寧大方

（中煤科工集團(tuán)沈陽設(shè)計研究院有限公司，遼寧 沈陽 110015）

哈密一礦是煤電一體化項目，最初規(guī)劃該礦只向8 km 外的哈密電廠供煤。2021 年8 月，與哈密電廠同屬哈密－鄭州±800 kV 特高壓直流工程的紅星電廠開始并網(wǎng)發(fā)電。該電廠距一礦約15 km，與哈密電廠配置相同，均由2 臺660 MW 燃煤鍋爐組成，年發(fā)電小時數(shù)及用煤量基本一致。由于紅星電廠暫未有配套煤礦，2 個電廠又同屬一個能源公司，從電煤供應(yīng)的保障性及經(jīng)濟(jì)性考慮，一礦將承擔(dān)向紅星電廠供煤的任務(wù)，將從單電廠供煤轉(zhuǎn)為向雙電廠供煤，年供煤量翻倍。在供煤量將要增加的事實下，采場南北境界和煤層賦存條件均未發(fā)生變化，采場內(nèi)剝離與采煤工作線長度和工作面數(shù)目亦保持現(xiàn)狀，對應(yīng)的剝離與原煤運(yùn)輸系統(tǒng)也未變。采煤工藝依舊為輪斗－卡車與單斗－卡車－破碎站聯(lián)合開采工藝，剝離為單斗－卡車工藝。但現(xiàn)有設(shè)備生產(chǎn)、裝車能力及運(yùn)輸?shù)缆吠ㄟ^能力是否能滿足運(yùn)量增加的要求還不確定，有必要對其進(jìn)行分析，論證是否具備向雙電廠供煤的能力。

1 露天礦生產(chǎn)現(xiàn)狀

哈密一礦可采煤層為7 煤和10 煤。目前所有煤層已全部揭露，采至底部境界，剝離物實現(xiàn)了全部內(nèi)排。生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)煤層中夾矸較多，厚度發(fā)育不均。結(jié)合輪斗挖掘機(jī)和單斗挖掘機(jī)的生產(chǎn)特性，在實際生產(chǎn)中根據(jù)夾矸厚度的不同，將2 層煤又細(xì)分為6 層，目的是從源頭降低矸石的混入量，提高電煤發(fā)熱量。工作幫從上至下形成6 個剝離臺階，工作線平均長度800 m；6 個采煤臺階，工作線平均長度600 m。剝離選用的是單斗－卡車開采工藝；采煤選用單斗－卡車－可移式破碎站－卡車與輪斗－卡車組成的聯(lián)合開采工藝。其中單斗－卡車開采工藝負(fù)責(zé)薄煤層開采，輪斗－卡車開采工藝負(fù)責(zé)厚煤層開采[1]。

自2015 年開始，哈密電廠所用的燃料煤全部由一礦供給，每年供應(yīng)原煤300～350 萬t。由于電廠負(fù)荷高低受國網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)配，切換無規(guī)律，為保障供煤穩(wěn)定，所有采煤設(shè)備生產(chǎn)能力均按最高負(fù)荷供煤量配置，正常生產(chǎn)中設(shè)備能力富余較大。

2 采場生產(chǎn)能力

現(xiàn)有采煤工藝為輪斗－卡車、單斗－卡車－可移式破碎站－卡車聯(lián)合開采工藝，工藝的核心設(shè)備為輪斗挖掘機(jī)和可移式破碎機(jī)，兩者能力的大小決定著全礦生產(chǎn)能力的高低。為此，分析現(xiàn)有核心設(shè)備的生產(chǎn)能力是否滿足供煤量需求成為最關(guān)鍵的因素。由于該礦為煤電一體化項目，產(chǎn)量的大小完全受電廠用煤量高低來決定。電廠單雙機(jī)組、高低負(fù)荷均由國家電網(wǎng)根據(jù)實際用電情況來調(diào)配，為了滿足供煤量不受設(shè)備能力的影響，采場核心采煤設(shè)備的能力是按雙機(jī)組最大負(fù)荷情況配備的，其余的單斗挖掘機(jī)和卡車數(shù)量可根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)隨時增減。通過對主要生產(chǎn)設(shè)備工作能力和工作時間[2-3]的統(tǒng)計，來計算年工作能力，主采設(shè)備能力計算見表1。

