董志龍

（新疆天池能源有限責(zé)任公司，新疆 昌吉 831100）

國(guó)內(nèi)外露天礦發(fā)展總的趨勢(shì)是開(kāi)采高度集中化、規(guī)模大型化、經(jīng)營(yíng)集約化、礦山智能化、工藝連續(xù)化與裝備大型化，節(jié)能、環(huán)保、高效、經(jīng)濟(jì)是國(guó)內(nèi)外露天礦建設(shè)目標(biāo)的基本要求。與之相適應(yīng)的，以帶式輸送機(jī)運(yùn)輸為基本特征的露天礦半連續(xù)工藝具有適應(yīng)性強(qiáng)、生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本低的優(yōu)點(diǎn)、可實(shí)現(xiàn)智能化集中控制、特別是具有節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，符合建設(shè)綠色生態(tài)礦區(qū)的技術(shù)條件的優(yōu)點(diǎn)，將會(huì)成為中國(guó)露天礦工藝技術(shù)和裝備今后發(fā)展的主要方向[1-2]。

單斗-卡車-半移動(dòng)破碎站-帶式輸送機(jī)半連續(xù)生產(chǎn)工藝即有單斗-卡車間斷工藝機(jī)動(dòng)靈活適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，又具有帶式輸送機(jī)運(yùn)輸效率高、爬坡能力大、成本低的優(yōu)點(diǎn)，但也存在使用卡車油耗較大、半移動(dòng)式破碎站經(jīng)常移設(shè)、生產(chǎn)環(huán)節(jié)增多、管理復(fù)雜等問(wèn)題[3-4]。目前半連續(xù)生產(chǎn)工藝在國(guó)內(nèi)采煤系統(tǒng)中已廣泛采用，剝離系統(tǒng)只有元寶山、霍林河露天煤礦、白音華露天煤礦等少數(shù)露天煤礦使用。目前新疆煤炭市場(chǎng)處于價(jià)格低迷狀態(tài)，大型設(shè)備的前期投入較大、后期維護(hù)費(fèi)用較高，如何克服這些困難、降低剝離半連續(xù)工藝的生產(chǎn)成本對(duì)新疆地區(qū)露天煤礦實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝升級(jí)至關(guān)重要。

1 系統(tǒng)現(xiàn)狀

按照南露天煤礦一期工程（1 000 萬(wàn)t）初步設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)有1 套剝離半連續(xù)生產(chǎn)系統(tǒng)，間斷部分由2臺(tái)WK35 電鏟和7 臺(tái)載重220 t 自卸卡車組成，連續(xù)生產(chǎn)部分由2 臺(tái)3 250 t/h 半移動(dòng)破碎站和5 臺(tái)6 500 t/h 帶式輸送機(jī)及1 臺(tái)6 500 t/h 排土機(jī)（含卸料車）組成，系統(tǒng)年生產(chǎn)能力1 000 萬(wàn)m3（實(shí)方）。該系統(tǒng)的2 臺(tái)半移動(dòng)破碎站布置在南幫，帶式輸送機(jī)布置在東端幫至沿幫排土場(chǎng)，用于深部剝離外排使用。建礦以來(lái)整套生產(chǎn)系統(tǒng)一直未建設(shè)，生產(chǎn)上采用單斗－卡車間斷生產(chǎn)工藝，全部外委，使用斗容6 m3液壓反鏟配套載重60t 級(jí)的寬體礦卡。

今后2 年，隨著南露天煤礦二期工程（新增2 000萬(wàn)t/a）建設(shè)，生產(chǎn)規(guī)模逐年增加至3 000 萬(wàn)t/a。2018—2021 年為露天礦生產(chǎn)轉(zhuǎn)向期，即開(kāi)采轉(zhuǎn)向、內(nèi)外排轉(zhuǎn)換，在此期間外排土場(chǎng)排棄完畢，內(nèi)排土場(chǎng)逐步建立，不適合建設(shè)剝離半連續(xù)生產(chǎn)系統(tǒng)。2021年后內(nèi)排土場(chǎng)具備穩(wěn)定排土推進(jìn)的條件時(shí)，適合在最上部剝離、排土臺(tái)階布置1 套剝離半連續(xù)生產(chǎn)系統(tǒng)，用于大運(yùn)距的剝離排土使用。初步設(shè)計(jì)的剝離半連續(xù)生產(chǎn)系統(tǒng)為外排使用，這套系統(tǒng)的生產(chǎn)能力、設(shè)備參數(shù)不能滿足3 000 萬(wàn)t/a 規(guī)模的生產(chǎn)、不滿足內(nèi)排布置，需要對(duì)整套剝離生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。

