安太堡露天煤礦設備補套方案研究

楊 曌

(中國礦業大學(北京)資源與安全工程學院，北京 100083)

1 設備補套背景

安太堡露天煤礦即將面臨著過背斜的考驗，為了保證在現有條件下繼續保證年產2500萬t生產目標，涉及到超前拉溝剝離，即大坑與小坑一起配合生產。由于背斜影響區域基本無法實現內排，使大量的剝離物需進入背斜以前的內排或者進入外排土場，鑒于煤層底板下降250多m，一方面使卡車運距急劇增加，另一方面卡車需要克服長距離爬坡運輸，多方面的情況使卡車運輸條件惡化，使卡車運輸能力下降，原有的運輸設備無法滿足生產需求，勢必要求進行設備補套的相關研究[1]。

為了合理解決設備補套的問題，我們首先對現有的采、運、排設備和地面生產系統的生產能力進行分析，以期確定安太堡露天煤礦的生產規模，并作為設備進一步規劃的現實依據。在綜合分析現有主采設備、地面運煤系統能力的基礎上，我們結合安太堡露天礦使用設備的歷史情況，對現有各種類型的卡車進行了對比分析，做到優選優用，最終得出補套卡車的數量。通過設備補套以期達到開采規模的合理化，也使得我們提出的技術方案能夠切實的發揮效應，為安太堡露天礦的發展作出應有的貢獻。

2 現有設備生產能力分析

2.1 采掘設備技術指標

安太堡露天煤礦現有主要采掘設備為P&H2800XP和P&H4100XPC電鏟，以及CAT994和CAT992前裝機，其基本參數見表1。

表1 安太堡露天煤礦現有電鏟型號及基本參數表

安太堡現有采掘設備中，部分P&H2800鏟已快到折舊年限，在項目研究的時間范圍內P&H2800部分需要淘汰，在過背斜期間按照項目研究安排的采掘量，現有設備能力足夠滿足，而且采掘設備能力下降較少，這里不做詳細分析，對于折舊到限設備按照報廢數目做補充即可。

根據礦方提供生產實際得到的數據，現有采掘設備的總能力見表2。

表2 安太堡露天煤礦現有采掘設備生產能力表

2.2 卡車技術指標

2.2.1 卡車目前生產能力分析

安太堡露天煤礦現在采用的卡車型號、數量及其基本參數見表3。

據現場調研， 789A、798B、685E、730E、R190等型號的卡車主要與斗容為25.2m3的P&H2800XP電鏟配合使用；930E卡車主要與斗容為58.1m3的P&H4100XPC電鏟配合使用。

由表3可以看出，789A、798B、685E、730E、R190五種型號的卡車主要參數相近，凈載重量均為180t級別。根據現場情況，卡車裝載的鏟斗數量也相同，都為4斗，因而估算卡車生產能力的時候180t級別卡車選取730E作為代表[2]。表4為現場統計的卡車實際運輸能力。

表3 安太堡露天煤礦現有卡車型號數量及參數表

表4 卡車運輸土巖能力計算表

其他卡車運輸量均折算成730E卡車運輸，則目前相當于有730E卡車：

(1885+330+1170+1155+1260+945)÷105=62.2臺

2.2.2 卡車過背斜期間生產能力計算

卡車能力計算公式[3]為：

(1)

式中：Qt為卡車能力；Di為第i個臺階的卡車運距；Km為滿斗系數；td為等裝時間；tzx為裝車時間與卸車時間；v為卡車速度；γ為物料容重；ηB為班時間利用率；ηN為年時間利用率；汽車運行周期tzq

tzq=t2+tx+ty+td1+td2+tq(min/回)

(2)

式中：tz為裝載時間，主要與裝載設備的斗容和汽車斗容以及挖掘機作業效率和挖掘物料性質有關。一般(通過多年計算機模擬結果和實測)裝滿一車用3～5斗為易[4]。tx為卸載時間，與車型、巖性和卸載條件有關。一般1min左右。td1為調車時間，指工作面、卸載調車時間，與調車速度、調車方式有關。一般在1min以內。td2為等進時間，指等裝、等卸、中途修車時間。與汽車的調配、采、排、運三者的合理匹配有關。ty為運行時間，空、重運時間。與v和t有關。

(3)

