)重的影響。對(duì)于破碎站移設(shè)問(wèn)題的研究國(guó)內(nèi)外均較多，形成統(tǒng)一規(guī)律性的移設(shè)安排均無(wú)法保證。因此，針對(duì)該問(wèn)題研究，面向具體礦山條件的破碎站移設(shè)方案對(duì)于指導(dǎo)工程實(shí)踐具有較大的工程意義。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)針對(duì)于破碎站移設(shè)步距優(yōu)化研究成果較為豐富[1-2]，對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)也起到了重要的推動(dòng)作用。

以神華寶日希勒一號(hào)露天礦為破碎站移設(shè)問(wèn)題研究原型，提出不同的破碎站移設(shè)方案并從移設(shè)費(fèi)用及生產(chǎn)成本最小化2個(gè)角度出發(fā)，通過(guò)進(jìn)一步構(gòu)建優(yōu)化模型，建立數(shù)學(xué)求解費(fèi)用經(jīng)濟(jì)模型，對(duì)比分析各方案內(nèi)容，形成經(jīng)濟(jì)合理的優(yōu)化模型，試圖通過(guò)1#原煤破碎站移設(shè)步距優(yōu)化解決當(dāng)前寶日希勒一號(hào)礦南幫破碎站移設(shè)遲緩等問(wèn)題，并對(duì)該礦全部破碎站移設(shè)工程提供生產(chǎn)指導(dǎo)。

1 破碎站移設(shè)步距優(yōu)化模型構(gòu)建

寶日希勒一號(hào)露天礦影響原煤破碎站移設(shè)位置的主要因素包括經(jīng)濟(jì)條件、開(kāi)拓方式、礦山工程位置、邊坡穩(wěn)定條件等。首先建立破碎站移設(shè)步距優(yōu)化的經(jīng)濟(jì)模型，得到經(jīng)濟(jì)上合理的破碎站移設(shè)位置作為下一步研究的基礎(chǔ)；然后針對(duì)“神寶礦”具體條件，考慮邊坡穩(wěn)定、礦山工程位置等因素提出可行的破碎站位置方案進(jìn)行全面對(duì)比分析。

寶日希勒一號(hào)露天礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)的原煤破碎站現(xiàn)均布置于南端幫地表水平，可使用露天礦端幫破碎站移設(shè)優(yōu)化模型。水平方向上破碎站每移設(shè)一次服務(wù)于一個(gè)塊段的采掘量，破碎站移設(shè)步距優(yōu)化的目的就是要讓該礦段內(nèi)的總開(kāi)采費(fèi)用最低。

2 1#原煤破碎站移設(shè)費(fèi)用及成本計(jì)算

結(jié)合礦區(qū)條件引入移設(shè)費(fèi)用計(jì)算模型及成本計(jì)算模型，當(dāng)采用移設(shè)費(fèi)用補(bǔ)償法時(shí)，經(jīng)濟(jì)計(jì)算模型如下：

