張 環(huán)

（山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)河曲舊縣露天煤業(yè)有限公司，山西 河曲 036000）

露天煤礦中開采工藝系統(tǒng)的選擇是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)[1]。合理開采工藝的研究涵蓋采、運(yùn)、排設(shè)備水平、成本核算的龐大的目標(biāo)體系[2-3]。開采工藝需從技術(shù)以及成本方面進(jìn)行甄選，同時(shí)還應(yīng)兼顧生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)、地質(zhì)環(huán)境的變化進(jìn)而展開理性的選擇[4]。目前，國(guó)內(nèi)半連續(xù)開采工藝在煤的采運(yùn)系統(tǒng)中采用較多，而在剝離物當(dāng)中半連續(xù)開采工藝應(yīng)用的往往較少，尤其是大型半連續(xù)工藝系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)不僅無(wú)具體應(yīng)用，也沒(méi)有相關(guān)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)可以借鑒[5-6]。本文針對(duì)河曲舊縣露天煤礦三采區(qū)開采程度及范圍逐漸變大的具體條件，細(xì)致剖析了所采13號(hào)煤層的賦存情況，對(duì)開采工藝展開比選。

1 開采條件

河曲舊縣露天礦區(qū)位于山西黃土高原西北部，黃河?xùn)|岸，屬典型的黃土高原地貌，黃土厚度大，植被稀少，水土流失嚴(yán)重，地形切割劇烈，沖溝發(fā)育，多呈“V”字形，基巖僅在溝谷中有零星出露。地形總的趨勢(shì)是東高西低，給礦山工程帶來(lái)許多困難，使開采工藝選擇受到一定限制。

該露天礦地形較為復(fù)雜，煤層傾角為2～3°，局部為8°，煤層呈近水平賦存，剝離物基本上是軟巖，該礦冬季寒冷，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。所開采的13號(hào)煤層平均厚度為11.18m。三采區(qū)坑底為13號(hào)煤底板，條區(qū)長(zhǎng)約3050m，東西方向?qū)捈s1050m。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示表土量占剝離總量的48.34%左右。所需剝離的煤層上覆巖土層厚度范圍為45～180m。

2 擬比選開采工藝

露天礦生產(chǎn)目標(biāo)從上至下依次是：表土層均厚105.32m，13號(hào)煤上覆巖層均厚64m。能夠符合該礦的生產(chǎn)工藝有：

（1）單斗鐵道開采工藝

在技術(shù)層面上符合該礦條件，但此工藝的建設(shè)期較長(zhǎng)，且同時(shí)所需技術(shù)工人較多，工作效率值低等也約束其使用推廣。

（2）輪斗—膠帶工藝

就開采工藝角度來(lái)分析，13號(hào)煤覆巖當(dāng)中所需剝離的黃土厚度大，能夠通過(guò)輪斗挖掘機(jī)進(jìn)行作業(yè)。但是這一礦區(qū)是較典型的黃土高原地理環(huán)境，冬季漫長(zhǎng)，冬天作業(yè)臺(tái)階易出現(xiàn)冰面，表土硬度較高，輪斗挖掘機(jī)無(wú)法最大程度地施展其效率。而且該工藝初期投入大，要求進(jìn)行細(xì)致的作業(yè)規(guī)劃，并配以較高技能的技術(shù)工人。另外，現(xiàn)階段選擇該工藝的露天煤礦的地理環(huán)境、煤巖覆存條件均和該礦有著相當(dāng)大的差異。因此該工藝不列入比選范圍。

（3）單斗—汽車開采工藝

單斗—汽車開采工藝是國(guó)內(nèi)最開始引進(jìn)的露天煤礦開采方式，目前已經(jīng)具備整套合理的管理以及使用經(jīng)驗(yàn)。該露天礦內(nèi)煤巖土體實(shí)際覆存條件較好，同時(shí)煤層屬于近水平煤層，適宜選擇單斗—汽車開采方式。而且汽車具備較好的爬坡能力和效率，運(yùn)輸方便，所需工人少，更加有利于生產(chǎn)管理，能夠保證前期經(jīng)濟(jì)效益較好，同時(shí)有利于向其他開采工藝進(jìn)行過(guò)渡，可以確?？焖俚膬?nèi)排，進(jìn)而改善露天煤礦的實(shí)際生產(chǎn)條件，為以后復(fù)墾奠定一定基礎(chǔ)。不過(guò)，此工藝實(shí)際所需的生產(chǎn)成本比較高。考慮到該工藝是露天煤礦現(xiàn)階段使用較廣泛的一種生產(chǎn)方式，因此把該工藝列為參選范圍進(jìn)行比較。

（4）半連續(xù)開采工藝

該生產(chǎn)方式的最大好處是通過(guò)膠帶輸送機(jī)來(lái)運(yùn)送剝離物，縮少或避免了卡車運(yùn)輸作業(yè)，能夠減少成本投入。不過(guò)這一工藝初始生產(chǎn)時(shí)投入的成本較高，生產(chǎn)作業(yè)較冗雜，管理起來(lái)會(huì)有困難，特別是破碎站以及膠帶輸送機(jī)不斷運(yùn)輸和重新的安設(shè)作業(yè)，增加了生產(chǎn)復(fù)雜性。不過(guò)該工藝達(dá)不用卡車運(yùn)輸，極大地縮減了運(yùn)輸費(fèi)用，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)作業(yè)。而且，單斗鏟與輪斗相比而言，冬季也能夠保證正常作業(yè)，能夠很好地提升礦井的生產(chǎn)效益。所以，也將此工藝列為參選對(duì)象。

