哈爾烏素露天煤礦運(yùn)煤系統(tǒng)布置優(yōu)化

閆文彬，張 禹，呂文偉

（國家能源集團(tuán)中國神華哈爾烏素露天煤礦，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010300）

哈爾烏素露天煤礦核定最大原煤產(chǎn)能為3 500萬t/a，是國內(nèi)目前設(shè)計(jì)產(chǎn)能最大的露天煤礦之一，2020 年實(shí)際原煤產(chǎn)量達(dá)2 837 萬t。對(duì)于這類特大型露天煤礦，工作幫及排土場(chǎng)的工程位置變化較大，在一定的服務(wù)期限內(nèi)必須對(duì)開拓運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行周期移設(shè)。一般而言，露天礦山的運(yùn)煤系統(tǒng)移設(shè)與否，取決于采煤工作線與坑口破碎站布設(shè)位置的空間相互關(guān)系[1]，以兩者水平標(biāo)高差值，考慮必要緩沖平段、坡道展線長度即可得出原煤運(yùn)距的合理值，用于評(píng)估運(yùn)煤系統(tǒng)布置與生產(chǎn)實(shí)際的匹配性。但實(shí)際上，受限于征地進(jìn)度，或是受采空區(qū)等工程因素的制約，特大型露天礦山采場(chǎng)、排土場(chǎng)的發(fā)展極易失衡，使得運(yùn)煤系統(tǒng)維護(hù)及周期移設(shè)方面出現(xiàn)困難，常見上煤運(yùn)距高于合理值情況[2-5]。多年來，哈爾烏素露天煤礦飽受征地滯后影響，采場(chǎng)南、北部推進(jìn)度相差約300 m，加之為征地滯后區(qū)壓覆資源留溝排棄的影響，形成了較大的采剝、排棄空間損失。開拓運(yùn)輸系統(tǒng)的優(yōu)化布置因此成為了礦山運(yùn)營的主要難題，其中運(yùn)煤系統(tǒng)周期移設(shè)、均衡上煤運(yùn)距問題尤為突出。

為此，依據(jù)哈爾烏素露天煤礦工程地質(zhì)情況、生產(chǎn)現(xiàn)狀與計(jì)劃，以及排土場(chǎng)容量與采剝量發(fā)展趨勢(shì)分析了運(yùn)煤系統(tǒng)由工作幫移設(shè)至排土場(chǎng)的可行性;并利用為征地滯后區(qū)留溝排棄區(qū)域，以留溝損失的內(nèi)排空間布置運(yùn)煤系統(tǒng)，進(jìn)而制定得出了運(yùn)煤系統(tǒng)優(yōu)化布置方案。

1 原運(yùn)煤系統(tǒng)布置情況

1）運(yùn)距指標(biāo)。2019 年10 月，為釋放內(nèi)排空間，哈礦原運(yùn)煤系統(tǒng)由內(nèi)排土場(chǎng)移設(shè)至工作幫之上[6]，已服務(wù)1 年有余，原運(yùn)煤系統(tǒng)受限于提升坡道展線（單個(gè)約0.19 km）、緩沖平段（單個(gè)約0.05 km）、端幫固定運(yùn)輸線路長度（約2.2 km）等因素，最優(yōu)運(yùn)距約為5.4 km。目前其實(shí)際運(yùn)距：中間橋以北上煤加權(quán)運(yùn)距5.46 km；以南上煤加權(quán)運(yùn)距5.79 km。北部上煤運(yùn)距已達(dá)最優(yōu)值，南部運(yùn)距相對(duì)較高。采場(chǎng)原運(yùn)煤運(yùn)輸系統(tǒng)布置如圖1。

圖1 采場(chǎng)原運(yùn)煤運(yùn)輸系統(tǒng)布置

2）移設(shè)周期。原運(yùn)煤系統(tǒng)以各組成坡道逐步向東平移作為周期移設(shè)方式，平均2 個(gè)月即須整體移設(shè)1 次?；仡?020 年實(shí)際工程進(jìn)展，原系統(tǒng)涉及全年坡道移設(shè)共53 次，月均4 次，工程量繁重。同時(shí)，高頻率的坡道移設(shè)對(duì)采煤工作線正常推進(jìn)制約較大，直接引起了坑底夾矸坡道高頻率的南北方向調(diào)轉(zhuǎn)，極不利于運(yùn)距的平穩(wěn)控制。

