平朔公司東露天煤礦原煤運(yùn)輸系統(tǒng)優(yōu)化實(shí)踐

李 濤

(中煤西安設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司，陜西 西安 710054)

0 引言

東露天煤礦設(shè)計(jì)規(guī)模20.0 Mt/a，目前已達(dá)到設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力，進(jìn)入二采區(qū)后計(jì)劃核定生產(chǎn)能力為25.8 Mt/a。東露天煤礦運(yùn)煤采用單斗—卡車—一級(jí)它移式破碎站—端幫巷道帶式輸送機(jī)—運(yùn)煤大巷帶式輸送機(jī)—二級(jí)固定破碎站—選煤廠半連續(xù)工藝。它移式破碎站分別布置于露天煤礦南幫4號(hào)煤和9號(hào)煤層底板，由運(yùn)煤自卸卡車自采煤工作面運(yùn)往布置在端幫的它移式破碎站破碎[1-3]。

國內(nèi)露天煤礦原煤運(yùn)輸系統(tǒng)通常采用單斗—卡車—帶式輸送機(jī)半連續(xù)工藝，帶式輸送機(jī)往往布置于端幫地表或主采煤層頂板[4-6]。國內(nèi)平朔公司安太堡露天煤礦、安家?guī)X露天煤礦、國家能源集團(tuán)黑岱溝露天煤礦、哈爾烏素露天煤礦、伊敏露天煤礦、小龍?zhí)都瘓F(tuán)布沼壩露天煤礦等礦山均采用帶式輸送機(jī)布設(shè)于地表的方式[7-9]。國外礦山費(fèi)爾圖納煤礦、澤耶澤煤礦、什普列耶塔利煤礦，均采用與國內(nèi)礦山相似輸煤工藝[10-12]。東露天煤礦向北轉(zhuǎn)向進(jìn)入二采區(qū)以后，現(xiàn)有的原煤運(yùn)輸巷道能否繼續(xù)可靠地提供原煤運(yùn)輸服務(wù)以及是否經(jīng)濟(jì)合理存在不確定性，需要對東露天煤礦二采區(qū)原煤運(yùn)輸系統(tǒng)的布置進(jìn)行多方案研究比選，確定技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的方案。

1 研究背景

1.1 原運(yùn)輸系統(tǒng)存在的問題

原二采區(qū)運(yùn)輸系統(tǒng)：中煤西安設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司2013年1月編制的《平朔煤炭工業(yè)公司東露天煤礦初步設(shè)計(jì)》(后簡稱《初步設(shè)計(jì)》)，東露天煤礦全礦田的原煤運(yùn)輸系統(tǒng)方式，如圖1所示。可見，二采區(qū)的原煤運(yùn)輸系統(tǒng)采用巷道運(yùn)輸，巷道需穿過首采區(qū)的內(nèi)排土場，進(jìn)入二采區(qū)端幫。

圖1 東露天煤礦全礦田的原煤運(yùn)輸系統(tǒng)方式(2013年1月《平朔煤炭工業(yè)公司東露天煤礦初步設(shè)計(jì)》)

原設(shè)計(jì)中存在的問題：東露天煤礦首采區(qū)自東向西推進(jìn)，至西部邊界后，進(jìn)行90°向北轉(zhuǎn)向，進(jìn)入二采區(qū)開采。既有原煤運(yùn)輸系統(tǒng)布置于首采區(qū)南端幫下部，進(jìn)入二采區(qū)開采時(shí)，若繼續(xù)采用巷道運(yùn)輸，除解決現(xiàn)存問題外，還需解決原煤巷道如何從首采區(qū)過渡到二采區(qū)的問題。《初步設(shè)計(jì)》對原煤運(yùn)輸系統(tǒng)如何過渡至二采區(qū)未進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，因此需對二采區(qū)原煤運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行專項(xiàng)研究，同時(shí)綜合考慮巷道運(yùn)輸系統(tǒng)存在的管理及內(nèi)排空間影響問題。

1.2 項(xiàng)目實(shí)施的時(shí)間要求

東露天煤礦目前在用的原煤運(yùn)輸系統(tǒng)繼續(xù)向西延伸約1.5 km即要進(jìn)入北嶺煤礦影響區(qū)域。存在采空區(qū)、地表進(jìn)入北嶺煤礦等一系列問題。同時(shí)，若二采區(qū)原煤運(yùn)輸系統(tǒng)不繼續(xù)采用巷道運(yùn)輸方案，原煤運(yùn)輸系統(tǒng)一直向西延伸至開采西部境界，運(yùn)煤巷道延伸會(huì)存在投資浪費(fèi)的問題。若僅繼續(xù)向西延伸1.5 km，目前的原煤運(yùn)輸系統(tǒng)能夠利用既有設(shè)備進(jìn)行延伸，延伸投資較小，但要求必須在3 a內(nèi)完成新的二采區(qū)原煤運(yùn)輸系統(tǒng)的建設(shè)。