表1 主采設(shè)備能力計算

從表1 主要設(shè)備能力計算結(jié)果來看，核心采煤設(shè)備每年實際生產(chǎn)能力為840 萬t。從2 個電廠每年600～700 萬t 總需煤量來看，核心設(shè)備的生產(chǎn)能力尚有17%的富余，具有一定的產(chǎn)量調(diào)節(jié)能力，現(xiàn)有核心采煤設(shè)備的生產(chǎn)能力可滿足雙電廠用煤量的要求[4]。

3 采場道路通行能力

道路通行能力也稱道路容量，是指主干路某一段面在單位時間內(nèi)所通過的最大車輛數(shù)，是度量道路疏導(dǎo)車輛能力的指標(biāo)。即在一定時段和正常的道路、交通、管制及運(yùn)行質(zhì)量要求下，道路設(shè)施通過交通流質(zhì)點(diǎn)的能力，通行能力一般以輛/h 表示[5]。

3.1 運(yùn)輸系統(tǒng)

剝離運(yùn)輸卡車通行路線為剝離工作面－端幫－內(nèi)排土場，原煤開采卡車通行路線為7/10 煤工作面－坑內(nèi)移動坑線－端幫－破碎站，原煤運(yùn)輸卡車通行路線為輪斗工作面/破碎站儲煤場－坑內(nèi)移動坑線－端幫－東北出入溝－地表運(yùn)輸主干路。

剝離和原煤開采、運(yùn)輸系統(tǒng)在采場北部7 煤以上端幫區(qū)域存在車流匯集，其余位置煤、巖運(yùn)輸車輛都是分開運(yùn)行。也就是說采場內(nèi)車流密度最大的路段為北側(cè)端幫＋496～＋508 m 水平之間的運(yùn)輸?shù)缆罚?/p>

分析該路段車流密度，如果該路段通行條件可保證運(yùn)輸車輛最小安全距離的通行要求，說明露天采場運(yùn)輸系統(tǒng)可滿足剝采排各系統(tǒng)正常運(yùn)行。如不能保證最小運(yùn)輸安全距離條件，則需要對該路段進(jìn)行改建拓寬。

3.2 車流密度

3.2.1 供煤車流密度

哈密電廠和紅星電廠機(jī)組能力相同，均為特高壓供電線路上的調(diào)峰電廠，2 個電廠單雙機(jī)組、高低負(fù)荷情況基本同步。從哈密能源公司提供的數(shù)據(jù)指標(biāo)來看，單個電廠在每日最大負(fù)荷情況下，用煤量穩(wěn)定在1.8 萬t 左右，即雙電廠單日最大需煤量在3.6萬t 左右[6]。由于2 個電廠與露天采場距離不同的原因，運(yùn)輸原煤的車輛型號也有所不同，較近的哈密電廠原煤供應(yīng)由礦用寬體車負(fù)責(zé)，較遠(yuǎn)的紅星電廠原煤供應(yīng)則由窄體車負(fù)責(zé)。依據(jù)過磅數(shù)據(jù)，對2 種運(yùn)輸車實際載質(zhì)量的統(tǒng)計，寬體車載質(zhì)量平均40 t/輛，窄體車載質(zhì)量平均27 t/輛。結(jié)合每個電廠單日1.8萬t 的最大供煤量，可求得寬體車每日需運(yùn)輸450趟，窄體車每日需運(yùn)輸667 趟，兩者求和得出采場單日最高運(yùn)煤車數(shù)為1 117 趟。根據(jù)儲煤場－電廠輸煤系統(tǒng)效率及氣候環(huán)境等影響，實際的供煤時間分為正常16 h 時和極端24 h。原煤運(yùn)輸車流密度見表2。

表2 原煤運(yùn)輸車流密度

從表2 可知，在單日最大供煤量的情況下，按正常供煤時間16 h 計算，該路段運(yùn)煤車輛車流密度最大，為70 輛/h，即1.2 輛/min。按車輛在礦內(nèi)平均時速在10～15 km/h 計算，前后兩車的間距在138～208 m，如果該距離在疊加剝離運(yùn)輸車輛的情況下可滿足運(yùn)輸安全要求，則24 h 供煤情況下，道路安全系數(shù)更高，無需再單獨(dú)計算，需進(jìn)一步計算全天供煤情況下道路通行能力。