3）長遠(yuǎn)適用性。由于征地滯后的影響，采場(chǎng)地表附近平盤已采剝到界，導(dǎo)致原運(yùn)煤系統(tǒng)+1 055 m 水平至+1 040 m 水平段坡道已無法向東繼續(xù)平移。受限于此，也由于北部采場(chǎng)南側(cè)推進(jìn)度超前較多，致使+1 040 m 水平至+1 025 m 水平段坡道的下一周期移設(shè)位置大幅東移，與+1 055 m 水平至+1 040 m水平段坡道銜接將多出冗余平段，預(yù)計(jì)綜合上煤運(yùn)距將增加310 m。這種態(tài)勢(shì)將隨著征地滯后時(shí)間的延長持續(xù)加劇。此外，原運(yùn)煤系統(tǒng)東側(cè)征地釘子戶問題有望于近期解決，其拆遷后，原運(yùn)煤系統(tǒng)布置將替代成為制約南部采場(chǎng)推進(jìn)的主要因素。

2 運(yùn)煤系統(tǒng)優(yōu)化原則

通過分析原運(yùn)煤運(yùn)輸系統(tǒng)與生產(chǎn)實(shí)際脫節(jié)相關(guān)問題，優(yōu)化工作應(yīng)按照以下原則展開[7-9]：

1）利用間斷-半連續(xù)運(yùn)輸工藝的靈活特性，優(yōu)化線路銜接，減少不必要折返運(yùn)輸與冗余平段線路長度，節(jié)約不必要的運(yùn)輸環(huán)節(jié)，降低運(yùn)距成本。

2）減少運(yùn)輸轉(zhuǎn)彎次數(shù)，轉(zhuǎn)彎半徑達(dá)標(biāo)，運(yùn)輸線路設(shè)計(jì)參數(shù)滿足煤炭安監(jiān)部門安全監(jiān)管要求，并留有安全儲(chǔ)備余地。

3）具有中長期適用性，服務(wù)周期應(yīng)盡可能長遠(yuǎn)，降低組成坡道移設(shè)頻次，節(jié)省線路維護(hù)成本。

4）運(yùn)輸系統(tǒng)的布設(shè)占用的作業(yè)空間要在合理范圍內(nèi)，應(yīng)盡可能減小對(duì)露天礦采剝、排棄工程發(fā)展的制約。

3 新運(yùn)煤系統(tǒng)優(yōu)化方案

3.1 方案可行性

根據(jù)1#～3#破碎站坐落點(diǎn)與坑底采煤工作線相對(duì)空間位置關(guān)系分析，運(yùn)煤系統(tǒng)布置于排土場(chǎng)更有利于半連續(xù)工藝起點(diǎn)運(yùn)距的節(jié)省[10]。但目前采場(chǎng)南北兩側(cè)推進(jìn)度仍處在失衡狀態(tài)，導(dǎo)致的排土空間損失較大，須提前論證排土場(chǎng)能否容納運(yùn)煤系統(tǒng)布置。

哈爾烏素露天煤礦2021 年計(jì)劃剝離總量9 600萬m3，采煤工作線沿當(dāng)前采剝方向推進(jìn)約350 m。據(jù)核算，如年計(jì)劃順利完成，預(yù)計(jì)釋放理論排棄空間（實(shí)方量）約為11 900 萬m3，為大塔村留溝排棄將損失排棄空間約為2 000 萬m3，實(shí)際可釋放排棄空間約為9 900 萬m3，實(shí)際可釋放排棄空間與計(jì)劃剝離總量基本相當(dāng)。但排土場(chǎng)布置運(yùn)煤將占用排棄空間約為750 萬m3，以2021 年采排量比分析，運(yùn)煤系統(tǒng)移設(shè)排土場(chǎng)較為困難，如無有效優(yōu)化設(shè)計(jì)，將出現(xiàn)450 萬m3排棄量提升至高水平排棄問題。

排土場(chǎng)北部作為當(dāng)前主要的排棄區(qū)域，推進(jìn)較快，不滿足布置運(yùn)煤系統(tǒng)的固定性要求。排土場(chǎng)南部因大塔村征地滯后區(qū)影響，存在較大留溝空間，留溝損失排棄空間約2 000 萬m3。若在該區(qū)域布置部分運(yùn)煤坡道，將使運(yùn)煤系統(tǒng)布置占用的500 萬m3空間與留溝損失空間形成重疊，可解決排土場(chǎng)空間無法容乃運(yùn)煤系統(tǒng)問題。同時(shí)受限于大塔村征地滯后區(qū)，排土場(chǎng)南部留溝區(qū)域排土平盤的工程發(fā)展緩慢，利于運(yùn)煤系統(tǒng)的長期布置。