其中：

式中：Y為破碎站移設(shè)費(fèi)用的補(bǔ)償效果，元；CQ為不移設(shè)破碎站時(shí)系統(tǒng)總運(yùn)輸費(fèi)用，元；Ch為移設(shè)破碎站后的系統(tǒng)總運(yùn)輸費(fèi)用，元；CY為破碎站的移設(shè)費(fèi)用，元；CJQ為移設(shè)前服務(wù)Msi總和塊段量時(shí)帶式輸送機(jī)運(yùn)輸費(fèi)用，元；CQQ為移設(shè)前服務(wù)Msi總和塊段量時(shí)汽車運(yùn)輸費(fèi)用，元；CJh為帶式輸送機(jī)運(yùn)輸單價(jià)，元/（m3·km）；LO為帶式輸送機(jī)的起始運(yùn)輸距離，km；Msi為第i水平的塊段物料量，m3；cq為破碎站服務(wù)范圍內(nèi)汽車運(yùn)送各水平塊段時(shí)的加權(quán)平均單位運(yùn)輸費(fèi)用，元/（m3·km）；S為破碎站移設(shè)距離，km；Lg為汽車在工作幫上運(yùn)行時(shí)的加權(quán)平均運(yùn)距，km；a為破碎站初始安裝位置距工作幫的距離，km；CJh為移設(shè)后服務(wù)Msi總和塊段量時(shí)帶式輸送機(jī)運(yùn)輸費(fèi)用，元；CQh為移設(shè)后服務(wù)Msi總和塊段量時(shí)汽車運(yùn)輸費(fèi)用，元；Cja為破碎站移設(shè)至新位置時(shí)的拆卸費(fèi)、基礎(chǔ)建設(shè)費(fèi)、設(shè)備移設(shè)費(fèi)、安裝調(diào)試費(fèi)等，元；CJ為破碎站移設(shè)S距離時(shí)的帶式輸送機(jī)購(gòu)置費(fèi)、機(jī)架購(gòu)置費(fèi)、供電及安裝費(fèi)等，元；co為帶式輸送機(jī)的單位延長(zhǎng)費(fèi)，元/km；Cf為破碎站移設(shè)時(shí)的附加費(fèi)用，包括對(duì)露天礦生產(chǎn)造成的停產(chǎn)損失費(fèi)、管理費(fèi)等，元。

將式（3）和（4）帶入式（1）整理得：

將塊段量∑Msi表示成破碎站移設(shè)步距S的函數(shù)：

式中：li為第i水平的工作線長(zhǎng)度，m；Hi為第i水平的臺(tái)階高度，m。

設(shè)破碎站年生產(chǎn)能力為Q（m3/a），工作幫推進(jìn)速度v（m/a），則：

帶入式（5）得：

由此可得，破碎站移設(shè)步距只有滿足

條件時(shí)移設(shè)費(fèi)用才能得到補(bǔ)償，否則將發(fā)生移設(shè)費(fèi)用沉淀。

根據(jù)一元二次方程求根公式對(duì)式（9）求解得：

當(dāng)采用最小成本法計(jì)算該礦移設(shè)步距時(shí)，主要考慮破碎站移設(shè)時(shí)，移設(shè)費(fèi)用分?jǐn)偟椒?wù)塊段中的單位成本隨破碎站移設(shè)步距的增大而減??；而原煤汽車運(yùn)距隨破碎站移設(shè)步距的增大而增大，因而總運(yùn)輸成本增加。據(jù)此得半連續(xù)工藝系統(tǒng)運(yùn)輸環(huán)節(jié)的總費(fèi)用為：

式中：CZ為破碎站所在位置服務(wù)塊段量的總運(yùn)輸費(fèi)用，元；CJY為帶式輸送機(jī)運(yùn)輸費(fèi)用，元；CqY為汽車運(yùn)輸費(fèi)用，元；CP為破碎費(fèi)用，元；Ct為排土機(jī)排棄費(fèi)用，元。

將式（12）和式（13）帶入式（11）整理得：

兩側(cè)同時(shí)除以∑Msi得運(yùn)輸∑Msi塊段內(nèi)物料的單位費(fèi)用cZ為：

式中：cZ為塊段內(nèi)的單位物料總運(yùn)輸環(huán)節(jié)費(fèi)用，元/m3；cp為塊段內(nèi)的單位物料破碎費(fèi)用，元/m3；ct為塊段內(nèi)單位物料的排土機(jī)排棄費(fèi)用，元/m3。

所以：

將式（17）對(duì)S求一階導(dǎo)數(shù)，并令cZ′=0，求解可得：

由式（17）可以看出，破碎站的最優(yōu)移設(shè)步距隨移設(shè)費(fèi)用和露天礦工作幫年推進(jìn)速度增大而增大，隨破碎站年生產(chǎn)能力的增大而減小，隨汽車加權(quán)平均單位運(yùn)輸費(fèi)用的增大而減小[3-5]。