2 剝離半連續(xù)系統(tǒng)布置方案優(yōu)化

結(jié)合剝離內(nèi)排使用需求，制定剝離半連續(xù)生產(chǎn)系統(tǒng)布置方案。2 臺(tái)半移動(dòng)破碎站布置在東幫南側(cè)565 m 水平，服務(wù)于565 m 水平至地表3 個(gè)臺(tái)階；剝離物破碎至粒度350 mm 以下，通過(guò)布置在南幫550 m 水平至內(nèi)排土場(chǎng)550 m 水平的1 套帶式輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)至內(nèi)排土場(chǎng)，再由卸料車轉(zhuǎn)載給排土機(jī)排棄。排土機(jī)布置在內(nèi)排土場(chǎng)550 m 水平，下排30 m、上排15 m，服務(wù)于520～565 m 水平，排土場(chǎng)作業(yè)面采用平行推進(jìn)方式[5]。

剝離系統(tǒng)工藝布置平面圖如圖1。

圖1 剝離系統(tǒng)工藝布置平面圖

南露天煤礦開(kāi)采轉(zhuǎn)向后，東幫采煤工作線長(zhǎng)度相對(duì)固定，按照3 000 萬(wàn)t/a 生產(chǎn)規(guī)模，年推進(jìn)度約為270 m。為控制工作面卡車的運(yùn)距，避免破碎站位置壓占剝離工程位置，根據(jù)露天礦采掘時(shí)空發(fā)展，煤破碎站的移設(shè)步距確定為270 m，即每年移設(shè)1 次，在冬季停工期內(nèi)移設(shè)，并延長(zhǎng)端幫帶式輸送機(jī)。每年剝離需要提前準(zhǔn)備好下一年破碎站移設(shè)和膠帶式輸送機(jī)延伸的工程位置。

3 剝離半連續(xù)系統(tǒng)生產(chǎn)能力優(yōu)化

3.1 年度生產(chǎn)能力

南露天煤礦開(kāi)采轉(zhuǎn)向后，年推進(jìn)度約為270 m，內(nèi)排土場(chǎng)排土跟進(jìn)270 m。按此計(jì)算采場(chǎng)565 m 水平至地表剝離量約1 913 萬(wàn)m3（實(shí)方），內(nèi)排土場(chǎng)520～565 m 水平排土容量約1 600 萬(wàn)m3（折算實(shí)方）。為實(shí)現(xiàn)剝離、排土工程量與推進(jìn)度相適應(yīng)，確定剝離半連續(xù)生產(chǎn)系統(tǒng)的年生產(chǎn)能力為1 600 萬(wàn)m3（實(shí)方），較初步設(shè)計(jì)的1 000 萬(wàn)m3/a（實(shí)方）增加60%。

3.2 系統(tǒng)生產(chǎn)能力

1）系統(tǒng)能力計(jì)算。剝離巖石密度2.20 t/m3（實(shí)方），采剝后剝離物松散系數(shù)1.35。根據(jù)剝離系統(tǒng)有效工時(shí)4 113 h 計(jì)算，并考慮剝離系統(tǒng)作業(yè)的不均衡特性，確定半連續(xù)剝離系統(tǒng)的生產(chǎn)能力為松方6 660 m3/h（10 855 t/h），取值1.1 萬(wàn)t/h，即帶式輸送機(jī)、卸料車及排土機(jī)生產(chǎn)能力均為1.1 萬(wàn)t/h。剝離系統(tǒng)包含2 臺(tái)半移動(dòng)破碎站，破碎站生產(chǎn)過(guò)程中受物料粒度、黏度、卡車供料不連續(xù)等影響較多，為保證破碎效率滿足膠帶運(yùn)輸?shù)纳a(chǎn)能力，破碎站的額定能力取值應(yīng)偏大10%，即單臺(tái)半移動(dòng)破碎站額定能力為6 000 t/h。連續(xù)部分生產(chǎn)能力見(jiàn)表1。

表1 連續(xù)部分生產(chǎn)能力

2）間斷生產(chǎn)部分設(shè)備選型優(yōu)化及生產(chǎn)能力測(cè)算。南礦初步設(shè)計(jì)中半連續(xù)生產(chǎn)工藝中挖掘機(jī)選用斗容35 m3的電鏟2 臺(tái)，配套載重220 t 的自卸卡車7臺(tái)。2 臺(tái)電鏟較為富余，7 臺(tái)卡車略顯不足，一旦出現(xiàn)故障直接影響半連續(xù)系統(tǒng)的生產(chǎn)效率。在同等運(yùn)距、提升高度的條件下，35 m3的電鏟配套220 t 的自卸卡車生產(chǎn)成本較南露天煤礦6 m3的反鏟配套60 t級(jí)的寬體卡車的生產(chǎn)成本高出4～6 元/m3。斗容35 m3的電鏟約1 億元/臺(tái)，載重220 t 的自卸卡車約2 000 萬(wàn)元/臺(tái)。設(shè)備購(gòu)置費(fèi)用高，設(shè)備使用上不能備用，一旦車輛故障易出現(xiàn)破碎平臺(tái)斷車情況，直接影響整套半連續(xù)系統(tǒng)的生產(chǎn)效率。

