哈爾烏素露天煤礦吊斗鏟倒堆工藝作業(yè)方式選擇

王鳳義

(神華哈爾烏素煤炭分公司, 內(nèi)蒙古鄂爾多斯市 010300)

哈爾烏素露天煤礦吊斗鏟倒堆工藝作業(yè)方式選擇

王鳳義

(神華哈爾烏素煤炭分公司, 內(nèi)蒙古鄂爾多斯市 010300)

吊斗鏟倒堆工藝為無運(yùn)輸?shù)苟?可降低開采成本。該工藝在國內(nèi)尚未推廣使用,因此國內(nèi)沒有太多成熟的經(jīng)驗可以參考。對吊斗鏟在哈爾烏素露天煤礦使用時采取的作業(yè)方式進(jìn)行了討論,并確定出較為合理的作業(yè)方式。

開采工藝;吊斗鏟;倒堆;擴(kuò)展平臺;露天煤礦

哈爾烏素露天煤礦地處準(zhǔn)格爾煤田,可采原煤儲量17.3億t,設(shè)計年產(chǎn)量2000萬t。初步設(shè)計確定的開采工藝為單斗-卡車和吊斗鏟倒堆綜合工藝,并計劃于達(dá)產(chǎn)后第4年投入吊斗鏟設(shè)備。

1 吊斗鏟倒堆工藝適用條件及其優(yōu)點

吊斗鏟倒堆工藝是一種合并式工藝,其特點是用吊斗鏟將剝離物從工作面挖出,并直接排入排土場。由于沒有運(yùn)輸環(huán)節(jié),故與其他開采工藝相比,具有剝離成本低、勞動效率高等顯著優(yōu)點。美國P&H和B-E公司已生產(chǎn)多臺不同型號的吊斗鏟用于露天煤礦上部剝離。吊斗鏟倒堆工藝一般適用于煤層覆蓋物薄,傾角小于8°～10°的水平或近水平礦床。

哈爾烏素露天礦的煤巖傾角一般小于5°,巖性屬中硬巖石,煤層厚度在23～28m,覆蓋層厚度95～178m。雖然礦體覆蓋物較厚,但倒堆工藝用于6#煤層頂板以上一定厚度的巖層的倒堆剝離還是可行的,也是比較經(jīng)濟(jì)的。故哈爾烏素露天煤礦6#煤頂板以上45m的巖層采用吊斗鏟倒堆工藝。該礦初步設(shè)計確定使用1臺吊斗鏟倒堆,即用1臺吊斗鏟(有時借助于推土機(jī)),將采掘側(cè)的剝離物直接挖出并倒入內(nèi)排土場。

2 吊斗鏟倒堆工藝的5種作業(yè)方式

借鑒黑岱溝露天礦以及國外礦山對吊斗鏟的使用情況,對該礦吊斗鏟提出5種可行的作業(yè)方式,并進(jìn)行對比。

第1種作業(yè)方式如圖1所示,在巖石爆破后,由推土機(jī)將爆堆整平做出一個平臺,吊斗鏟站在爆堆平臺上,將剝離物倒入內(nèi)排土場。

第2種作業(yè)方式如圖2所示,先由推土機(jī)對爆堆進(jìn)行降段處理,整平后再擴(kuò)展做一個較為寬闊的平臺,吊斗鏟站在擴(kuò)展平臺上將剝離物倒入內(nèi)排土場。

圖1 吊斗鏟位于平整后的爆堆上的作業(yè)方式

圖2 吊斗鏟位于降段擴(kuò)展平臺上的作業(yè)方式

第3種作業(yè)方式與第2種方式類似,由吊斗鏟在爆堆上建立擴(kuò)展平臺,然后站在該平臺上,將剝離物倒入內(nèi)排土場。

第4種作業(yè)方式如圖3所示,該方式類似于再倒堆方式。吊斗鏟先站在由推土機(jī)整平過的爆堆上,將一部分剝離物倒入采空區(qū)較近位置,做出一個擴(kuò)展平臺,然后移至該擴(kuò)展平臺上,將其余剝離物倒入內(nèi)排土場的更遠(yuǎn)位置。

第5種作業(yè)方式如圖4所示,是推土機(jī)和吊斗鏟聯(lián)合擴(kuò)展平臺的作業(yè)方式。該作業(yè)方式中的平臺是由推土機(jī)對爆堆進(jìn)行降段處理和吊斗鏟擴(kuò)展作業(yè)聯(lián)合形成。吊斗鏟站在擴(kuò)展平臺之上,將剝離物倒入內(nèi)排土場。

圖3 吊斗鏟分別位于倒堆側(cè)和排土側(cè)的作業(yè)方式

圖4 吊斗鏟位于聯(lián)合擴(kuò)展平臺上作業(yè)的方式

3 吊斗鏟倒堆作業(yè)方案比選

第1種倒堆作業(yè)方式應(yīng)用較為普遍,而且簡單易于實現(xiàn)。但是結(jié)合本礦的具體條件,倒堆臺階高度45m,煤層厚度23～28m,且煤臺階坡面角75°。如圖1所示,由于吊斗鏟站在距爆堆坡頂線以內(nèi)20 m的位置上,不能挖出煤臺階坡角附近的剝離物,本礦不適合使用該作業(yè)方式。

