趙彥合

（中煤平朔煤業(yè)有限責(zé)任公司 東露天礦，山西 朔州036006）

端幫巷道運(yùn)煤半連續(xù)工藝是指煤自工作面單斗挖掘機(jī)采掘后，由卡車運(yùn)輸至布置于該煤層頂?shù)装逅降亩藥退剖狡扑檎酒扑椋^而通過(guò)帶式輸送機(jī)經(jīng)端幫聯(lián)絡(luò)巷、端幫平巷、斜井巷道至地面運(yùn)輸系統(tǒng)的一種開采方式，此開采工藝不僅改變了傳統(tǒng)采煤半連續(xù)卡車運(yùn)距遠(yuǎn)、提升高度大、運(yùn)費(fèi)高的缺點(diǎn)，還可降低露天礦碳排放、回收部分端幫壓煤[1]。

中煤平朔煤業(yè)有限責(zé)任公司東露天礦剝離采用單斗-卡車間斷工藝與自移式破碎機(jī)半連續(xù)工藝，采煤應(yīng)用單斗-卡車-半固定式破碎站-原煤巷道帶式輸送機(jī)半連續(xù)工藝。東露天礦主采煤層為4#、9#、11#3 個(gè)煤層，在礦坑4#煤底板與9#煤底板分別設(shè)立1 臺(tái)半固定式破碎站，對(duì)開采的原煤進(jìn)行破碎處理，處理后的原煤經(jīng)礦坑南端幫巷道內(nèi)的帶式輸送機(jī)運(yùn)輸?shù)竭x煤廠。

1 原煤巷道延伸存在的問(wèn)題

東露天礦原煤運(yùn)輸主要通過(guò)帶式輸送機(jī)運(yùn)輸實(shí)現(xiàn)，隨著礦坑的推進(jìn)主巷道也隨著向前掘進(jìn)，原煤巷道在東露天礦的實(shí)際生產(chǎn)中存在的問(wèn)題有：

1）原煤巷道采區(qū)間接續(xù)困難。目前東露天礦原煤巷道布置于首采區(qū)南端幫，隨著礦坑推進(jìn)，巷道需沿著首采區(qū)南端幫與二采區(qū)西端幫延伸，導(dǎo)致后續(xù)采區(qū)原煤膠帶運(yùn)距遠(yuǎn)。采區(qū)接續(xù)時(shí)巷道接續(xù)方案如圖1。

圖1 采區(qū)接續(xù)時(shí)巷道接續(xù)方案

2）巷道掘進(jìn)成本高。東露天礦的主巷道布置于煤層中，巷道的橫截面積為16.45 m2，每掘進(jìn)1 m 巷道可采出25.6 t 工程煤。工程煤的價(jià)格為49 元/t，每掘進(jìn)1 m 煤巷道的總成本（材料＋施工）為1.3 萬(wàn)元，則每掘進(jìn)1 m 煤巷道花費(fèi)11 745 元，相比之前的巷道掘進(jìn)成本升高。

針對(duì)原煤巷道延伸存在的問(wèn)題，提出將原煤運(yùn)輸?shù)陌的z帶改為明膠帶，則需首先確定半固定破碎站布置水平。

2 破碎站最優(yōu)布置水平

將暗膠帶改為明膠帶后，造成膠帶上部臺(tái)階成為單環(huán)運(yùn)輸，內(nèi)排土場(chǎng)排土邊界縮小，為確定破碎站合理布置水平，引入當(dāng)量工作線，通過(guò)綜合分析工藝費(fèi)用，從而確定破碎站布置水平[2-3]。

2．1 優(yōu)化基本流程

首先，按照生產(chǎn)過(guò)程及工藝，將運(yùn)煤卡車和膠帶運(yùn)距及費(fèi)用分別計(jì)算；然后，計(jì)算由于明膠帶造成卡車運(yùn)距增加、內(nèi)排土場(chǎng)升高導(dǎo)致的增加費(fèi)用；最后，將對(duì)應(yīng)工藝的其它費(fèi)用相加，以總費(fèi)用最低為準(zhǔn)則，確定合理的布置水平[4-5]。

2．1.1 卡車運(yùn)距和帶式運(yùn)輸機(jī)運(yùn)距

卡車運(yùn)距計(jì)算剖面圖如圖2。

圖2 卡車運(yùn)距計(jì)算剖面圖

破碎站位于露天礦端幫，卡車由采場(chǎng)干道運(yùn)輸，可采煤層為n 層，第i 煤層到破碎站卸載點(diǎn)的卡車運(yùn)距為：

式中：DTi為第i 煤層到破碎站的卡車運(yùn)輸距離，m；Hi為第i 煤層到破碎站的垂深，m；R 為道路限制坡度，取8%～10%；Cq為道路展線系數(shù)；DR為坑內(nèi)水平附加運(yùn)距，m；DGR為端幫運(yùn)輸距離，m；Li為第i 煤層工作線長(zhǎng)度，m。

