哈尔乌素露天煤矿吊斗铲倒堆工艺作业方式选择

王凤义

(神华哈尔乌素煤炭分公司, 内蒙古鄂尔多斯市 010300)

哈尔乌素露天煤矿吊斗铲倒堆工艺作业方式选择

王凤义

(神华哈尔乌素煤炭分公司, 内蒙古鄂尔多斯市 010300)

吊斗铲倒堆工艺为无运输倒堆,可降低开采成本。该工艺在国内尚未推广使用,因此国内没有太多成熟的经验可以参考。对吊斗铲在哈尔乌素露天煤矿使用时采取的作业方式进行了讨论,并确定出较为合理的作业方式。

开采工艺;吊斗铲;倒堆;扩展平台;露天煤矿

哈尔乌素露天煤矿地处准格尔煤田,可采原煤储量17.3亿t,设计年产量2000万t。初步设计确定的开采工艺为单斗-卡车和吊斗铲倒堆综合工艺,并计划于达产后第4年投入吊斗铲设备。

1 吊斗铲倒堆工艺适用条件及其优点

吊斗铲倒堆工艺是一种合并式工艺,其特点是用吊斗铲将剥离物从工作面挖出,并直接排入排土场。由于没有运输环节,故与其他开采工艺相比,具有剥离成本低、劳动效率高等显著优点。美国P&H和B-E公司已生产多台不同型号的吊斗铲用于露天煤矿上部剥离。吊斗铲倒堆工艺一般适用于煤层覆盖物薄,倾角小于8°～10°的水平或近水平矿床。

哈尔乌素露天矿的煤岩倾角一般小于5°,岩性属中硬岩石,煤层厚度在23～28m,覆盖层厚度95～178m。虽然矿体覆盖物较厚,但倒堆工艺用于6#煤层顶板以上一定厚度的岩层的倒堆剥离还是可行的,也是比较经济的。故哈尔乌素露天煤矿6#煤顶板以上45m的岩层采用吊斗铲倒堆工艺。该矿初步设计确定使用1台吊斗铲倒堆,即用1台吊斗铲(有时借助于推土机),将采掘侧的剥离物直接挖出并倒入内排土场。

2 吊斗铲倒堆工艺的5种作业方式

借鉴黑岱沟露天矿以及国外矿山对吊斗铲的使用情况,对该矿吊斗铲提出5种可行的作业方式,并进行对比。

第1种作业方式如图1所示,在岩石爆破后,由推土机将爆堆整平做出一个平台,吊斗铲站在爆堆平台上,将剥离物倒入内排土场。

第2种作业方式如图2所示,先由推土机对爆堆进行降段处理,整平后再扩展做一个较为宽阔的平台,吊斗铲站在扩展平台上将剥离物倒入内排土场。

图1 吊斗铲位于平整后的爆堆上的作业方式

图2 吊斗铲位于降段扩展平台上的作业方式

第3种作业方式与第2种方式类似,由吊斗铲在爆堆上建立扩展平台,然后站在该平台上,将剥离物倒入内排土场。

第4种作业方式如图3所示,该方式类似于再倒堆方式。吊斗铲先站在由推土机整平过的爆堆上,将一部分剥离物倒入采空区较近位置,做出一个扩展平台,然后移至该扩展平台上,将其余剥离物倒入内排土场的更远位置。

第5种作业方式如图4所示,是推土机和吊斗铲联合扩展平台的作业方式。该作业方式中的平台是由推土机对爆堆进行降段处理和吊斗铲扩展作业联合形成。吊斗铲站在扩展平台之上,将剥离物倒入内排土场。

图3 吊斗铲分别位于倒堆侧和排土侧的作业方式

图4 吊斗铲位于联合扩展平台上作业的方式

3 吊斗铲倒堆作业方案比选

第1种倒堆作业方式应用较为普遍,而且简单易于实现。但是结合本矿的具体条件,倒堆台阶高度45m,煤层厚度23～28m,且煤台阶坡面角75°。如图1所示,由于吊斗铲站在距爆堆坡顶线以内20 m的位置上,不能挖出煤台阶坡角附近的剥离物,本矿不适合使用该作业方式。