將式（10）和式（17）代入式（1）整理得破碎站移設(shè)步距應(yīng)滿足：

由此可見(jiàn)，破碎站移設(shè)步距與露天礦推進(jìn)度和破碎站移設(shè)費(fèi)用成正比，與露天礦破碎站生產(chǎn)能力成反比。結(jié)合礦山數(shù)據(jù)驗(yàn)算后可進(jìn)一步得到該礦破碎站移設(shè)計(jì)算結(jié)果，如圖1所示。

圖1 破碎站移設(shè)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

3 1#原煤破碎站移設(shè)位置優(yōu)化

3.1 優(yōu)化方案設(shè)計(jì)

針對(duì)寶日希勒一號(hào)礦1#破碎站3種移設(shè)方案，從3個(gè)不同的優(yōu)勢(shì)因素考慮，兼顧安全、經(jīng)濟(jì)等重要指標(biāo)，具體方案布置如下：

坐標(biāo)為（X=482 795，Y=5 471 205，Z=+ 665）?，F(xiàn)有勘探資料顯示，該位置未發(fā)現(xiàn)采空區(qū)，破碎站地基基礎(chǔ)穩(wěn)定，最優(yōu)經(jīng)濟(jì)位置位于西南方向約300 m處。

考慮到“神寶礦”資源開(kāi)發(fā)的遠(yuǎn)期效益（即露天礦生產(chǎn)后期的原煤運(yùn)距），提出將破碎站布置于最優(yōu)位置以東的方案。從安全角度考慮，現(xiàn)階段的勘探結(jié)果表明現(xiàn)東排土場(chǎng)以東區(qū)域采空區(qū)較少。綜合考慮安全及經(jīng)濟(jì)方面因素，推薦破碎站坐標(biāo)為東排土場(chǎng)東北角坐標(biāo)為（X=483 972，Y=54 71 600，Z= 670）。

根據(jù)露天礦生產(chǎn)系統(tǒng)布置，初步優(yōu)化確定將1#原煤破碎站移設(shè)至現(xiàn)觀禮臺(tái)附近，布置于+640 m水平，破碎站中心位置坐標(biāo)為（X=481 388，Y=5 471 820，Z=+640）。

3.2 1#原煤破碎站移設(shè)位置優(yōu)化

根據(jù)露天礦開(kāi)拓運(yùn)輸系統(tǒng)布置，12#煤層通過(guò)工作幫移動(dòng)坑線運(yùn)出，因此1#原煤破碎站移設(shè)后與4#原煤破碎站一齊服務(wù)于12#煤層的開(kāi)采，據(jù)此對(duì)上述3個(gè)原煤破碎站移設(shè)方案的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，并結(jié)合系統(tǒng)安全等因素優(yōu)選破碎站移設(shè)方案[6-8]。

3.2.1 原煤運(yùn)輸費(fèi)用

以1#原煤破碎站2016年7月末移設(shè)到位為基礎(chǔ)，分析1#原煤破碎站移設(shè)后一段時(shí)期內(nèi)12#煤層經(jīng)1#原煤破碎站至一號(hào)快裝系統(tǒng)的原煤運(yùn)距，并計(jì)算未來(lái)10年（2016—2025年）內(nèi)12#煤層經(jīng)1#原煤破碎站至一號(hào)快裝系統(tǒng)的原煤運(yùn)輸費(fèi)用如圖2所示。

圖2 原煤運(yùn)輸費(fèi)用

由此可見(jiàn)，方案1和方案3的運(yùn)輸費(fèi)用呈逐年上升趨勢(shì)，兩者近乎平行，其中前7年方案3低于方案1。與之相比，方案2前3年的運(yùn)輸費(fèi)用較高，后7年的生產(chǎn)費(fèi)用顯著較低。計(jì)算和對(duì)比10年內(nèi)3個(gè)方案的平均原煤運(yùn)輸費(fèi)用見(jiàn)表1。