式中：Ln為坑底煤層工作線長(zhǎng)度，m；Hn為破碎站與坑底煤層高差，m；α 為最終幫坡角，（°）。

加權(quán)卡車運(yùn)距DT計(jì)算公式為：

式中：Ti為第i 煤層年采出量，t。

式中：hi為第i 煤層厚度，m；a 為年推進(jìn)度，m；ρi為第i 煤層密度，t/m3。

帶式輸送機(jī)運(yùn)距為：

式中：k 為展線系數(shù)；△x、△y、△z 為破碎站帶式輸送機(jī)受料點(diǎn)與選煤廠卸載點(diǎn)三維坐標(biāo)差，m；DB為膠帶坑內(nèi)附加運(yùn)距，m。

2．1．2 運(yùn)煤膠帶明溝對(duì)上部土巖卡車剝離運(yùn)輸?shù)挠绊?/p>

1）當(dāng)量工作線長(zhǎng)度的計(jì)算。在采用單斗卡車剝離工藝時(shí)，破碎站布置水平以上部分臺(tái)階的卡車運(yùn)輸可經(jīng)過(guò)膠帶溝底爬坡的方式運(yùn)輸，較單環(huán)內(nèi)排運(yùn)距小，也可繼續(xù)采用雙環(huán)內(nèi)排，為確定臺(tái)階運(yùn)輸方式，引入當(dāng)量工作線長(zhǎng)度：

式中：LP為當(dāng)量工作線長(zhǎng)度，m；H 為剝離臺(tái)階與破碎站所在水平的高差，m。

2）內(nèi)排運(yùn)輸功的計(jì)算。內(nèi)排總運(yùn)輸功WTP為：

式中：m 為從坑底到地表所有剝離臺(tái)階的個(gè)數(shù)；VTPi為第i 臺(tái)階的土巖量，m3；DTPi為第i 臺(tái)階的內(nèi)排運(yùn)距，m；

2．2 破碎站布設(shè)水平優(yōu)化

目前，露天礦剝離運(yùn)輸主要為連續(xù)工藝或單斗-卡車間斷工藝，因此總費(fèi)用Fz為：

式中：DT為煤層到破碎站運(yùn)輸距離，km；T 為煤層年采出量，t；Ckm為卡車運(yùn)煤?jiǎn)蝺r(jià)，元/（t·km）；DJ為膠帶運(yùn)輸距離，km；Cj為膠帶運(yùn)煤?jiǎn)蝺r(jià)，元/（t·km）；d 為卡車剝離增加的運(yùn)距，km；T1為明帶式輸送機(jī)影響雙環(huán)內(nèi)排的剝離量，m3；Ckb為卡車運(yùn)巖石單價(jià)，元/（m3·km）；Fp為內(nèi)排或外排增加費(fèi)用，元。

當(dāng)上部剝離采用間斷工藝時(shí)，總費(fèi)用包括卡車運(yùn)輸增加費(fèi)用、運(yùn)輸煤費(fèi)用與膠帶占用排土空間此部分物料排棄增加費(fèi)用總和；當(dāng)上部剝離采用連續(xù)運(yùn)輸工藝時(shí)，運(yùn)煤系統(tǒng)對(duì)上部運(yùn)輸系統(tǒng)影響較小，總費(fèi)用為運(yùn)煤費(fèi)用與膠帶占用排土空間此部分物料排棄增加費(fèi)用之和。最優(yōu)布置水平即總費(fèi)用最低。

3 破碎站改造

3．1 破碎站布置水平優(yōu)化

采用明膠帶運(yùn)輸需研究明膠帶的留溝布置水平，當(dāng)布置水平較低時(shí)，留溝將阻斷上部水平臺(tái)階的雙環(huán)內(nèi)排改為單環(huán)內(nèi)排，布置水平越低影響內(nèi)排量越大，剝離運(yùn)輸增加費(fèi)用越多[6-7]，因此從4#煤底板及以上每隔20 m 分別分析破碎站布置水平的合理性。

根據(jù)東露天礦的實(shí)際生產(chǎn)情況及征地問(wèn)題，對(duì)采區(qū)劃分進(jìn)行了優(yōu)化，同時(shí)由于開采境界較大，在研究破碎站布置水平時(shí)，為了準(zhǔn)確計(jì)算出破碎站合理的布置水平，現(xiàn)將采區(qū)劃分小的階段進(jìn)行研究，東露天礦采區(qū)劃分及階段劃分示意圖如圖3。