由圖2可見,第2種倒堆作業(yè)方式,結(jié)合本礦具體條件,以45m倒堆高度為例,如果推土機(jī)推棄深度較淺,則擴(kuò)展平臺寬度較窄。按照吊斗鏟站在擴(kuò)展平臺坡底線以內(nèi)20m的安全距離要求,吊斗鏟站位于煤層上的爆堆之上,則導(dǎo)致吊斗鏟挖掘爆堆外側(cè)采幅的下部物料比較困難,尤其是煤臺階坡角處物料無法挖到,只能靠輔助設(shè)備處理,效率大大下降。要滿足吊斗鏟合理站立位置的要求,即位于采空區(qū)的爆堆之上,推土機(jī)的降段深度需要達(dá)到14.3 m以上,擴(kuò)展平臺寬度應(yīng)超過80m,年推棄工程量高達(dá)645萬m3,且平均運(yùn)距也超過50m,經(jīng)濟(jì)性欠佳。因此,設(shè)計認(rèn)為第2種作業(yè)方式也不適合本礦。

第3種作業(yè)方式是由吊斗鏟自身建立擴(kuò)展平臺。但由于本礦巖石爆堆高度45m和煤臺階高度61.5m,兩者之和較高,若要建比較理想的擴(kuò)展平臺,則其寬度至少要28m,每年擴(kuò)展平臺的工程量約達(dá)1200萬m3,將會增加吊斗鏟再倒堆工程量,若生產(chǎn)能力不變,則需要增加設(shè)備能力,大大增加了機(jī)器重量和造價,故該作業(yè)方式也不宜采用。

由圖3可見,第4種作業(yè)方式吊斗鏟先后站在爆堆上和內(nèi)排土場倒堆作業(yè),使倒堆產(chǎn)生一定的再倒堆工程量和再倒堆系數(shù)。以45m臺階高度為例,雖然再倒堆系數(shù)僅有15%,但在站在內(nèi)排側(cè)再倒作業(yè)時,吊斗鏟回轉(zhuǎn)角度平均約為180°,挖掘深度達(dá)到43m,所以單次挖掘周期時間長,導(dǎo)致吊斗鏟效率降低,年能力有所下降。根據(jù)計算,相同斗容的吊斗鏟其年能力大約下降10%。換而言之,若完成同樣的剝離量,此作業(yè)方式的情況下,吊斗鏟的斗容需增加10%。上述再倒堆工程量和效率降低的雙重因素的影響,吊斗鏟的斗容大約增加22m3,機(jī)重和投資有很大幅度的增大。因此,該作業(yè)方式也不宜采用。

由圖4可見,第5種作業(yè)方式的擴(kuò)展平臺是由推土機(jī)推棄降段和吊斗鏟擴(kuò)展作業(yè)聯(lián)合形成的。該方式具有以下4個特點:吊斗鏟站位比較合適。吊斗鏟作業(yè)中心的投影垂直煤臺階坡底線附近,吊斗鏟可以方便的挖出堆積于煤臺階坡角的剝離物,且效率不致于降低;推土機(jī)的推深為10～11m,推棄擴(kuò)展平臺寬度為15m左右,年推棄量為480～520萬m3,根據(jù)國外實踐,其推棄工程量和深度皆較適宜;吊斗鏟為擴(kuò)展平臺所增加的再倒堆工程量和再倒堆系數(shù)分別為150～350萬m3/a,和6%～11%,減少了由吊斗鏟自身完成擴(kuò)展平臺的工程量;由于合理的安排推土機(jī)擴(kuò)展平臺寬度及推棄工程量,所以可以大幅度減少吊斗鏟的工作半徑,提高工作效率,并且吊斗鏟斗容也有所減小,機(jī)重和造價也隨之下降。

綜上所述,在5種吊斗鏟作業(yè)方式中,結(jié)合本礦的特點,本設(shè)計推薦吊斗鏟第5種作業(yè)方式,即推土機(jī)與吊斗鏟聯(lián)合擴(kuò)展平臺的作業(yè)方式。

4 結(jié) 論

吊斗鏟倒堆工藝解決了露天礦開采工藝環(huán)節(jié)中成本最高的運(yùn)輸問題,大大節(jié)約了開采成本。該工藝在美國、澳大利亞等國廣泛使用,但在我國尚未得到普及。因此,如何布置好設(shè)備的作業(yè)方式,最大限度的發(fā)揮出設(shè)備的生產(chǎn)能力,仍然需要不斷地探索。本文借鑒黑岱溝露天煤礦以及國外礦山生產(chǎn)經(jīng)驗,提出了5種吊斗鏟作業(yè)方式,并進(jìn)行對比,認(rèn)為推土機(jī)和吊斗鏟聯(lián)合擴(kuò)展平臺的作業(yè)方式更適合哈爾烏素露天煤礦。該方案是依托經(jīng)驗討論得到的理論方案,仍需要實踐的驗證來優(yōu)化。

[1]中煤國際沈陽設(shè)計院.哈爾烏素露天煤礦初步設(shè)計[R].沈陽:中煤國際沈陽設(shè)計院,2004.

[2]駱中洲.露天采礦學(xué)(上冊)[M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,1986.

2010-12-04)

王鳳義(1965-),男,內(nèi)蒙古通遼人,工程師,主要從事露天煤礦生產(chǎn)管理及機(jī)電設(shè)備安裝,維修保養(yǎng)工作。