表1 平均原煤運(yùn)輸費(fèi)用對(duì)比

3.2.2 破碎站移設(shè)投資

破碎站移設(shè)投資主要由3部分構(gòu)成：①破碎站移設(shè)費(fèi)用，即1#原煤破碎站的搬遷費(fèi)用，已知本項(xiàng)目取1#原煤破碎站移設(shè)費(fèi)用670萬(wàn)元（3個(gè)方案移設(shè)的破碎站是相同的，因此所取破碎站移設(shè)費(fèi)用相同）；②破碎站移設(shè)后的帶式輸送機(jī)延長(zhǎng)等設(shè)備費(fèi)用，可以根據(jù)3個(gè)方案所需購(gòu)置的帶式輸送機(jī)長(zhǎng)度、能力等估算；③破碎站移設(shè)所需的工程費(fèi)用，如修建帶式輸送機(jī)基礎(chǔ)、轉(zhuǎn)載站、礦山道路、露天礦擴(kuò)幫等費(fèi)用。3個(gè)方案的破碎站移設(shè)投資對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 投資對(duì)比

3.2.3 附加費(fèi)用

此處所指附加費(fèi)用主要是指系統(tǒng)停產(chǎn)損失以及方案3因布置破碎站而增加的剝離物內(nèi)排運(yùn)輸費(fèi)用和系統(tǒng)占用內(nèi)排空間造成的費(fèi)用增加。

由方案3的破碎站位置可知，破碎站布置造成+ 640 m以上各水平剝離物內(nèi)排運(yùn)距增大，因此增加的剝離物內(nèi)排費(fèi)用見(jiàn)表3。

表3 剝離物內(nèi)排費(fèi)用增加

根據(jù)模型估算，方案3布置破碎站預(yù)計(jì)占用內(nèi)排空間1.21 Mm3，隨著采剝工程推進(jìn)以后還將占用1.17 Mm3/a。假設(shè)該部分剝離物被迫排棄至更高的內(nèi)排土場(chǎng)水平+685 m，按提升高程和運(yùn)距增加計(jì)算該方案的附加費(fèi)用為590萬(wàn)元

根據(jù)以上分析計(jì)算3個(gè)方案的附加費(fèi)用見(jiàn)表4。

表4 附加費(fèi)用對(duì)比

3.2.4 方案比選

根據(jù)以上分析對(duì)未來(lái)5年內(nèi)3個(gè)原煤破碎站移設(shè)方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比見(jiàn)表5。

由表5知，方案3的費(fèi)用顯著高于方案1，高約7%，因此予以排除。與方案1相比，方案2的投資雖然較大（原因是破碎站移設(shè)距離遠(yuǎn)，所需帶式輸送機(jī)長(zhǎng)度大），但是總費(fèi)用低3 829.94萬(wàn)元（原因是后幾年卡車運(yùn)距顯著較短），單位成本可降低0.38元/t左右，整體差別不大（僅相差不到3.5%）。

Optimization study of moving distance of crushing station in Shenhua Baorixile No.1 Mine

LI Yanfei,HE Sha,ZHOU Zhiwei
(Shenhua Baorixile Energy Co.,Ltd.,Hulunbei'er 021025,China)

From the moving distance optimization model of crushing station,by calculating the economic sensitivity index,the relationship between the shift of the sensitivity index and the dynamic change of the step length will be given.The article further puts forward the optimization scheme of the moving position of 1#coal crushing station,and takes the moving cost and the cost calculation of crushing station as the realm contrast index.Through integrated comparison,the author determines the optimal scheme of moving position,which provides a guide for further determining the design feasibility of the ground screening system and the reasonable transportation system arrangement.

crushing station;moving distance;optimization scheme;engineering deduction

TD921

B

1671－9816（2017）02－0049－05

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.02.014

李雁飛，何莎，周志偉.神華寶日希勒一號(hào)礦原煤破碎站移設(shè)步距優(yōu)化研究［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（2）：49-52.

2016-08-10

李雁飛（1983—），男，遼寧撫順人，學(xué)士，畢業(yè)于遼寧工程技術(shù)大學(xué)礦業(yè)工程專業(yè)，現(xiàn)在神華寶日希勒能源有限公司露天煤礦工作。