圖3 東露天礦采區(qū)劃分及階段劃分示意圖

相對(duì)單斗-卡車工藝下雙環(huán)內(nèi)排，由于破碎站造成上部剝離臺(tái)階單環(huán)運(yùn)輸所增加的運(yùn)輸費(fèi)用及內(nèi)排土場(chǎng)增高增加的費(fèi)用。以首采區(qū)階段2 為例，當(dāng)破碎站布置在4#煤底板之上時(shí)，根據(jù)原煤綜合運(yùn)距計(jì)算破碎站布置于不同水平時(shí)總費(fèi)用見(jiàn)表1。

表1 破碎站布置于不同水平時(shí)總費(fèi)用

在同一布置水平，增加剝離費(fèi)用大于卡車運(yùn)煤費(fèi)用，主要是由于留溝影響的內(nèi)排量大于采煤量，同時(shí)內(nèi)排土場(chǎng)上部臺(tái)階剝離運(yùn)距較大。隨著破碎站布置水平的升高，總費(fèi)用不斷下降，破碎站布置于4#煤底板上140 m 時(shí)最小，東露天礦首采區(qū)階段2 以4#煤為底時(shí)采深為160 m，已接近地表?？紤]留溝將阻斷雙環(huán)內(nèi)排且造成管理復(fù)雜，故考慮將破碎站布置于地表。

3．2 采區(qū)間膠帶接續(xù)

東露天礦計(jì)劃將原煤巷道膠帶從首采區(qū)A 點(diǎn)基巖面穿出，將暗膠帶改為明膠帶。經(jīng)過(guò)前面破碎站布置水平優(yōu)化可知，將破碎站布置于地表經(jīng)濟(jì)較合理，因此在首采區(qū)A 點(diǎn)到B 點(diǎn)及首采區(qū)向二采區(qū)轉(zhuǎn)向期間時(shí)，將破碎站布置于地表。當(dāng)首采區(qū)工作面轉(zhuǎn)向結(jié)束時(shí)，將原煤運(yùn)輸膠帶從首采區(qū)A 點(diǎn)經(jīng)內(nèi)排土場(chǎng)留的溝進(jìn)行鋪設(shè)，完成首采區(qū)與二采區(qū)原煤運(yùn)輸?shù)慕永m(xù)[8-9]，供二三采區(qū)原煤的運(yùn)輸，采區(qū)接續(xù)時(shí)明膠帶布置示意圖如圖4。

圖4 采區(qū)接續(xù)時(shí)明膠帶布置示意圖

A 點(diǎn)坐標(biāo)為（x=493 459，y=437 8445），基巖面標(biāo)高308，地表面標(biāo)高1 334 m，C 點(diǎn)半壓幫留溝后的標(biāo)高為1 330 m，從A 點(diǎn)到C 點(diǎn)經(jīng)內(nèi)排土場(chǎng)布置明膠帶有2 種方案：

1）方案1：明膠帶經(jīng)首采區(qū)內(nèi)排土場(chǎng)從A 點(diǎn)直通C 點(diǎn)。

2）方案2：先從A 點(diǎn)以上坡面鋪設(shè)到達(dá)內(nèi)排土場(chǎng)表面（1 440 m 水平），在內(nèi)排土場(chǎng)表面鋪設(shè)一段膠帶，快到C 點(diǎn)時(shí)再以下坡面鋪設(shè)到C 點(diǎn)，上坡與下坡角度為16°。

明膠帶鋪設(shè)后，考慮到膠帶及作業(yè)人員的安全，預(yù)留一定的安全距離，同時(shí)為了方便明膠帶的維修應(yīng)保留通車的寬度，因此溝底寬度按20 m 計(jì)算。

方案1 比方案2 影響內(nèi)排容積（實(shí)方）量多6 208 萬(wàn)m3，如果采取方案1 鋪設(shè)膠帶，內(nèi)排土場(chǎng)的排土臺(tái)階高度升高明顯，剝離物整體重心抬高較大，增加剝離成本，因首采區(qū)內(nèi)排土場(chǎng)空間緊張，因此推薦方案2 鋪設(shè)膠帶。

4 結(jié) 論

1）結(jié)合東露天礦的地質(zhì)情況，分析原煤巷道延伸存在的問(wèn)題，提出將巷道膠帶改為明膠帶方案。

2）暗膠帶改明膠帶后，端幫膠帶布置水平影響卡車內(nèi)排運(yùn)距，通過(guò)不同布置水平的綜合運(yùn)距分析，得出將破碎站布置于地表較合適。

3）通過(guò)研究運(yùn)煤膠帶采區(qū)間接續(xù)情況，明確明膠帶經(jīng)首采區(qū)內(nèi)排土預(yù)留溝服務(wù)二、三采區(qū)方案，明膠帶鋪設(shè)：先上坡到內(nèi)排土場(chǎng)，在內(nèi)排土場(chǎng)水平鋪設(shè)一段距離，再下坡到二、三采區(qū)交接處。