2 線路布置方案

2.1 線路布置方案原則

背景分析：平朔公司具有3座大型露天煤礦(安太堡、安家?guī)X、東露天)，2座大型井工煤礦(一號(hào)井、三號(hào)井)，2座小型井工煤礦(北嶺、小回溝)。3座大型露天煤礦中，安太堡煤礦處于蘆子溝背斜影響區(qū)，且資源面臨枯竭；安家?guī)X煤礦處于蘆子溝背斜影響區(qū)，剝離運(yùn)距大，煤質(zhì)含硫量高，經(jīng)濟(jì)效益一般；東露天煤礦當(dāng)前處于盈利狀態(tài)，但是面臨轉(zhuǎn)向。2座大型井工煤礦中一號(hào)井工煤礦面臨資源枯竭，與潘家窯井工煤礦資源尚待整合；三號(hào)井工煤礦煤層風(fēng)氧化嚴(yán)重，處于盈虧平衡狀態(tài)。2座小型井工煤礦，北嶺煤業(yè)批復(fù)0.90 Mt/a，處于虧損狀態(tài)；小回溝井工煤礦尚未達(dá)產(chǎn)。可見，平朔集團(tuán)整體面臨形勢嚴(yán)峻，東露天煤礦對平朔集團(tuán)的生產(chǎn)效益影響巨大。

布置原則：基于東露天煤礦面臨的生產(chǎn)形勢，其原煤運(yùn)輸系統(tǒng)的安全性、可靠性處于首要位置，其次是經(jīng)濟(jì)性[13-14]。此外，系統(tǒng)布置應(yīng)保證原煤運(yùn)輸系統(tǒng)施工建設(shè)期間不影響露天煤礦的正常生產(chǎn)，而且能適應(yīng)露天煤礦后續(xù)發(fā)展的需要。

2.2 巷道運(yùn)輸方案

東露天煤礦二采區(qū)原煤運(yùn)輸系統(tǒng)布置方案共分2大類，巷道運(yùn)輸方案與地表運(yùn)輸方案。其中，2個(gè)巷道運(yùn)輸方案，3個(gè)地表運(yùn)輸方案。

巷道運(yùn)輸方案布置：東露天煤礦《初步設(shè)計(jì)》推薦的二采區(qū)原煤運(yùn)輸系統(tǒng)布置方案為巷道運(yùn)輸，為本文的方案一，即二采區(qū)東幫巷道運(yùn)輸方案，涉及4/9煤主運(yùn)巷、輔運(yùn)巷如何從露天煤礦首采區(qū)內(nèi)排土場過渡至二采區(qū)東幫，由于波紋管涵埋設(shè)于內(nèi)排土場中，且為長距離埋設(shè)，后期存在不均勻沉降，導(dǎo)致維護(hù)困難的技術(shù)問題。因此，提出方案二，為二采區(qū)西幫巷道運(yùn)輸方案。巷道運(yùn)輸方案布置示意，如圖2所示。

圖2 東露天煤礦二采區(qū)巷道運(yùn)輸方案

巷道運(yùn)輸方案對比：巷道運(yùn)輸方案主要從安全性、運(yùn)輸成本、后期運(yùn)輸系統(tǒng)影響3個(gè)方面分析。①安全性。方案一采用波紋管，使得運(yùn)煤系統(tǒng)從首采區(qū)過渡至二采區(qū)，采用大管徑波紋管(D=6.0 m)，大埋深(4號(hào)煤120 m，9號(hào)煤150 m)，在國內(nèi)尚無工程案例，需進(jìn)行單項(xiàng)研究、設(shè)計(jì)，后期使用存在一定維護(hù)難度。方案二運(yùn)輸巷道布置于二采區(qū)西幫，需穿過老采空區(qū)(紅樓煤礦1989年關(guān)閉)，后期需穿過東日升煤礦采空區(qū)，存在一定施工難度，存在生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)；②運(yùn)行成本。巷道運(yùn)輸方案一相對方案二，不受采空區(qū)影響，同時(shí)，后期運(yùn)行過程中運(yùn)距節(jié)省約3.5 km，帶式輸送機(jī)運(yùn)行成本約0.9元/t·km，露天煤礦原煤產(chǎn)量25.8 Mt/a，方案二較方案一年運(yùn)行成本多8 127萬元；③后期運(yùn)輸系統(tǒng)影響。方案一對后期運(yùn)煤系統(tǒng)影響較小，二采區(qū)開采完成后，進(jìn)入三采區(qū)，原煤運(yùn)輸系統(tǒng)后撤，無需新建原煤運(yùn)輸系統(tǒng)。方案二后期運(yùn)煤系統(tǒng)需進(jìn)入東日升煤業(yè)(礦井)，同時(shí)露天煤礦由二采區(qū)進(jìn)入三采區(qū)時(shí)，仍需建設(shè)運(yùn)煤系統(tǒng)。