南露天煤礦優(yōu)化后的半固定破碎站額定能力為6 000 t/h（松方3 681 m3/h），廂容37 m3的寬體卡車每小時(shí)需卸載100 車，4 個(gè)卸車臺(tái)位，每個(gè)臺(tái)位25車/h。根據(jù)南礦和元寶山露天礦實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，破碎站車輛卸載周期約1.5～2 min，4 個(gè)臺(tái)位理論卸載車數(shù)為120～160 車/h，完全滿足生產(chǎn)要求。因此南礦剝離半連續(xù)生產(chǎn)系統(tǒng)的間斷部分應(yīng)選用現(xiàn)有斗容6 m3的反鏟、配套廂容37 m3的寬體卡車，單斗-卡車部分繼續(xù)選用外委方式（無(wú)需新增投資）。

4 連續(xù)生產(chǎn)部分設(shè)備選型優(yōu)化

4.1 半移動(dòng)式破碎站結(jié)構(gòu)型式優(yōu)化

為適應(yīng)隨剝離作業(yè)面的推進(jìn)而較頻繁的移設(shè)，剝離系統(tǒng)破碎站模塊式設(shè)計(jì)，由受料斗、破碎機(jī)、板式給料機(jī)、排料帶式輸送機(jī)、液壓系統(tǒng)、電氣室、司機(jī)室和鋼結(jié)構(gòu)等模塊組成。破碎站設(shè)計(jì)模塊化，使用履帶運(yùn)輸車分塊移設(shè)，采用鋼結(jié)構(gòu)料倉(cāng)無(wú)結(jié)構(gòu)擋土墻結(jié)構(gòu)形式，卸料棧橋2 個(gè)，卸車臺(tái)位4 個(gè)[6-7]。模塊化半固定破碎站結(jié)構(gòu)示意圖如圖2。

圖2 模塊化半固定破碎站結(jié)構(gòu)示意圖

4.2 排土機(jī)結(jié)構(gòu)型式優(yōu)化

原初步設(shè)計(jì)中，卸料車選擇軌道式，排土機(jī)受料臂一端支撐在卸料車上，不能拆開(kāi)，在帶式輸送機(jī)移設(shè)和上排、下排轉(zhuǎn)換時(shí)，靈活性差。軌道式卸料車，優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)量較輕，而且依靠鐵軌導(dǎo)向，卸料車能自動(dòng)地與帶式輸送機(jī)保持共線運(yùn)行；缺點(diǎn)是除有1 條移設(shè)用鋼軌外，在帶式輸送機(jī)的另一側(cè)還需第2 條鋼軌，承受卸料車的質(zhì)量，為此需加長(zhǎng)、加密軌枕，這給移設(shè)帶式輸送機(jī)增加了難度，而且移設(shè)過(guò)程中卸料車容易掉道。

優(yōu)化選型后，排土機(jī)結(jié)構(gòu)型式選擇傳統(tǒng)“C”型架結(jié)構(gòu)型式，受料臂下部增加一組履帶行走裝置，使排土機(jī)與卸料車相互獨(dú)立，增加設(shè)備使用的靈活性[8]。另外在卸料車選擇上選擇履帶式卸料車（2 者造價(jià)大致相同）。在帶式輸送機(jī)移設(shè)時(shí)將膠帶斷開(kāi)，卸料車可以從帶式輸送機(jī)架移出，有效提高帶式輸送機(jī)移設(shè)效率，特別適合排土工作面帶式輸送機(jī)平行移設(shè)。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)剝離半連續(xù)生產(chǎn)系統(tǒng)布置方案的優(yōu)化，使之適應(yīng)于剝離內(nèi)排使用，并與露天煤礦3 000 萬(wàn)t/a 產(chǎn)量規(guī)模的剝離、排土推進(jìn)度相適應(yīng)。通過(guò)核算半連續(xù)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)生產(chǎn)能力與設(shè)備選型優(yōu)化，有效提升整套系統(tǒng)的生產(chǎn)效率。

在設(shè)備選型優(yōu)化方面，將大型單斗挖掘機(jī)、卡車調(diào)整為中型設(shè)備，大幅降低了系統(tǒng)投資和生產(chǎn)成本。優(yōu)化半移動(dòng)破碎站和排土機(jī)（含卸料車）的結(jié)構(gòu)型式，使之更適用于露天煤礦破碎站頻繁的移設(shè)、排土工作線平行移設(shè)的使用需求。