式中：li為各縱斷單元上道路長，m；vi為運行速度km/h。其他時間tq為日常保養、臨故時間等。可用統計法得到。

根據上述計算公式，對安太堡露天煤礦現有卡車根據過背斜期間生產計劃安排及運距測算，730E與2800電鏟配合運輸土巖年效率為70.5萬m3/a，930E與4100電鏟配合運輸土巖年效率為109.36萬m3/a，730E與2800電鏟配合運輸毛煤年效率為53.79萬m3/a。

由此可以得到卡車運輸毛煤能力比運輸土巖能力稍小，計算最大運輸能力時，選取運輸土巖能力進行計算，計算結果見表5。

表5 現有運輸設備總運輸能力表

3 現有設備能力

3.1 采掘設備能力

安太堡露天煤礦為了降低露天煤礦的基建投資和生產費用，充分發揮地方的積極性，安太堡露天煤礦每年約有50Mm3剝離物采用外包剝離，其余為自營剝離。在分析現有設備的能夠完成的生產規模時，也按這個規模外包考慮。根據測算，在過背斜期間，自營剝離量約為103Mm3，年產毛煤量按照計劃量25Mt進行計算。

則總運輸量為：103+25÷1.57=118.9Mm3。

總量與采掘設備總能力為123Mm3相差不多，由于安太堡露天煤礦加強了管理，提高了單臺設備的效率，同時采取一系列提高生產能力的措施，使安太堡露天煤礦的采掘設備能力較設計還有所提高，因此，目前的采掘設備能夠完成25 Mt/a的毛煤生產能力。

3.2 運輸設備能力

現有運輸設備每年最大運輸土巖的能力為87.59Mm3，與土巖運輸量的缺口達到了15.41Mm3，此外，還需要運送每年約25Mt毛煤，運輸設備缺口較大，需要對運輸設備進行補選。

4 運輸設備的選擇

4.1 設備選型的原則

為了合理選擇安太堡露天煤礦運輸設備，所選擇的設備必須滿足以下條件[5-6]：

1)選擇的卡車應該與電鏟相互匹配，達到最佳組合。

2)考慮設備的操作、維修和備品、備件的供應和儲備問題。

3)具有良好的經濟和社會效益。

4.2 設備配套方案確定

根據上面計算，現有采掘設備生產能力與過背斜期間運輸總量大體相當，運輸設備由于運距增加，導致運輸能力下降。

首先計算生產能力最大的300t級卡車。在現場實際操作過程中，P&H4100XPC電鏟與300t級別卡車930E配合運輸巖土。需要補套的300t級別卡車數量為：

5500÷109.36-40=10.2臺

故需要采購11臺300t級卡車。

下面計算180t級別卡車的補套數量。180t級卡車能力的下降：

(12300-5500)-4385.1=2414.9萬m3/a

考慮煤巖運距增加相同情況想，故需要補套的180t級別卡車數量為：

2414.9÷70.5=34.2臺

需要采購35臺180t卡車，才能與原有運輸能力相當。

5 補套方案

根據上述分析，過背斜期間采掘設備能力基本與計算相當，運輸設備有比較大缺口。補套的運輸設備需要達到103Mt以上的土巖運輸量及25Mt的毛煤運輸量。

由現場采掘設備的配合情況，以及設備操作數量度、維修等情況，推薦補套的設備為11臺300t級別卡車，35臺180t級別卡車。根據自營設備運距增加情況，從2015年開始，2015、2016年每年設備各增加一半。計算補套后運輸設備總能力任意選取的730E和930E兩種型號卡車作為參考。此時，總運輸能力見表7。

表7 補套后設備能力計算表

由表7可以看出，運輸設備總能力略大于采掘設備總能力，達到運輸總量要求，符合實際情況。另外，根據現場資料顯示，有些采掘設備即將達到服務年限，也需要及時進行更換，以達到年產25Mt的生產計劃。

[1] 韓萬東, 孫紅, 于桂忠, 等. 露天礦改擴建主要設備選型[J]. 煤礦安全, 2011, 42(9): 161-163.

[2] 劉延安. 展望21世紀礦用汽車的新發展[J]. 國外金屬礦山, 1998(2): 56-61.

[3] 陳德付. 安家嶺露天煤礦資源評價與原煤運輸系統優化研究[D]. 北京: 中國礦業大學(北京), 2010.

[4] 魏柄忠. 露天礦自卸汽車的最優選型[J]. 有色金屬, 1994(4): 8-11.

[5] 蔣國璋. 從汽車使用角度談汽車選型[J]. 山東交通科技, 1997(4): 75-78.

[6] H.B.濟里亞諾夫. 露天礦自卸汽車的使用前景[J]. 國外金屬礦山, 1998(2): 22-27.