别斯库都克露天煤矿开采工艺优化研究

孙 鑫

（中煤科工集团沈阳设计研究院，辽宁 沈阳 110015）

采矿工程

别斯库都克露天煤矿开采工艺优化研究

孙 鑫

（中煤科工集团沈阳设计研究院，辽宁 沈阳 110015）

根据别斯库都克露天煤矿开采条件，对现有开采工艺进行优化，列出了可能的剥离和开采工艺方案，分别对各方案的优缺点进行分析，从技术可行和经济合理角度进行比选，最终确定合理的开采工艺方案，有效地降低生产成本。

露天煤矿；开采工艺；半连续工艺；优化

1 开采条件分析

1）气候条件。矿田所在地属大陆干旱荒漠气候，年温差和昼夜温差很大，年平均气温1.8℃。5—8月为夏季，7月平均气温25℃，白天气温常在40℃以上。10月下旬至次年3月为冬季，气候严寒，1月最冷，平均最低气温-22℃，绝对最低气温-44.7℃（1969年1月26日）。年降水量100～150 mm，年蒸发量高达3 500 mm，年最大积雪厚度0.3 m，年最大冻土深1.5 m。区内常年多风，3—6月和冬季最大，风力4～5级，经常有7～8级大风，最大可达10级，以西北风为主。

2）地形、地貌。矿田位于科克塞尔克山与纸房盆地的交接处，地形总体趋势北高南低、东高西低，地貌形态为残丘状剥蚀平原，海拔1 269～1 339 m，东西比高70 m，高差在5～10 m左右。矿区内地表无常年水流。

3）煤层赋存条件。矿区内可采煤层仅为1层，B2#煤层平均可采厚度为26.71 m。煤层整体结构为不对称的贝壳状形态，煤层东北部区域倾角在45°～70°，南部区域倾角在50°左右，其余区域煤层倾角为25°左右，大多数区域倾角为 10°～ 15°。

4）煤岩岩性。根据勘探报告提供的资料，首采区内剥离物强度小于6 MPa的软岩仅有ZK306孔控制的93.25～104.47 m含炭泥岩段，介于6～15 MPa的中硬岩类只有边坡位置的3组，岩性分别为粉砂质泥岩、泥岩和砾岩，约占6.5%，其余均为大于15 MPa的硬岩类。首采区内剥离物多为硬岩类。

2 开采工艺方案

目前剥离和采煤均采用单斗-卡车开采工艺，开采现状剥离运距已达3.2 km，随着露天矿采掘场工作线不断推进和降深，剥离和采煤运距越来越大，运输成本加大。因此，需结合本矿开采条件，对现有开采工艺进行优化，选择合理的开采工艺，尽量减少初期投资，达到降本增效的目的。

根据露天煤矿常用4大开采工艺[1]及对本矿剥离和采煤可能采用的开采工艺进行分析，分别对剥离和采煤工艺提出以下方案：

1）剥离开采工艺

方案1：单斗挖掘机-自卸卡车-半移动式破碎机-带式输送机-带式排土机半连续开采工艺；

方案2：单斗挖掘机-自移式破碎机-带式输送机-带式排土机半连续开采工艺；

方案3：单斗挖掘机-自卸卡车-筛分设备-带式输送机-带式排土机半连续开采工艺。

2）采煤开采工艺

方案1：单斗挖掘机-自卸卡车-半移动式破碎站（布置在地面）-带式输送机半连续开采工艺；

方案2：单斗挖掘机-自卸卡车-半移动式破碎站（布置在采掘场内）-带式输送机半连续开采工艺；

方案3：单斗挖掘机-自移式破碎机-带式输送机-带式排土机半连续开采工艺；

方案4：单斗挖掘机-刮板输送机-坑内破碎站-带式输送机半连续开采工艺。

3 剥离开采工艺选择

从技术上进行分析，各方案优缺点分析如下：

方案1具有卡车作业适应性强、机动灵活的优点，卡车运距相对近，数量少，破碎后系统实现了以电代油，降低了成本，充分体现了单斗卡车和带式输送机联合运输方案的优势[2]，运营费用比方案1少，但初期部分设备投资相对较大。

方案2整个工艺系统无需卡车运输，实现了以电代油，运输环节上大大降低了运输成本，但是由于本矿煤层倾角大，剥离带式输送机干线煤岩混杂，煤岩车辆交叉，存在安全隐患，整个系统灵活性差，主要设备需引进，初期设备投资大，且剥离系统尚无应用实例[3]。

方案3即单斗-卡车-固定筛-带式输送机-排土机半连续开采工艺，岩石筛分输送排弃系统投资少，省去破碎环节，降低成本[4]，但生产作业效率较低，生产管理难度大，筛分系统需要设置挡墙，防止大块滑落造成一定的安全隐患，土建工程量较大，固定筛耐用性差，使用年限短，剥离物通过筛分后，大块需要二次倒运运往排土场，增加卡车费用，工程建设投资和生产作业成本均较高，目前国内外露天矿实际生产中无相关经验。

对方案1和方案3的投资和成本进行计算，结果见表1。

表1 剥离系统方案1和方案3投资及成本对比

从技术和经济角度综合分析，方案1投资和成本均相对较小，且该系统现场实际生产经验丰富，因此剥离系统最终选择方案1。

4 开采工艺选择

1）方案1和方案2比选。方案1和方案2采掘环节一致，均采用相同挖掘机进行作业，主要对运输环节完成3.00 Mt/a煤的总投资和成本费用指标进行比较。比较指标见表2和表3。

