露天礦端幫巷道運輸工藝實踐

陳再明，崔宏偉

（中煤平朔集團有限公司，山西 朔州 036002）

目前我國生產和在建的露天煤礦有430 余座，年產能約9.5 億t，占全國煤炭總產量的16%左右。其中，生產規模1 000 萬t 以上的大型、特大型露天煤礦30 余座，露天煤礦產量達到世界第一，年采剝總量約100 億t，其中95%以上采用單斗－卡車工藝完成。

為了不影響內排土場的推進，絕大部分露天礦的原煤運輸一般采用半連續系統，即單斗挖掘機－卡車－半固定破碎站－帶式輸送機工藝。半固定破碎機和帶式輸送機一般放置于露天礦地表，如中煤平朔集團安太堡露天礦、安家嶺露天礦，國家電投霍林河露天礦，國家能源集團黑岱溝露天礦、哈爾烏素露天礦，勝利能源西一號、西二號露天礦等。國外的一些礦山如什普列耶塔利煤礦、費爾圖納煤礦、澤耶澤煤礦、加拿大Suncor 油砂礦也將破碎站置于地表。但礦山規模過大時，會造成卡車原煤運輸運距過大。一般大型露天煤礦卡車運距都在3 km 以上，一些特大型露天煤礦由于工作線較長，卡車原煤運輸距離甚至達到了4～5 km，而且隨著內排土場的推進，運煤卡車道路也需要周期性的移設，筑路工程量較大。

為了解決這個問題，國內一些專家、學者對露天礦采用端幫巷道系統進行原煤運輸開展了研究。20 世紀90 年代王喜富提出了露天礦掩埋巷道運輸工藝[1]，楊樹才等[2]對露天礦掩埋巷道進行了力學分析；任利明等[3]提出了端幫巷道運輸半連續工藝的思路，煤炭在采煤工作面利用單斗挖掘機或前裝機采掘后，由卡車從采煤工作面運輸至采場端幫下部的它移式破碎站，經過破碎后通過端幫聯絡巷及端幫運輸平巷、斜井巷道提升至地表運輸系統。該種工藝的應用改變了傳統卡車原煤運距遠、高差大、費用高的缺點，但也會一定程度上影響內排土場的推進，造成剝離運距增加。

為了驗證這項新興的運輸工藝，中煤平朔集團安太堡露天煤礦、東露天礦于2009 年和2011 年相續投運了端幫巷道運煤半連續工藝，取得了一些運行的經驗，也遇到了一些設計之初沒有考慮到的問題，如巷道過采空區、陷落柱時支護困難，影響內排土場推進、按井工礦模式管理復雜等問題，經對巷道原煤運輸成本與地面帶式輸送機運輸成本、以及減少的卡車原煤運輸成本和增加的剝離運輸成本進行了比較，得出了巷道運輸工藝的經濟適用條件。

1 端幫巷道半連續工藝實踐

1.1 安太堡露天煤礦端幫巷道半連續工藝

安太堡露天煤礦總投資6.49 億美元，是我國改革開放初期第一個中外合作露天礦項目，被譽為中國改革開放的“試驗田”，設計規模1 533 萬t/a，1985 年動工，1987 年建成投產，礦區面積24 km2，平均剝采比約為5.6 m3/t。

安太堡露天煤礦選煤廠位于工業廣場東北部，原煤由電鏟或前裝機采裝，卡車運輸到半固定破碎站（破碎能力為1 800 t/h），破碎后通過帶式輸送機運至選煤廠。隨著礦坑的推進，卡車原煤運距不斷增加，2006 年已超過3.7 km，隨著礦坑的推進，卡車原煤運距將達到5 km 以上，而且影響內排土場的排土空間。

為了降低生產成本，提高經濟效益，安太堡露天煤礦于2009 年投運了端幫巷道運煤半連續工藝，該工藝系統主要包括井筒、運輸大巷、端幫巷道，共有2 條主斜井、1 條輔運副斜井和1 條回風立井，4#煤帶式輸送機帶寬1 400 mm、帶速3.15 m/s、運輸能力1 850 t/h；9#煤帶式輸送機帶寬1 800 mm、帶速4.5 m/s、運輸能力4 500 t/h，輔助運輸采用無軌膠輪車。項目總投資75 847 萬元，其中：礦建工程費10 363 萬元、土建工程費10 958 萬元、設備購置及安裝費用39 596 萬元。巷道運輸系統于2010 年投入生產；2011 年6 月進行補充地質勘探時，發現端幫運輸大巷延伸方向賦存陷落柱（直徑210 m），并且在南端幫下部發現了樓子溝與楊井溝礦采空區。2014 年8 月，9#煤大巷掘進至陷落柱70 m 時，大巷支護困難并隨后發生了頂板垮落，致使南端幫運輸干道出現大范圍沉降，掘進被迫停止；2015 年10 月初，坑下端幫破碎站已經距離采煤工作線800 m 以上，影響南部內排量30 Mm3，導致內排運距增加超3 km，至少增加剝離運輸成本3 億元，2015 年12 月停運端幫巷道運輸系統后恢復原有的原煤地面運輸系統運煤[4-5]。

