塔爾煤田一區塊露天礦原煤破碎站布置方案研究

蔡忠超

（中煤科工集團沈陽設計研究院有限公司，遼寧 沈陽 110015）

單斗-卡車-半移動式破碎站-帶式輸送機半連續開采工藝綜合了單斗挖掘機-卡車開采工藝適應性強、機動靈活的特點和帶式輸送機連續運輸效率高、成本低、爬坡能力大的優點，可以有效地提高生產能力和降低生產成本，因此半連續開采工藝被國際采礦界公認為“最有生命力”的露天開采工藝[1]。破碎站則是半連續開采工藝的關鍵環節和核心設備[2]，是半連續系統中間斷流與連續流的結合點，其布置位置直接決定了運煤卡車的運距和帶式輸送機的長度，更間接地影響剝離物的運輸。因此，半連續開采工藝中破碎站的布置位置對露天礦的經濟效益具有關鍵性的作用。

1 礦山概況

露天礦所在地區屬干旱、半干旱的沙漠地貌。南部、東部和北部地形復雜，多為起伏較大的風成沙丘，沙丘走向一般為近東南-西北向，最高標高為112.5 m；中部和西部為較平坦沙漠區，最低標高為52.5 m，一般標高在60.0～80.0 m。露天礦所在煤田地層傾角平緩，一般在2°～4°。煤層基底起伏不平，煤系地層下部產狀略有起伏，構造簡單。區塊內共含3 個可采煤組，10 余個分煤層，自上而下編號為A、B和C 煤層，其中：A 煤層厚度0.55～5.30 m，平均2.46 m，B 煤層厚度1.05～10.66 m，煤層平均4.95 m。主采煤層為C 煤層，厚度為3.7～27.41 m，平均厚度為17.25 m。煤層埋藏較深，一般約為150 m。

露天煤礦生產規模為7.8 Mt/a，剝離采用單斗-卡車開采工藝，采煤采用單斗-卡車-半移動式破碎站-帶式輸送機半連續開采工藝。采煤半連續生產系統能力為2 000 t/h，工藝流程為載重60 t 自卸卡車在采掘坑內采煤平盤經斗容7 m3單斗挖掘機裝載后，經運輸平盤、工作幫移動坑線、聯絡路運至地面一次破碎站后，一次破碎站將煤破碎到300 mm以下，再通過102 帶式輸送機轉載至103 帶式輸送機再運送至T1 轉載站，進入儲煤場[3]。

2 原煤破碎站布置位置問題的提出

半連續開采工藝憑借著其工藝先進、技術可靠，即有單斗-卡車機動靈活適應性強的優點，又具有帶式輸送機運輸效率高、爬坡能力大[4]、實現“以電代油”成本低的優點，成為我國露天礦中應用最廣泛的采礦工藝之一。在國內坑口電價要遠低于油價的實際情況下，半連續系統布置中根據露天礦的實際開采條件，盡量縮短卡車運距，實現“以電代油”最大化無疑是最合理的[5]。但塔爾煤田一區塊露天礦項目為國外項目，露天礦的開采條件與國內完全不同，露天礦附近沒有可靠供電電源點，在建設期及生產期需要全部依靠10 kV 高壓重油發電機組作為露天礦供電電源，電價成本相對較高；現階段國際原油市場低迷的大環境下，柴油價格便宜；現場地形高低起伏，地形情況相對復雜。因此，如何合理的確定破碎站布置位置，使間斷流運輸與連續流運輸的投資和運營成本綜合費用最低，在最大化降低生產成本的同時，提高露天礦的經濟效益是需要進一步研究的問題。

3 原煤破碎站布置位置方案及優缺點

決定破碎站位置的因素有很多，如煤層賦存傾角、煤層賦存深度、剝采比、工程地質條件、卡車運距及運輸設備數量、內排條件、破碎站后期移設條件、工作線推進和礦山工程發展情況[6]等。根據本礦的實際條件，破碎站布置在地表要優于破碎站布置在坑內，因此根據未來采場發展方向和時空關系[7]，選取具有代表性的3 個破碎站位置方案進行分析：

1）方案1。原煤破碎站布置在出入附近，原煤從采掘場+75 m 水平出入溝，經方案1 運煤道路至破碎站破碎，再經102 帶式輸送機和103 帶式輸送機運往儲煤場。優點：運煤卡車運距短，卡車數量少，卡車運營成本少，破碎站產生的煤塵對工業場地、儲煤場、重油發電影響較小。缺點：整體土方工程量較大，后期將發生破碎站移設的費用，102 運煤帶式輸送機較長，設備投資較大。

2）方案2。原煤破碎站布置在103 帶式輸送機機尾附近，原102 帶式輸送機取消，原煤從采掘場+50 m 水平出入溝，經方案2 運煤道路至破碎站破碎，再經103 帶式輸送機運往儲煤場。優點：帶式輸送機長度最短，投資少，無破碎站移設費用。缺點：運煤卡車運距長，卡車數量增加，道路建設和日常維護費用高，卡車運營成本費用大。由于此處地形較平，破碎站上下承臺高度約為11.5 m，此處上承臺需整體填高11.5 m，故此方案破碎站填方量較大；破碎站距重油發電、工業場地及儲煤場較近，煤破碎產生的煤塵對周邊的設施影響較大，季風期煤塵將對工業場地及重油發電造成較大的影響。