由图2可见,第2种倒堆作业方式,结合本矿具体条件,以45m倒堆高度为例,如果推土机推弃深度较浅,则扩展平台宽度较窄。按照吊斗铲站在扩展平台坡底线以内20m的安全距离要求,吊斗铲站位于煤层上的爆堆之上,则导致吊斗铲挖掘爆堆外侧采幅的下部物料比较困难,尤其是煤台阶坡角处物料无法挖到,只能靠辅助设备处理,效率大大下降。要满足吊斗铲合理站立位置的要求,即位于采空区的爆堆之上,推土机的降段深度需要达到14.3 m以上,扩展平台宽度应超过80m,年推弃工程量高达645万m3,且平均运距也超过50m,经济性欠佳。因此,设计认为第2种作业方式也不适合本矿。

第3种作业方式是由吊斗铲自身建立扩展平台。但由于本矿岩石爆堆高度45m和煤台阶高度61.5m,两者之和较高,若要建比较理想的扩展平台,则其宽度至少要28m,每年扩展平台的工程量约达1200万m3,将会增加吊斗铲再倒堆工程量,若生产能力不变,则需要增加设备能力,大大增加了机器重量和造价,故该作业方式也不宜采用。

由图3可见,第4种作业方式吊斗铲先后站在爆堆上和内排土场倒堆作业,使倒堆产生一定的再倒堆工程量和再倒堆系数。以45m台阶高度为例,虽然再倒堆系数仅有15%,但在站在内排侧再倒作业时,吊斗铲回转角度平均约为180°,挖掘深度达到43m,所以单次挖掘周期时间长,导致吊斗铲效率降低,年能力有所下降。根据计算,相同斗容的吊斗铲其年能力大约下降10%。换而言之,若完成同样的剥离量,此作业方式的情况下,吊斗铲的斗容需增加10%。上述再倒堆工程量和效率降低的双重因素的影响,吊斗铲的斗容大约增加22m3,机重和投资有很大幅度的增大。因此,该作业方式也不宜采用。

由图4可见,第5种作业方式的扩展平台是由推土机推弃降段和吊斗铲扩展作业联合形成的。该方式具有以下4个特点:吊斗铲站位比较合适。吊斗铲作业中心的投影垂直煤台阶坡底线附近,吊斗铲可以方便的挖出堆积于煤台阶坡角的剥离物,且效率不致于降低;推土机的推深为10～11m,推弃扩展平台宽度为15m左右,年推弃量为480～520万m3,根据国外实践,其推弃工程量和深度皆较适宜;吊斗铲为扩展平台所增加的再倒堆工程量和再倒堆系数分别为150～350万m3/a,和6%～11%,减少了由吊斗铲自身完成扩展平台的工程量;由于合理的安排推土机扩展平台宽度及推弃工程量,所以可以大幅度减少吊斗铲的工作半径,提高工作效率,并且吊斗铲斗容也有所减小,机重和造价也随之下降。

综上所述,在5种吊斗铲作业方式中,结合本矿的特点,本设计推荐吊斗铲第5种作业方式,即推土机与吊斗铲联合扩展平台的作业方式。

4 结 论

吊斗铲倒堆工艺解决了露天矿开采工艺环节中成本最高的运输问题,大大节约了开采成本。该工艺在美国、澳大利亚等国广泛使用,但在我国尚未得到普及。因此,如何布置好设备的作业方式,最大限度的发挥出设备的生产能力,仍然需要不断地探索。本文借鉴黑岱沟露天煤矿以及国外矿山生产经验,提出了5种吊斗铲作业方式,并进行对比,认为推土机和吊斗铲联合扩展平台的作业方式更适合哈尔乌素露天煤矿。该方案是依托经验讨论得到的理论方案,仍需要实践的验证来优化。

[1]中煤国际沈阳设计院.哈尔乌素露天煤矿初步设计[R].沈阳:中煤国际沈阳设计院,2004.

[2]骆中洲.露天采矿学(上册)[M].徐州:中国矿业大学出版社,1986.

2010-12-04)

王凤义(1965-),男,内蒙古通辽人,工程师,主要从事露天煤矿生产管理及机电设备安装,维修保养工作。