平朔東露天礦運煤系統優化改造

李 江，趙天佑，武 懋

（中煤平朔集團有限公司，山西 朔州 036006）

平朔東露天礦2009 年在南端幫下籌建從地面到煤層端幫巷道的運煤系統，并于2011 年8 月建成，端幫原煤巷道運輸系統由它移式破碎站、端幫巷帶式輸送機、大巷帶式輸送機、驅動機房固定式破碎站組成[1]。該運輸系統已完成了基建期、一期系統和二期系統約90%工程量，二期工程4＃煤大巷剩余270 m 未掘進（設計全長2 080 m）；9＃煤大巷剩余50 m 未掘進（設計全長2 136 m），9＃煤輔運大巷剩余260 m 未掘進（設計全長2 139 m）。未施工巷道如繼續掘進存在的主要問題：①未掘巷道前方為北嶺礦井田，繼續掘進因要預留保安煤柱，巷道需提前轉彎，將造成巷道膠帶2 次轉載、設備數量增加，運輸安全管理難度增加；②巷道向礦坑內部轉彎，勢必造成后續露天礦南端幫內縮和采煤作業線縮短，嚴重影響露天礦的安全高效生產，對露天礦的生產接續非常不利；③東露天礦計劃2023 年從首采區向二采區轉向，若繼續使用原煤巷道運輸系統，將隨之沿采場邊界布置，到三采區開采結束時，巷道長度約21 km，要穿越北嶺礦、紅樓礦、東日升礦、周花板礦、二道梁礦等采空區，安全風險高，系統可靠性差，投資大，運維成本較高。為此需要對東露天端幫原煤運輸系統進行優化改造。

1 礦山采區接續概況

東露天礦是“十一五”規劃重點建設項目，設計生產能力20.0 Mt/a，服務年限75 年，2016 年通過驗收轉為生產礦井[1]。礦井井田煤層賦存穩定，主要可采煤層為4#、9#、11#，煤層總厚度近39 m。開采方式為單斗-卡車倒堆內排，采煤采用單斗挖掘機-自移式破碎站半連續工藝，剝離為單斗挖掘機-自卸卡車工藝。東露天礦首采區將井田分為2 部分，按照開采的先后順序首采區北部分為二、三采區，以地面沖溝作為二采區和三采區分界線；首采區南部為四、五采區。目前首采區向西推進，首采區西邊到界向北轉向90°到二采區，二采區向北推進到界后向南180°轉向進入三采區，三采區向南推進到首采區采空區結束。首采區原煤運輸系統主要為端幫巷道帶式輸送機運輸，現需規劃首采區向北轉向期間和二、三采區生產期間的原煤運輸系統。開采接續規劃和原煤暗道布置示意圖如圖1。

圖1 開采接續規劃和原煤暗道布置示意圖

2 原煤運輸系統改造必要性

隨著采區推進，如繼續使用原煤巷道運輸系統服務東露天礦開采二、三采區，原煤巷道運輸系統將沿礦田西邊界和北邊界布置，原煤巷道持續加長。如不對原有運輸系統進行改造，將帶來以下幾個方面的問題。

2.1 系統可靠性差安全風險高

東露天礦現有原煤運輸系統繼續向前延伸，將進入北嶺礦界內，端幫原煤運輸巷道延伸后與北嶺礦采煤工作面距離不足20 m，不滿足安全距離要求，存在重大安全隱患。為了避開北嶺礦需沿北嶺礦北部礦界進行2 次拐彎轉向，需增設2 處轉載點，造成原煤巷道延伸建設成本和端幫原煤運輸成本將大幅增加，同時，受北嶺礦采煤塌陷影響，東露天礦原煤巷道的安全管理不確定因素增多，安全風險加大，日常維護成本勢必也將大幅增加。如果原煤運輸巷道因安全隱患無法正常運行，將直接影響東露天礦原煤生產。

東露天礦開采北部采區，進入二采區后采用井巷運輸需先后穿過紅樓礦、東日升礦、周花板礦、二道梁礦等眾多已關閉小煤礦。小窯采空區的影響將嚴重降低原煤運輸巷道系統的可靠性。2014 年8月，安太堡露天礦端幫原煤運輸系統因采空塌陷區影響，多次發生頂板冒頂事故，導致露天礦南幫運輸道路出現大范圍下沉，給安太堡露天礦安全生產帶來嚴重影響。造成運煤大巷的掘進被迫停掘，坑下原煤破碎站移設滯后2 年，剝離運輸成本大幅飆升，每年增加成本超3 億元。

2.2 投資大運行成本高

從北嶺礦的東邊界采至三采區結束，增加巷道長度約20.4 km，全程需新購設備。原煤巷道運輸系統估算總投資約13.63 億元。如果采用地面運輸系統，估算總投資約3.26 億元，巷道運輸系統較地面系統投資高出10.37 億元。