分析結(jié)果：綜上所述，在安全性上，方案一較方案二優(yōu)，需技術(shù)突破，方案二需先后進(jìn)入紅樓煤礦、東日升煤礦采空區(qū)；在運(yùn)行成本上，方案一帶式輸送機(jī)運(yùn)距較方案二低3.5 km，運(yùn)煤成本較方案二低8 127萬元/a；在對后期運(yùn)輸系統(tǒng)影響上，方案一無影響，方案二需新建運(yùn)煤系統(tǒng)；因此巷道運(yùn)輸方案，方案一較方案二優(yōu)。

2.3 地表運(yùn)輸方案

地表運(yùn)輸方案布置：東露天煤礦使用端幫巷道運(yùn)輸系統(tǒng)前文已經(jīng)分析了使用過程中的一些問題，因此，提出了原煤運(yùn)輸系統(tǒng)布置地表方案。地表運(yùn)輸方案對比了3個(gè)方案，分別為方案三、四、五。其中，方案三為地表外包駐地方案，方案四為地表內(nèi)排土場方案，方案五為地表轉(zhuǎn)載方案。各方案布置圖，如圖3所示。

圖3 二采區(qū)地表運(yùn)輸方案

地表運(yùn)輸方案對比：①對比因素定性分析。地表建(構(gòu))筑物、驅(qū)動(dòng)機(jī)房改造、征地、線路及棧橋長度、其他因素等對比分析，各因素對比結(jié)果見表1。方案三相對方案四、五核心優(yōu)勢為機(jī)道可進(jìn)行沖洗；主要劣勢為征地、線路/棧橋長，驅(qū)動(dòng)機(jī)房改造較大；方案四相對方案三、五核心優(yōu)勢線路長度短，棧橋長度適當(dāng)；主要劣勢為地表建(構(gòu))筑物，驅(qū)動(dòng)機(jī)房控制室改造較大，內(nèi)排土場機(jī)道需人工清掃；方案五相對方案三、四核心優(yōu)勢為對驅(qū)動(dòng)機(jī)房改造最小，無地表建(構(gòu))筑物影響、無征地，線路長度居中；主要劣勢為內(nèi)排土場機(jī)道需人工清掃；②技術(shù)經(jīng)濟(jì)對比。估算投資方面主要對比驅(qū)動(dòng)機(jī)房改造、征地、線路及棧橋、轉(zhuǎn)載點(diǎn)等投資估算，各方案部分投資對比見表1。驅(qū)動(dòng)機(jī)房改造，方案四最高，方案五最低；征地費(fèi)用，方案三較方案四、五多884萬元；線路及棧橋，方案四最低，方案三最高；轉(zhuǎn)載點(diǎn)，方案五較方案三、四多一個(gè)轉(zhuǎn)載點(diǎn)，420萬元。可見，在不含風(fēng)選場地搬遷的情況下，方案四最優(yōu)，方案五次之，方案三低了4 306萬元，較方案五低898萬元。但由于風(fēng)選場地的原因，方案五較方案三更易實(shí)施；③運(yùn)輸成本對比。方案三線路長度最長，為4.84 km，方案四線路長度最短，為4.08 km；方案五線路長度居中，為4.44 km。

表1 各方案部分投資估算對比

方案三、四成本相當(dāng)，0.90元/(t·km)；方案五噸公里成本略高，約0.92元/(t·km)；輸送機(jī)噸煤運(yùn)輸成本依次為4.36元/t、3.68元/t、4.08元/t。

分析結(jié)果：方案三優(yōu)點(diǎn)是布置于露天煤礦影響外部，機(jī)道可進(jìn)行沖洗，但是其技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果最差，因此不做推薦方案。方案四技術(shù)經(jīng)濟(jì)最優(yōu)，投資低、運(yùn)營成本低，但是受到地面建(構(gòu))筑物影響、驅(qū)動(dòng)機(jī)房改造周期較長(9號(hào)煤驅(qū)動(dòng)機(jī)房控制室重建)，因此不做推薦方案。方案五技術(shù)經(jīng)濟(jì)居中，投資、運(yùn)營成本居中，但是無地面建(構(gòu))筑物影響、無征地、驅(qū)動(dòng)機(jī)房改造容易，內(nèi)排土場機(jī)道人工清掃。