1.2 平朔東露天礦端幫巷道半連續工藝

平朔東露天礦位于朔州市平魯區榆嶺鄉，礦區面積48.41 km2，平均剝采比5.58 m3/t，建設規模為2 000萬t/a，設計服務年限74.7 年。2008 年4 月經國家發改委核準，2011 年9 月聯合試運轉。剝離采用單斗-卡車間斷工藝；采煤采用單斗-卡車-半固定破碎站-端幫巷道運煤半連續工藝，由200 t 級自卸式卡車運輸至4#煤南端幫和9#煤南端幫的它移式破碎站（設計能力為3 000 t/h），將煤破碎至300 mm 粒度以下，由端幫帶式輸送機轉運至4#煤和9#煤巷道帶式輸送機，最后運至選煤廠儲煤倉。

東露天礦端幫巷道運輸系統由4#煤運煤巷道、9#煤運煤巷道、輔運巷道組成，巷道由地面傾斜延伸至礦坑端幫深部之后，繼續沿東露天礦首采區南端幫4#煤和9#煤層水平布置輸煤及輔運大巷。4#煤斜巷部分斜長436 m，9#煤斜巷部分斜長594 m，傾角均為16°；輔運巷道至4#煤底板通道斜長847 m，傾角8°；由無軌膠輪車承擔設備檢修和材料運輸；原煤運輸系統由2 條帶速4.2 m/s、帶寬1 600 mm、生產能力3 000 t/h 的帶式輸送機組成?？偼顿Y48 100萬元（已扣除巷道采煤銷售收益）；一期、二期巷道共延伸3 170 m，計入生產成本。自2011 年8 月投入運行以來，已正常運行10 年[6-7]。

2 巷道運輸系統存在的問題

2.1 安全風險較高和日常監管復雜

巷道運輸系統掘進有可能要遇到復雜的地質構造如斷層、陷落柱等，有的露天礦境界內存在關閉的小煤礦，但采空區情況不明，存在較高的安全風險。如2014 年8 月，安太堡露天煤礦端幫原煤運輸系統因采空區和陷落柱影響，多次發生頂板垮落，后續運煤大巷的掘進被迫停止，坑下原煤破碎站移設滯后2 年，剝離運輸成本大幅飆升，每年增加約3 億元成本。東露天礦原煤運輸巷道如繼續使用，2021 年后將穿越北嶺礦、紅樓礦、東日升礦、周花板礦、二道梁礦、小西窯等已關閉小煤礦，采空區情況不明，安全風險高[8-9]。

根據地方安全監管要求，巷道運輸系統按井工礦管理，需布置“六大系統”并配全相關的“一通三防”安全管理人員，額外成本增加，日常監管復雜。

2.2 投資較大和成本較高

1）投資較大。①掘進投資高：端幫巷道掘進比露天礦工作面推進速度慢，掘進1 m 煤巷成本約為1萬元，相比之下正常生產礦井井巷每延米掘巷成本約6 000 元，造成掘進投資增加；②井巷設備要防爆，安全等級比露天礦設備高，增加了部分的設備投資。

2）運營費用高。端幫巷道運輸系統成本為1.15元/（t·km），現在運行的地面運輸系統成本為0.63元/（t·km），巷道運輸系統成本比地面運輸系統成本高0.52 元/（t·km），主要是維護等運營費用較高；其次是端幫巷道按井工礦模式管理，管理技術人員配備較多，管理費用較高。煤炭運輸量按每年2 000 萬t計算，平朔東露天礦巷道運輸系統增加生產成本3 920 萬元。

3）內排土場滯后增加卡車運輸成本。原煤巷道運輸系統的坑下破碎站不能實時移設，9#煤破碎站一般每年移設1 次，移設1 次約需1 周時間。以東露天礦9#號煤破碎口為例，2018 年4 月至2020 年2 月共搬移了4 次。由于坑下破碎站不能實時移設，導致露天礦每年約13 500 萬m3剝離量運距增加0.8 km，每年增加5 400 萬m3·km 的剝離運輸成本。如果東露天礦原煤由巷道運輸改為地面運輸，將導致每年約1 600 萬m3（2 000 萬t）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，根據平朔露天礦歷年統計數據，卡車原煤運輸單價為2.4 元/（m3·km）（不包括折舊），即巷道運輸系統與地面運輸系統相比，每年增加卡車運營成本5 280 萬元。

3 結語

介紹了中煤平朔集團安太堡露天煤礦、東露天礦巷道運輸系統工藝實踐探索，得出了原煤巷道運輸系統的經濟適用條件：即在簡單的地質條件能夠保證安全的前提下，巷道運輸系統成本+卡車運煤成本+增加的剝離運輸成本小于破碎站設置于地表時的卡車運煤成本+帶式輸送機運輸成本時，可以采用巷道運輸工藝。