1）增加帶式輸送機運輸成本。東露天原煤巷道帶式輸送機成本為1.15 元/（t·km）；安太堡礦原煤地面帶運輸式輸送機運輸成本為0.63 元/（t·km）。由此可見，原煤巷道運輸成本比原煤地面運輸成本高0.52 元/（t·km）。如果繼續采用巷道帶式輸送機運輸，東露天礦進入北部二采區后，原煤巷道將沿二采區西側向北延伸。以東露天礦首采區至二采區轉向完成的位置（紅樓礦北側）進行測算，原煤巷道帶式輸送機長度為8.1 km，運輸成本為9.07 元/t；地面運輸系統帶式輸送機長度為4.45 km，運輸成本為3.52 元/t。原煤巷道系統比地面帶式輸送機系統的運輸成本高5.55 元/t，按每年2 500 萬t 原煤量計算，每年增加成本13 875 萬元。當東露天礦進入三采區后，整個巷道運輸系統將圍繞二采區1 圈，巷道運輸成本將進一步增加。預測到三采區結束時，原煤巷道長度為20.4 km，運輸成本為22.5 元/t；地面運輸系統帶式輸送機長度為仍4.5 km，運輸成本為3.5 元/t。原煤巷道系統比地面帶式輸送機系統的運輸成本高19 元/t。

2）增加卡車運輸成本。目前使用的原煤巷道運輸系統，由于破碎站不能實時移設，導致了每年約7 000 萬m3的剝離量運距增加0.8 km。經測算，2021 年約6 750 萬m3的剝離量增加運輸成本，即增加5 400 萬m3·km 的運輸成本。如果原煤運輸系統移設到地面，將導致每年2 500 萬t（1 600 萬m3）原煤運距增加2 km，即每年增加3 200 萬m3·km 的煤炭運輸成本。減少的剝離物和增加的原煤卡車運輸成本相抵后，每年減少2 200 萬m3·km 運輸成本，根據東露天礦歷年統計，卡車運輸成本為2.4 元/（m3·km）（不含折舊），即原煤運輸系統移設到地面后，每年可節省卡車運營成本5 280 萬元。

綜合以上因素，估算從2021 年至北部二、三采區資源開采結束約30 年服務年限的運輸總費用，巷道運輸系統為193.89 億元，地面運輸為87.36 億元，地面運輸系統總費用比巷道運輸系統低106.53 億元。

2.3 制約東露天礦擴能需要

現有的巷道帶式輸送機運輸系統設計能力為2 000 萬t/a，按帶式輸送機系統不均衡系數下限1.2取值，最大輸送能力為2 640 萬t/a。在煤炭價格基本穩定的情況下，東露天礦2019、2020 年產量規模較2018 年分別增加了347 萬t 和471 萬t，相應的模擬利潤分別增加了6.6 億元和10.6 億元，充分表明增量的規模效益明顯。預計“十五五”期間，北嶺礦、井工一礦將相繼達到服務年限，為穩定平朔礦區規模，建議東露天礦在擴能到2 500 萬t 后，“十五五”期間繼續擴能至3 000 萬t/a（東露天礦二、三采區采煤工作線長度2 km，生產條件具備3 000 萬t規模），現有巷道運輸系統需更換驅動、輸送帶（張力不足）、以及托輥等，僅機架能夠使用。巷道運輸系統的改造將導致露天礦較長時間停產，成為露天礦今后規模擴大的限制因素。

2.4 日常監管復雜

根據東露天礦巷道原煤運煤系統的通風需要，如果巷道繼續向前延伸，至少需要建設2 處地面回風井才能實現分區通風。同時根據地方安全監管要求，需完善“六大系統”并配全配齊相關的“一通三防”安全管理人員，額外成本增加，日常監管局面更加復雜[2-3]。由于“六大系統”建設不全，巷道原煤運輸系統因監管存在問題，運輸間斷時有發生，平均每年由于地方監管造成系統停運都在70 d 左右，影響運輸能力發揮。

3 地面原煤運輸布置方案比選

3.1 原煤布置方案

從安全、經濟、生產組織難度等方面決定原煤暗道運行系統改造為地面帶式輸送機運輸系統。考慮原煤運輸系統安全性、可靠性、經濟性[4]，原煤運輸系統施工建設期間不影響露天礦的正常生產和適應露天礦后續發展的需要，提出以下3 個地面帶式輸送機系統布置方案。

1）方案1：地表外包駐地方案。帶式輸送機從一級破碎站引出至1 號轉載點，1 號轉載點至2 號轉載點帶式輸送機從西向東依次布置于露天煤礦首采區北幫、外包駐地，經2 號轉載點轉載后，與驅動機房從北方向搭接。

2）方案2：地表內排土場方案。帶式輸送機從一級破碎站引出至1 號轉載點，1 號轉載點至2 號轉載點帶式輸送機從西向東布置于露天煤礦首采區北幫，經2 號轉載點轉載后，帶式輸送機布設于內排土場，與驅動機房從西北方向搭接。