3.2 方案技術(shù)內(nèi)容

施工方案分為2 部分：①在南端幫+995 m 水平起坡，沿著當(dāng)前排土場(chǎng)邊坡坡面環(huán)形排棄，充分利用留溝排棄區(qū)域釋放坡道展線，形成+995 m 水平至+1 055 m水平坡道，工程填方量70 萬m3；②在+995 m 水平至+1 055 m 水平坡道坡頂位置，向1#與3#破碎站中點(diǎn)位置起坡形成+1 055 m 水平至+1 100 m 水平、+1 100 m 水平至+1 130 m 水平坡道，工程填方量180 萬m3。總工程填方量約250 萬m3，工期約2 個(gè)月。工程完成后，原煤經(jīng)采場(chǎng)坡道提升至6 煤頂板，后可經(jīng)中間橋或南部采場(chǎng)提升至南端幫+995 m 水平進(jìn)入相關(guān)運(yùn)煤坡道，最終提運(yùn)至破碎站，綜合上煤運(yùn)距約5 km。

后續(xù)方面，視未來征地實(shí)際進(jìn)展，采場(chǎng)南北部推進(jìn)度將會(huì)進(jìn)一步追平。南部排土場(chǎng)得到釋放后，運(yùn)煤系統(tǒng)借道南端幫+995 m 水平線路可以完全移設(shè)至+995 m排土場(chǎng)，屆時(shí)只憑借中建橋運(yùn)輸原煤，綜合上煤運(yùn)距將進(jìn)一步縮減至4.6 km。

3.3 新舊運(yùn)煤系統(tǒng)對(duì)比

1）運(yùn)距指標(biāo)。原運(yùn)煤系統(tǒng)綜合上煤運(yùn)距5.4 km，呈增長變化趨勢(shì)，其中南部煤加權(quán)運(yùn)距為5 788 m，北部煤加權(quán)運(yùn)距為5 463 m。新運(yùn)煤系統(tǒng)綜合上煤運(yùn)距為5.0 km，增減變化趨勢(shì)相對(duì)穩(wěn)定，其中南部煤加權(quán)運(yùn)距為4 660 m，北部煤加權(quán)運(yùn)距為5 137 m。新運(yùn)煤系統(tǒng)后續(xù)可進(jìn)一步優(yōu)化，綜合上煤可縮減綜合運(yùn)距至4.6 km。哈礦南、北采場(chǎng)煤炭采剝周期交替，新運(yùn)煤系統(tǒng)在南部煤運(yùn)距方面優(yōu)勢(shì)更為明顯。

2）移設(shè)周期。受限于大塔村征地滯后區(qū)留溝，新運(yùn)煤系統(tǒng)布置位置的排棄工程基本到界，僅北部較短排棄工作線可持續(xù)推進(jìn)，如不進(jìn)一步壓覆滯后區(qū)，則新運(yùn)煤系統(tǒng)暫無移設(shè)可能性。因此其服務(wù)周期將至少可保證1 年以上，具有服務(wù)周期長、移設(shè)頻次低的優(yōu)點(diǎn)。

3）排棄空間占用與損失。為大塔村征地滯后區(qū)留溝排棄損失內(nèi)排空間約2 000 萬m3，而排土場(chǎng)布置運(yùn)煤系統(tǒng)將損失內(nèi)排空間約750 萬m3。移設(shè)方案將兩者影響區(qū)域合并，使損失空間重疊，可減小內(nèi)排空間損失約500 萬m3，保證2021 年度采剝、排棄空間的平衡，節(jié)省了部分排棄量爬高排棄運(yùn)距。

4）大塔村緩幫工程的運(yùn)輸系統(tǒng)利用。大塔村征地滯后問題影響區(qū)域的邊坡已按端幫到界參數(shù)并段。未來該區(qū)域緩幫解段時(shí)，上部剝離工作線不足300 m，宜利用外委小型設(shè)備采剝，以提升解段工程整體進(jìn)度，屆時(shí)將出現(xiàn)自營、外委運(yùn)輸設(shè)備并行甚至交叉的可能。新運(yùn)煤系統(tǒng)由于布設(shè)位置的特殊性，將長期保留，可為外委設(shè)備提供運(yùn)輸通路，規(guī)避自營、外委設(shè)備交叉風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)語

2021 年3 月7日，按照設(shè)計(jì)的優(yōu)化方案，哈爾烏素露天煤礦運(yùn)煤系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)了周期移設(shè)，進(jìn)入試運(yùn)行階段。3 月9 日，經(jīng)試運(yùn)行驗(yàn)收后，新運(yùn)煤路全線啟用，綜合上煤運(yùn)距降至5.0 km 左右，大幅節(jié)省上煤運(yùn)距約0.4 km，煤炭運(yùn)輸效率與單耗指標(biāo)等經(jīng)營問題得到有效改善，各平盤可作業(yè)量得到補(bǔ)充，為保證完成全年剝離任務(wù)夯實(shí)了基礎(chǔ)，新系統(tǒng)預(yù)計(jì)服務(wù)周期可達(dá)1 年。