3 方案確定

3.1 巷道與地表運(yùn)輸方案對比

巷道運(yùn)輸方案推薦的是方案一，即二采區(qū)東幫巷道運(yùn)輸方案；地表運(yùn)輸方案推薦的是方案五，即地表轉(zhuǎn)載方案。對比主要從可靠性及使用風(fēng)險(xiǎn)分析、原煤卡車使用數(shù)量、既有設(shè)計(jì)系統(tǒng)利用、對剝離運(yùn)輸系統(tǒng)影響、運(yùn)輸成本等因素、估算投資6個(gè)方面展開[15]。綜合對比分析見表2，值得注意的是鋼橋未計(jì)入方案五估算投資。由表2可知，巷道運(yùn)輸方案(方案一)除可靠性及使用風(fēng)險(xiǎn)存在疑問以外，其余指標(biāo)較地表運(yùn)輸方案(方案五)更優(yōu)。但考慮到平朔公司目前面臨的生產(chǎn)困境，可靠性排在首位，因此選擇推薦方案五。其雖較方案一投資高0.2億元，使用成本高2.2元/t，但是使用過程中風(fēng)險(xiǎn)低，系統(tǒng)可靠性高。

表2 巷道與地表運(yùn)輸方案綜合對比表

3.2 具體優(yōu)化方案

總體方案：通過定性、定量的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選，推薦采用方案五，即地表轉(zhuǎn)載運(yùn)輸方案。帶式輸送機(jī)從一級(jí)破碎站引出后，經(jīng)帶式輸送機(jī)至1號(hào)轉(zhuǎn)載點(diǎn)，1號(hào)轉(zhuǎn)載點(diǎn)至2號(hào)轉(zhuǎn)載點(diǎn)帶式輸送機(jī)從西向東布置于露天煤礦首采區(qū)北幫，經(jīng)2號(hào)轉(zhuǎn)載點(diǎn)轉(zhuǎn)載后，帶式輸送機(jī)布設(shè)于內(nèi)排土場，經(jīng)3號(hào)轉(zhuǎn)載點(diǎn)與驅(qū)動(dòng)機(jī)房搭接，搭接方向與露天煤礦一期原煤運(yùn)輸帶式輸送機(jī)相同。

方案參數(shù)：4號(hào)煤輸送系統(tǒng)帶式輸送機(jī)為新增設(shè)備，帶寬1 600 mm，V=4.3 m/s。9號(hào)煤輸送系統(tǒng)利用原有剝離系統(tǒng)帶式輸送機(jī)，帶寬1 800 mm，V=5.6 m/s。一級(jí)破碎站至一號(hào)轉(zhuǎn)載點(diǎn)，4號(hào)煤線路長度110 m，9號(hào)煤線路長度115 m；一號(hào)轉(zhuǎn)載點(diǎn)至二號(hào)轉(zhuǎn)載點(diǎn)，4號(hào)煤線路長度2 147 m，9號(hào)煤線路長度2 149 m；二號(hào)轉(zhuǎn)載點(diǎn)至三號(hào)轉(zhuǎn)載點(diǎn)，4號(hào)煤線路長度1 744 m，9號(hào)煤線路長度1 697 m；三號(hào)轉(zhuǎn)載點(diǎn)至驅(qū)動(dòng)機(jī)房，4號(hào)煤線路長度457 m，9號(hào)煤線路長度463 m；4號(hào)煤線路總長度4 458 m，9號(hào)煤線路總長度4 424 m。線路中設(shè)置架空棧橋3座，一號(hào)棧橋?yàn)榭缏窏颍L度160 m，路面凈寬32 m，跨路凈高12 m；二號(hào)棧橋位于內(nèi)排土場，棧橋兩側(cè)使用堆料，不設(shè)置支腿，用于排灰車輛通過，棧橋長度120 m；三號(hào)棧橋兼具夸矸石倉運(yùn)輸帶與驅(qū)動(dòng)機(jī)房搭接，4號(hào)煤架空棧橋長度約210 m，9號(hào)煤架空棧橋長度約190 m。

4 結(jié)論

通過多因素的分析，全面對比分析了5個(gè)方案的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)層面的優(yōu)、缺點(diǎn)，在保證原煤運(yùn)輸系統(tǒng)的安全性、可靠性的基礎(chǔ)上，確定技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的地表運(yùn)輸方案。該運(yùn)輸系統(tǒng)對驅(qū)動(dòng)機(jī)房改造最小，無地表建(構(gòu))筑物影響、無征地，線路長度適中；在施工建設(shè)期間對露天煤礦的正常生產(chǎn)較小，較易實(shí)施，而且能適應(yīng)露天煤礦后續(xù)發(fā)展的需要。該方案的確定不僅能為東露天煤礦二采區(qū)原煤運(yùn)輸系統(tǒng)的實(shí)施提供實(shí)際指導(dǎo)，還可以為類似條件的礦井在設(shè)計(jì)時(shí)提供思路上的借鑒。