3）方案3：地表轉載運輸方案。帶式輸送機從一級破碎站引出至1 號轉載點，1 號轉載點至2 號轉載點帶式輸送機從西向東布置于露天煤礦首采區北幫，經2 號轉載點轉載后，帶式輸送機布設于內排土場，經3 號轉載點與驅動機房搭接，搭接方向與露天煤礦一期原煤運輸帶式輸送機相同。

3.2 布置方案比選

方案1 線路布置于外包場地，線路長，架空棧橋多，投資24 068 萬元（未含利息及其他費），運輸成本10.76 元/t，投資大，運輸成本高；方案2 線路在內排土場與風選場地、電廠儲灰場交叉，技術不可行，故沒有推薦方案2；方案3 相對方案2，通過增加轉載點的方式，避開風選場地與儲灰場，線路短，投資20 802 萬元（未含利息及其他費），相對方案1 投資低3 266 萬元，運輸成本10.42 元/t，比方案1 低0.34 元/t。因此推薦方案3 地表轉載運輸方案。方案3 地面帶式輸送機運輸系統布置示意圖如圖2。

圖2 方案3 地面帶式輸送機運輸系統布置示意圖

4 原煤運輸系統改造效果

1）東露天礦北部采區開采規劃與原煤運輸系統的協調性。東露天礦北部計劃規劃為2 個采區，由于受到轉向期間排土空間的限制，從首采區向二采區過渡時，二采區的初始工作線長度較短，轉向完成時，逐步進行擴幫，最終北部布置為2 個采區。當東露天礦開采北部采區，進入二采區后采用井巷運輸需先后穿過紅樓礦、東日升煤礦采空區；當進入三采區開采時，井巷運輸存在大量的反向運輸，整個巷道運輸系統將圍繞二采區1 圈，導致運輸距離不合理，同時全程均新購設備；地表轉載運輸方案，線路布設于地表，二采區向北推進時，輸送機向北延伸，當開采三采區時，輸送機進行回撤即可，即開采三采區無需再次進行新購設備。地表運輸與露天礦開采北部采區資源規劃更協調。

2）可靠性及使用風險分析。既有巷道運輸系統從首采區過渡至二采區西幫，需穿過較多采空區，成本高且存在一定的安全風險。地表運輸方案原煤運輸系統線路布置于地表，技術難點少，且為露天空間，維修難度小。

3）原煤卡車使用數量比較。使用220 t 級卡車運煤，地表運輸方案使用卡車11 臺，井巷運煤系統使用卡車8 臺。

4）既有原煤運輸系統設備利用情況。巷道原煤運輸系統既有運輸設備全部可繼續使用，后續新增設備需新購。地表原煤運輸系統，設計4#煤、9#煤各1 套運輸系統，除破碎站以外均采用新購設備。

5）對既有剝離運輸系統的影響。巷道運輸方案為露天礦既有運輸系統的延伸，主要是移設滯后和影響內排空間問題。地表運輸方案對剝離運輸系統的影響主要為運煤卡車與剝離卡車線路交叉問題。轉向期間露天礦將出入溝由南側布置于北側，此時外包車輛與自營車輛運輸線路產生交叉。但線路交叉問不是因為原煤運輸系統布置于地表產生的，而是因為出入溝位置產生的，因此可以認為地表原煤運輸系統對剝離運輸無影響[5]。

6）原煤運輸系統改造工程。井巷運輸系統隨著露天礦的推進進行逐步建設。地面運輸系統前期建設完成后，露天礦進入二采區開采時，隨露天礦推進，逐步建設[6-8]。當前原煤巷道位于二期巷道即將結束位置，由于規劃的地表運輸系統尚未建成，因此需要繼續進行部分三期工程，規劃三期實施至北嶺礦轉載處，此時地表運輸線路建成，井巷運輸系統停止服務。

5 結語

1）東露天礦原煤運輸改為地面帶式輸送系統在二、三采區，服務期內可大大縮短運輸距離，減少了運輸環節，不僅運輸帶式輸送機投入少，而且設備安裝、更換、拆除等不受空間限制，使得運輸更加通暢、設備維護和安全管理更加便捷。

2）地面帶式輸送運輸系統不影響采剝工作線布置，能兼顧協調采運排關系，礦坑采煤工作面作業線推進和剝離內排運距不受影響，且與坑下卡車運煤銜接總體路徑最短、方式最優，地面帶式輸送運輸系統改造一次性投資和運行費用等都低于端幫巷道運煤系統，服務年限長，投資回報率高。

3）端幫巷道運煤系統改為地面帶式輸送式輸送機棧橋運輸系統安全可靠，技術可行，經濟合理，短期內對礦井安全高效生產極為有利，長遠有利于礦井的可持續發展。