3）方案3。原煤破碎站布置在102 帶式輸送機中部附近，原102 帶式輸送機縮短，原煤從采掘場+75 m 水平出入溝，經方案3 運煤道路至破碎站破碎，再經縮短后的102 帶式輸送機和103 帶式輸送機運往儲煤場。優點：破碎站土方工程量小，帶式輸送機長度縮短，投資較少。缺點：運煤卡車運距長，卡車數量增加，道路建設和日常維護費用高，卡車運營成本費用較大。

原煤一次破碎站各布置方案示意圖如圖1。

圖1 原煤一次破碎站各布置方案示意圖

4 各投資及運營成本分析

方案1 破碎站位于出入溝附件，卡車運距最短運營費用最低，因此以方案1 為對比基礎，方案2、方案3 分別與方案1 進行經濟比選分析。各方案比選分析時主要分析參數選取情況為：卡車費用75.00萬元/臺；項目現場卡車實測油耗0.167 L/（m3·km）；柴油單價5.20 元/L；項目當地卡車司機工資為3 500.00元/月；卡車維修保養費用按卡車作業方量計算，單價1.144 元/m3，臺年費用29.29 萬元；重油發電電費0.90 元/（kW·h）；填方取土和挖方單價7.00 元/m3，填方碾壓單價9.52 元/m2，運輸道路面層鋪設費用63.00 元/m2。

4.1 方案1 與方案2 對比分析

在達產第8 年方案1 破碎站將移設完成和方案2 的煤運距基本相同，因此對達產前7 年內的投資及運營成本分析，其中破碎站土方工程：①方案1：填方取土40 807 m3，填方碾壓53 367 m3，挖方12 560 m；②方案2：填方取土97 640 m3，填方碾壓98 500 m3，挖方860 m3。道路土方工程：①方案1：方案1 路長1 012 m，寬12 m，境界外挖方26 962 m3，填方5 435 m3；②方案2：方案2 路長2 502 m，寬12 m，境界外挖方3 053 m3，填方3 720 m3。方案1 與方案2 投資及運營成本對比見表1。

表1 方案1 與方案2 投資及運營成本對比 萬元

由表1 可知，從采礦工程、供配電工程、土方工程、道路工程等方面逐年發生的投資及運營成本費用進行折現對比，方案2 雖然初期投資較低，但逐年運營成本增加較大，在7 年對比周期內其費用凈現值較方案1 增加1 716.64 萬元。

4.2 方案1 與方案3 對比分析

在達產第6 年方案1 破碎站將移設完成和方案3 的煤運距基本相同，對達產前5 年內的投資及運營成本分析。破碎站土方工程：①方案1 填方取土40 807 m3，填方碾壓53 367 m3，挖方12 560 m；②方案3 填方碾壓29 853 m3，挖方43 786 m3。道路土方工程：①方案1 方案1 路長1 012 m，寬12 m，境界外挖方26 962 m3，填方5 435 m3；②方案3 路長1 490 m，寬12 m，境界外挖方62 220 m3，填方150 m3。方案3 較方案1 投資及運營成本對比見表2。

由表2 可知，從逐年發生的投資及運營成本費用進行折現對比，方案3 較方案1 年度費用均增加，沒有明顯優勢，在5 年對比周期內其費用凈現值較方案1 增加1 239.93 萬元。

4.3 其它不確定因素

1）各方案比選時采用的柴油價格是當前國際油價低迷時的柴油價格，油價較低，存在后期柴油價格上漲的不確定性因素。

2）各方案比選時的電費按目前重油發電成本考慮，綜合電價較高，后期光伏工程上馬后，存在電費成本降低的不確定性因素。

3）比選中卡車油耗0.167 L/（m3·km），是根據項目現場剝離卡車實測油耗換算出的綜合油耗。煤的單位體積質量比巖石的單位體積質量小，故運巖時的載重比大于運煤時的載重比，對于運煤車型克服卡車自質量部分油耗將增加，即無效的油耗比例增大[8]。因此，存在實際運煤卡車單位體積公里的油耗指標要高于剝離卡車油耗的不確定性因素。

5 結語

1）利用NPV 方法對方案1 和方案2 進行經濟比較，得出在比選周期內，方案2 較方案1 費用凈現值增加1 716.64 萬元，方案1 更合理。

2）方案3 與方案1 比較沒有明顯的優勢，既沒有明顯的節省投資又沒有明顯的降低運營費用，僅節省初期少量土方工程費用，在比選周期內其費用凈現值較方案1 增加1 239.93 萬元，方案1 更合理。

3）由于不確定因素，對目前情況下比選結果中較優的方案1 將進一步起到積極作用，使方案1 的優勢更加明顯。

4）從選取的破碎站典型位置方案對比情況可知，雖然項目所在地為國外，存在現階段柴油價格低，重油發電電費價格高的實際情況，本項目各方案仍然符合單斗卡車+帶式輸送機的半連續開采工藝中，在條件允許的情況下應盡量縮短卡車運距，以最大限度降低運營成本。