3.2.2 剝離車流密度

2021 年度計劃全年剝離量為2 210 萬m3，單月最大剝離量按200 萬m3考慮，則每天剝離量為7萬m3，按上部剝離占總量75%計，可得上部剝離量每天為5.25 萬m3，再考慮雙環(huán)運(yùn)輸，單側(cè)日剝離量為2.62 萬m3。剝離運(yùn)輸卡車總數(shù)為148 臺，按上述比例條件，可推算出上部單側(cè)剝離運(yùn)輸車輛為55臺。每車實方運(yùn)量為20 m3，日工作時間按16 h 計算，可以計算出每車小時運(yùn)行次數(shù)為1.5 車/h，從而得出剝離運(yùn)輸車小時車流量為82.5 輛/h，即1.4輛/min。按車輛在礦內(nèi)平均時速在10～15 km/h 計算，前后兩車的間距在119～178 m。

綜合運(yùn)煤和剝離車流密度來看，按兩車間距最小的剝離運(yùn)輸卡車間距1/2 來考慮剝離和運(yùn)煤車輛交叉運(yùn)輸，最小車距為59～89 m。滿足《煤礦安全規(guī)程》[7]前后車距不得小于50 m 的要求，同時滿足《廠礦道路設(shè)計規(guī)范》[8]二級露天礦山道路，汽車的小時單向交通量在85～25 輛的生產(chǎn)干線滿足安全距離的規(guī)定。

從目前采場運(yùn)輸?shù)缆返耐ㄟ^能力分析，在最大車流密度的情況下，原煤和剝離運(yùn)輸車輛的行車距離滿足安全通行的要求。在實際運(yùn)輸過程中，采運(yùn)儲卸各環(huán)節(jié)難免有特殊情況出現(xiàn)，屆時會造成個別時段車輛過于集中造成擁堵。為了保證露天礦剝采排運(yùn)輸系統(tǒng)的正常運(yùn)行，采場內(nèi)的咽喉路段至少要拓寬1 個車道的寬度，才能保證在特殊情況發(fā)生時，運(yùn)輸系統(tǒng)的暢通。此外，還要對上述路段加大清刮的頻率，提高道路等級，增大車輛的通過能力。

4 采場裝車能力

露天采場內(nèi)經(jīng)輪斗挖掘機(jī)和破碎機(jī)處理后的粒度小于300 mm 的原煤供給電廠。鑒于地面儲煤場的儲煤功能一直未達(dá)到設(shè)計要求的原因，大部分原煤只能存儲在輪斗挖掘機(jī)采煤工作面和破碎站儲煤平臺。

按每個裝車位置配2 組裝車設(shè)備負(fù)責(zé)裝車，每車平均裝車時間為5 min，采場每小時可裝72 車。按供煤時間為16 h 計算，全天能裝1 152 車。在2個電廠滿負(fù)荷運(yùn)行時，按上述裝車能力來計算，每天可在15.5 h 之內(nèi)完成1 117 輛運(yùn)煤車的裝車任務(wù)。從上述計算結(jié)果來看，現(xiàn)場裝車能力可滿足雙電廠供煤要求。

5 結(jié)語

通過對露天礦采、裝、運(yùn)各環(huán)節(jié)的計算分析，現(xiàn)有設(shè)備的生產(chǎn)、裝運(yùn)能力可保障雙電廠用煤的需求，道路通行能力在正常情況下也可滿足，但現(xiàn)場生產(chǎn)并非千日一面，突發(fā)狀況時有發(fā)生，因此，要確保運(yùn)輸系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，主干路的咽喉路段勢必要進(jìn)行升級改造。此外，供煤全系統(tǒng)除露天采場內(nèi)的采、裝、運(yùn)之外，還包括運(yùn)輸車輛在電廠內(nèi)卸車、原煤存儲等環(huán)節(jié)，全系統(tǒng)中任何一個環(huán)節(jié)不暢都會影響整體的供煤量。所以要加強(qiáng)露天礦與電廠之間聯(lián)系，建立協(xié)調(diào)有效的溝通機(jī)制，確保整個供煤鏈安全高效運(yùn)行。