表2 方案1和方案2完成3.00 Mt/a煤运输环节总投资

从以上2个表可以看出，方案1投资少，但是运营费用高，方案2增加的投资不到半年就能收回，二者相比，方案2优于方案1。

表3 方案1和方案2完成3.00 Mt/a煤运输环节成本费用统计表

2）方案3。对于本矿煤层赋存条件，采掘场东南部的煤采用顶板露煤，单独划分采煤台阶，台阶水平分层，煤层顶板露出后，布置单斗-自移式破碎机半连续工艺系统，开采初期为了提高单斗挖掘机作业效率，煤台阶小三角煤量经过推土机（带松土犁）、前装机进行处理后，单斗-自移式破碎机半连续工艺系统开始正常作业，采掘带宽度20 m。在采煤作业同时，剥离台阶继续降段延深，为单斗-自移式破碎机半连续工艺系统移设至下一采煤台阶做准备，本水平采煤台阶开采完成后，将单斗-自移式破碎机半连续工艺系统移设至下一水平采煤台阶，开始下一循环作业[5]。具体采煤流程剖面见图1。

图1 B2#煤水平分层采煤流程剖面

从开采方法和作业程序分析，采用该工艺进行开采，东南部煤层采煤工作线应该长一些设备利用率才会高，避免增加自移式破碎机调头次数，本矿目前采掘场深部采煤工作线650 m，随着不断降段延深，深部采煤工作线越来越短，同时西北部工作帮上的煤位于多个煤岩混杂台阶上，采煤带式输送机干线煤岩混杂，煤岩车辆交叉，技术上不可行[6]，因此本方案不适用于本矿。

3）方案4。刮板输送机是一种挠性牵引机构的连续运输机械，主要应用于井下采煤工作面和采区巷道转载运煤[7]，本方案将刮板机应用于露天矿工作面煤炭运输，其煤炭运输线路如下：坑底采煤工作面单斗挖掘机→刮板输送机→坑底煤破碎站→带式输送机→主工业场地生产系统。坑底煤炭运输系统如图2。

图2 坑底煤炭运输系统示意图

将刮板输送机应用于露天坑底工作面煤炭运输，相对于汽车运输，具有运输连续性好、转载环节少、运营费用省、易于实现自动化管理等优点。但是，刮板输送机应用于露天坑底工作面煤炭运输，没有先例，设备需定制生产；存在着运输距离长、故障环节多；移位工作复杂，尤其是斜面上移位较难实现；煤炭易散落到刮板机外、清理工作繁琐；刮板链及其相关设备防冻等缺点[8]。

5 结论

综上所述，结合该矿开采条件和现场实际生产经验，从技术可行和经济合理角度分析比选，采煤和剥离系统均采用单斗挖掘机-自卸卡车-半移动式破碎站-带式输送机半连续开采工艺，采煤系统将半移动式破碎站布置在采掘场内，剥离系统将半移动式破碎站布置在采掘场端帮，可大大降低卡车运输成本，其投资及成本与其他各方案比较最小，经济效益最好，本次方案设计的半连续系统可以有效的降低生产成本，达到降本增效的目的。

［1］姬长生.露天采矿方法［M］.徐州：中国矿业大学出版社，2014.

［2］杨朝阳，王文新.剥离半连续工艺的关键技术-移动式破碎机［J］.露天采矿技术，2006（4）：16-17.

［3］郑友毅.我国露天煤矿半连续开采工艺的应用和发展策略［J］.煤炭学报，2011（5）：756-761.

［4］杨俊亭.半移动破碎筛分装车系统在露天煤矿的应用［J］.露天采矿技术，2013（10）：45－47.

［5］张国营，才庆祥，周伟，等.伊敏河露天煤矿自移式破碎机半连续系统可靠性研究［J］.煤炭工程，2010（7）：3－7.

［6］王喜富，张幼蒂，张达贤.矿山半连续工艺系统配合与设备选型［J］.矿业研究与开发，1999（4）：11－14.

［7］吕育民.煤矿用刮板输送机的应用及维护［J］.中国新技术新产品，2012（16）：168－169.

［8］申斌.煤矿刮板输送机设备故障分析研究［J］.机械管理开发，2016（10）：48－50.

Research of mining technology optimization in Biesikuduke Open-pit Coal Mine

SUN Xin
(China Coal Technology and Engineering Group Shenyang Design&Research Institute,Shenyang 110015,China)

According to the mining conditions in Biesikuduke Open-pit Coal Mine,the article optimizes the existing mining technology,lists the possible stripping and mining schemes,analyzes the advantages and disadvantages of each scheme respectively.The article carries on the comparison through technically feasible and economically reasonable,finally determines the rational mining process,which effectively reduces the production cost.

open-pit coal mine;mining technology;semi-continuous technology;optimization

TD824.5

B

1671－9816（2017）11－0001－04

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.11.001

孙鑫.别斯库都克露天煤矿开采工艺优化研究［J］.露天采矿技术，2017，32（11）：1-3.

2017-05-16

孙 鑫（1986—），女，内蒙古赤峰人，硕士，2012年毕业于辽宁工程技术大学露天采矿专业，现在中煤科工集团沈阳设计研究院从事露天矿设计工作。

【责任编辑：张东旭】