（5）拉斗鏟倒堆工藝

該工藝因?yàn)橥度氤杀据^低而得到了大范圍的使用?？紤]到該礦煤巖賦存條件較好，適合采用該工藝。但是我國(guó)受機(jī)械制造和設(shè)備引進(jìn)的限制，相關(guān)設(shè)備不易取得，所以本文不將此工藝列為比選目標(biāo)。

3 開采工藝比選

3.1 表土開采工藝

方案一：?jiǎn)味贰囬g斷工藝；

方案二：?jiǎn)味菲嚒砸剖狡扑闄C(jī)—轉(zhuǎn)載機(jī)—膠帶輸送機(jī)—排土機(jī)半連續(xù)工藝。

考慮到舊縣露天煤礦地理位置影響，其冬季溫度較低，冬天上部表土層會(huì)發(fā)生粘膠帶現(xiàn)象進(jìn)而降低工作效率，因此為了使比選更具可信度，考慮到半連續(xù)工藝冬天設(shè)備作業(yè)存在困難，因此按照半連續(xù)整年只作業(yè)8個(gè)月與單斗汽車整年作業(yè)12個(gè)月展開技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較工作。

經(jīng)過(guò)對(duì)該礦分別采用單斗汽車工藝與半連續(xù)生產(chǎn)工藝展開研究，一是半連續(xù)工藝比單斗汽車工藝投入成本要多14900萬(wàn)元左右，本礦三采區(qū)年均剝離量約1725萬(wàn)m3；二是單斗汽車工藝比半連續(xù)生產(chǎn)方式的運(yùn)營(yíng)費(fèi)多3550萬(wàn)元，選擇半連續(xù)生產(chǎn)方式5年之后就能夠收回初始時(shí)期多投入的資金。因此在對(duì)表土層剝離作業(yè)時(shí)，選擇利用半連續(xù)生產(chǎn)工藝。

3.2 煤層以上巖石開采工藝

方案一：?jiǎn)味贰砸剖狡扑闄C(jī)—轉(zhuǎn)載機(jī)—膠帶輸送機(jī)—排土機(jī)半連續(xù)工藝；

方案二：?jiǎn)味贰砸剖狡扑闄C(jī)—轉(zhuǎn)載機(jī)—膠帶輸送機(jī)—排土機(jī)半連續(xù)工藝與懸臂排土機(jī)系統(tǒng)相結(jié)合。

懸臂式排土機(jī)的作業(yè)方式為單斗挖掘機(jī)挖掘裝車—移動(dòng)破碎機(jī)破碎—排土機(jī)排棄。懸臂式排土機(jī)與半連續(xù)生產(chǎn)方式二者相比較，它能夠達(dá)到橫向排土的目的，膠帶運(yùn)輸距離得以縮減，而且該工藝所需設(shè)備少，技術(shù)人員少；由于有履帶，能夠自由行走比較方便靈活。但是懸臂式排土機(jī)對(duì)下面的巖性要求較高，要求基地穩(wěn)定，同時(shí)要求與下面采煤生產(chǎn)要相互協(xié)調(diào)，使得整個(gè)生產(chǎn)體系相對(duì)復(fù)雜。

將半連續(xù)工藝與懸臂式排土機(jī)工藝進(jìn)行經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析。三采區(qū)年均巖石剝離量約為1530萬(wàn)m3，懸臂式排土機(jī)工藝與半連續(xù)工藝二者相比，投資成本約差4050萬(wàn)，運(yùn)營(yíng)費(fèi)相差約380萬(wàn)，最終的經(jīng)濟(jì)效益大體一致，二者不存在很大差別。但是國(guó)外使用懸臂式排土工藝的國(guó)家非常少，設(shè)備生產(chǎn)廠家較少，所以損壞的零配件較難匹配更換，一旦設(shè)備需要檢修，會(huì)使得生產(chǎn)停滯；同時(shí)因?yàn)閼冶凼脚磐翙C(jī)對(duì)覆巖環(huán)境有著較高的要求標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)煤層厚度出現(xiàn)起伏時(shí)且遭遇施工地面不夠平整的情況，排棄困難就會(huì)顯著增加。因此對(duì)于13號(hào)煤層以上巖石的開采選擇半連續(xù)工藝，在提升經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)也能提升系統(tǒng)的可靠程度。

3.3 煤層開采工藝

該礦的13號(hào)煤層為穩(wěn)定全區(qū)可采煤層，其煤層均厚11.18m，建議選擇使用半連續(xù)工藝進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)。依據(jù)煤層實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境將13號(hào)煤層進(jìn)行分層回采，按照臺(tái)階開展生產(chǎn)作業(yè)。選擇使用21m3液壓鏟進(jìn)行裝煤作業(yè)，使用91t自卸汽車運(yùn)輸，后由3500t/h半固定式破碎機(jī)破碎后，最終利用皮帶（帶寬1.5m，帶速4.5m/s）運(yùn)至儲(chǔ)煤場(chǎng)。

4 結(jié)論

通過(guò)系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)剖析研究，最終確定了以單斗挖掘機(jī)—自移式破碎機(jī)—轉(zhuǎn)載機(jī)—膠帶輸送機(jī)—排土機(jī)為主的生產(chǎn)工藝系統(tǒng)。在實(shí)際生產(chǎn)中，采用上述生產(chǎn)工藝系統(tǒng)，能夠有效保障礦井的正常生產(chǎn)，大幅降低了生產(chǎn)成本，提高礦井經(jīng)濟(jì)效益，也為相似條件下礦井開采工藝的選擇提供參考。